用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】。所述的支護(hù)系統(tǒng)由微型錨桿支護(hù)裝置和微型噴層噴射裝置組成，微型錨桿支護(hù)裝置由錨桿夾具，傳動系統(tǒng)，護(hù)罩，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)等組成，微型噴層噴射裝置由噴嘴，輸送管，齒輪箱，導(dǎo)向管，噴射機(jī)等組成，微型自動化支護(hù)系統(tǒng)可以完成物理模擬實(shí)驗(yàn)隧洞開挖的支護(hù)操作，克服物理模擬實(shí)驗(yàn)中在狹長、小洞徑的隧洞中手動支護(hù)的困難，對“圍巖”任一位置進(jìn)行錨桿支護(hù)和噴層支護(hù)，對“圍巖”進(jìn)行任一指定厚度的噴層材料的噴射，提高物理模擬實(shí)驗(yàn)操作的效率和準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于物理模擬實(shí)驗(yàn)中交通隧道、采礦巷道和水電站地下廠房等地下開挖隧洞的支護(hù)中。
【專利說明】用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于水電地下廠房、洞室群、巷道和隧洞等地下工程的物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，隨著地下電站、地下城市、地下儲能、深部礦山及深部石油開采，地下鐵道及輕軌建設(shè)，放射性核廢料地下儲存，巖石力學(xué)的研究重點(diǎn)日益轉(zhuǎn)向地下，而無論在交通工程、水電工程或采礦工程中，地下隧洞(隧道、巷道等)的長度和跨度也越來越大，因此在復(fù)雜地質(zhì)條件下地下隧洞的穩(wěn)定性問題變的尤其重要，研究采用何種支護(hù)方法、支護(hù)效果的評價(jià)及支護(hù)密度和強(qiáng)度的選取等問題既關(guān)系到隧洞的安全穩(wěn)定，又關(guān)系到工程的經(jīng)濟(jì)效益，因此對支護(hù)的研究具有重要意義。
[0003]以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)是在研制與工程巖體性質(zhì)相似的相似材料基礎(chǔ)上，對試件進(jìn)行加載、開挖和支護(hù)等，研究地下洞室的受力、變形和穩(wěn)定性問題，近年來在水電地下廠房、洞室群、礦山巷道、公路隧道和邊坡的穩(wěn)定性研究中發(fā)揮了重大作用。模型實(shí)驗(yàn)方法可定性或定量地反映天然巖體受力特性和與之相聯(lián)系建筑物的相互影響，可與數(shù)值分析方法相互驗(yàn)證。而且它可以比較全面真實(shí)地模擬復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)一些新的力學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律，為建立新的理論和數(shù)學(xué)模型提供依據(jù)。尤為重要的是，模型實(shí)驗(yàn)可以模擬施工工藝，研究在一定原巖應(yīng)力場的巖體中開挖洞室時(shí)，圍巖應(yīng)力的調(diào)整過程及其分布、變形和破壞形態(tài)、破壞機(jī)制，圍巖的應(yīng)力分布特征、位移分布特征、位移最大值及發(fā)生部位和支護(hù)效果等。
[0004]在物理模擬試驗(yàn)中對開挖隧洞支護(hù)的模擬，一般包括錨桿支護(hù)和噴漿支護(hù)兩種形式。錨桿支護(hù)主要采用在“圍巖”中手動鉆出小孔把錨桿插入或者在模型試件制作過程中預(yù)埋錨桿，前種方法自動化程度較低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對于開挖較狹長的隧洞內(nèi)部空間狹小，無法手動安裝錨桿；預(yù)埋錨桿的方法與現(xiàn)場打錨桿的方法不符合，相似性差。噴漿支護(hù)一般采用手動在“圍巖”壁面抹一層砂漿，同樣存在操作空間狹小、操作性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一套能夠應(yīng)用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，采用機(jī)械化和自動化形式能夠進(jìn)行錨桿支護(hù)和噴漿支護(hù)兩種形式的支護(hù)操作，可以克服狹小空間人手動操作的弊端，提高施工效率及支護(hù)操作的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，所述的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)由微型錨桿支護(hù)裝置和微型噴層噴射裝置組成，其中，所述的微型錨桿支護(hù)裝置由錨桿夾具，從動齒輪，主動齒輪，護(hù)罩，傳動軸，傳動軸護(hù)套，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)和手柄組成，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定設(shè)置在手柄內(nèi)，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和傳動軸一端鍵連接，傳動軸另一端固定設(shè)置有主動齒輪，主動齒輪呈錐形狀，位于護(hù)罩內(nèi)；傳動軸外套裝有傳動軸護(hù)套，傳動軸護(hù)套一端與手柄固定連接，另一端與護(hù)罩固定連接；護(hù)罩內(nèi)設(shè)置有定軸，從動齒輪下端套裝在定軸上，從動齒輪呈錐形狀，從動齒輪和主動齒輪嚙合，從動齒輪上端設(shè)有立柱，立柱與從動齒輪鍵連接，錨桿夾具套裝在立柱頂端，錨桿夾具和立柱鍵連接，錨桿夾具貫通護(hù)罩頂部，錨桿夾具頂部開有方形凹槽。
[0008]所述的微型噴層噴射裝置由噴嘴，輸送管，齒輪箱，支撐架，導(dǎo)向管，噴射機(jī)組成，導(dǎo)向管對稱設(shè)置在齒輪箱兩側(cè)壁上，輸送管貫通導(dǎo)向管和齒輪箱，齒輪箱內(nèi)設(shè)有從動輪、傳動輪、主動輪和傳動發(fā)條，傳動輪和主動輪分別通過定軸固定在齒輪箱內(nèi)，兩根定軸相互平行，從動輪活動的套裝在輸送管上，從動輪和輸送管之間設(shè)置有定位螺栓，從動輪兩側(cè)設(shè)有定位支架，定位支架套裝在輸送管上，傳動發(fā)條的外端頭通過銷釘固定在齒輪箱內(nèi)壁上，傳動發(fā)條的內(nèi)端頭卡裝在上弦手柄上，上弦手柄的前端頭的卡輪和主動輪活動連接，主動輪和傳動輪中的主傳動輪嚙合，傳動輪中的從屬傳動輪和從動輪嚙合，齒輪箱及齒輪箱兩側(cè)的導(dǎo)向管下方分別設(shè)有支撐架，輸送管前端設(shè)有噴嘴，輸送管后端連接輸送軟管，輸送軟管與噴射機(jī)相連。
[0009]所述的傳動軸護(hù)套上設(shè)有刻度標(biāo)記。
[0010]所述的輸送管上設(shè)有刻度標(biāo)記。
[0011]由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)中的微型錨桿支護(hù)裝置和微型噴層噴射裝置可以完成物理模擬實(shí)驗(yàn)隧洞開挖的支護(hù)操作，準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場對隧洞圍巖的支護(hù)。微型錨桿支護(hù)裝置可以借助于傳動軸護(hù)套上標(biāo)有的刻度將錨桿精確打在洞壁上，并且可通過調(diào)整微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制錨桿鉆進(jìn)時(shí)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來確定預(yù)應(yīng)力的大??；微型噴層噴射裝置利用手動控制輸送管的伸縮和齒輪箱內(nèi)發(fā)條齒輪傳動機(jī)構(gòu)控制輸送管的旋轉(zhuǎn)，可對“圍巖”準(zhǔn)確噴射指定厚度的噴層材料。本實(shí)用新型用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)可以克服物理模擬實(shí)驗(yàn)中在狹長、小洞徑的隧洞中手動支護(hù)的困難，對“圍巖”任一位置進(jìn)行錨桿支護(hù)和噴層支護(hù)，提高物理模擬實(shí)驗(yàn)操作的效率和準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
·[0012]圖1為微型錨桿支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為微型噴層噴射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為微型噴層噴射裝置齒輪箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是圖2的局部結(jié)構(gòu)剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]見附圖
[0018]用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，所述的自動化支護(hù)系統(tǒng)由微型錨桿支護(hù)裝置和微型噴層噴射裝置組成，其中，所述的微型錨桿支護(hù)裝置由錨桿夾具2，從動齒輪
5,主動齒輪3,護(hù)罩I,傳動軸8,傳動軸護(hù)套7,微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)9和手柄10組成,微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)9固定設(shè)置在手柄10內(nèi)，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的轉(zhuǎn)軸和傳動軸8 —端鍵連接,傳動軸8另一端固定設(shè)置有主動齒輪3，主動齒輪3呈錐形狀，位于護(hù)罩I內(nèi)；傳動軸8外套裝有傳動軸護(hù)套7，傳動軸護(hù)套I 一端與手柄10固定連接，另一端與護(hù)罩I固定連接；護(hù)罩I內(nèi)設(shè)置有定軸6，從動齒輪5下端套裝在定軸6上，從動齒輪5呈錐形狀，從動齒輪5和主動齒輪3嚙合，從動齒輪5上端設(shè)有立柱4，立柱4與從動齒輪5鍵連接，錨桿夾具2套裝在立柱4頂端，錨桿夾具2和立柱4鍵連接，錨桿夾具2貫通護(hù)罩I頂部，錨桿夾具2頂部開有方形凹槽，當(dāng)進(jìn)行打錨桿操作時(shí)，將底端為方形的錨桿嵌入方形凹槽內(nèi)，隨錨桿夾具2 —起轉(zhuǎn)動鉆入“圍巖”內(nèi)。
[0019]所述的微型噴層噴射裝置由噴嘴11，輸送管12，齒輪箱13，支撐架，導(dǎo)向管15，噴射機(jī)16組成,導(dǎo)向管15對稱設(shè)置在齒輪箱13兩側(cè)壁上,輸送管12貫通導(dǎo)向管15和齒輪箱13，齒輪箱13內(nèi)設(shè)有從動輪24、傳動輪、主動輪20和傳動發(fā)條19，傳動輪和主動輪20分別通過定軸固定在齒輪箱13內(nèi)，兩根定軸相互平行，從動輪24活動的套裝在輸送管12上，從動輪24和輸送管12之間設(shè)置有定位螺栓，當(dāng)輸送管12旋轉(zhuǎn)噴射噴層材料時(shí)，從動輪24和輸送管12被定位螺栓緊固，當(dāng)輸送管12需要前移時(shí)松開螺栓手動推動輸送管12前移至指定位置再用螺栓將從動輪24和輸送管12緊固。從動輪24兩側(cè)設(shè)有定位支架26，定位支架26套裝在輸送管12上，定為支架26既可以保證從動輪24不沿輸送管12長度方向晃動，又對輸送管12起支撐作用。傳動發(fā)條19的外端頭通過銷釘18固定在齒輪箱13內(nèi)壁上，傳動發(fā)條19的內(nèi)端頭卡裝在上弦手柄25上，上弦手柄25的前端頭的卡輪21和主動輪20活動連接，當(dāng)上弦手柄25帶動卡輪21 —起旋轉(zhuǎn)時(shí)，卡輪21可帶動傳動發(fā)條19轉(zhuǎn)動積蓄彈性勢能，而主動輪20則不動，當(dāng)釋放上弦手柄25時(shí)，傳動發(fā)條19回轉(zhuǎn)釋放彈性勢能帶動卡輪21回轉(zhuǎn)，卡輪21帶動主動輪20旋轉(zhuǎn)。主動輪20和傳動輪中的主傳動輪23嚙合，傳動輪中的從屬傳動輪22和從動輪24嚙合，齒輪箱13及齒輪箱13兩側(cè)的導(dǎo)向管15下方分別設(shè)有支撐架，輸送管12前端設(shè)有噴嘴11，輸送管12后端連接輸送軟管17，輸送軟管17與噴射機(jī)16相連，噴射機(jī)16外接裝有需要噴射的支護(hù)材料容器。
[0020]所述的傳動軸護(hù)套7上設(shè)有刻度標(biāo)記，當(dāng)對已開挖隧洞“圍巖”進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)可準(zhǔn)確獲知所打錨桿的位置。
[0021]所述的輸送管12上設(shè)有刻度標(biāo)記，當(dāng)對已開挖隧洞“圍巖”進(jìn)行噴層支護(hù)時(shí)可準(zhǔn)確獲知噴層噴射位置，提高噴射厚度的均勻性。
[0022]本實(shí)用新型在物理模擬實(shí)驗(yàn)中具體的操作過程為:在物理模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)隧洞開挖完畢需要對隧洞“圍巖”進(jìn)行支護(hù)模擬工程現(xiàn)場隧洞圍巖的支護(hù)時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，將錨桿尾端做成正方體的形狀可正好嵌入微型錨桿支護(hù)裝置的錨桿夾具2的方形槽中，手持手柄10，根據(jù)傳動軸護(hù)套7上的刻度確定錨桿打入的位置，操作微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)9帶動傳動軸8旋轉(zhuǎn)，通過與傳動軸8固定在一起的錐形主動齒輪3帶動從動齒輪5繞定軸6轉(zhuǎn)動，從動齒輪5通過鍵連接帶動立柱4轉(zhuǎn)動，立柱4通過鍵連接帶動錨桿夾具2旋轉(zhuǎn)，最終將錨桿打入“圍巖”的指定位置，當(dāng)需要施作預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，可通過調(diào)整微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的轉(zhuǎn)速控制錨桿鉆進(jìn)時(shí)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來確定預(yù)應(yīng)力的大?。诲^桿支護(hù)完成對隧洞“圍巖”進(jìn)行噴層支護(hù)時(shí)，先將噴層材料備好、攪拌均勻呈流塑狀，實(shí)驗(yàn)前可通過預(yù)先對一個(gè)與開挖洞徑直徑相同的圓孔進(jìn)行噴層實(shí)驗(yàn)，確定噴層厚度與輸送管12所轉(zhuǎn)圈數(shù)的關(guān)系，將規(guī)律直徑應(yīng)用到模型實(shí)驗(yàn)的支護(hù)上來。各個(gè)結(jié)構(gòu)連接、固定好后，將從動輪24和輸送管12通過螺栓固定緊密，擰上弦手柄25，帶動與之連接的傳動發(fā)條19旋轉(zhuǎn)擰緊并積聚彈性勢能，之后松開上弦手柄25，傳動發(fā)條19釋放彈性勢能，通過與上弦手柄25的前端頭固定的卡輪21帶動主動輪20轉(zhuǎn)動，主動輪20通過與之嚙合的主傳動輪23帶動從屬傳動輪22轉(zhuǎn)動，從屬傳動輪22帶動與之嚙合的從動輪24轉(zhuǎn)動，從動輪24帶動輸送管12以一定速度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)至指定圈數(shù)時(shí)立刻停止噴射機(jī)16噴射，如果轉(zhuǎn)速明顯下降但仍未達(dá)到指定的噴射圈數(shù)，則停止噴射，重新擰傳動發(fā)條19并噴射，直到指定的圈數(shù)為止，這個(gè)過程中噴射機(jī)16開始噴射噴層材料和松開傳動發(fā)條19同時(shí)操作。當(dāng)這一階段噴層支護(hù)完成需要進(jìn)行下一相鄰區(qū)域的噴層支護(hù)時(shí)，將緊固從動輪24和輸送管12的螺栓卸掉，按照輸送管12上的刻度手動將輸送管12往前推進(jìn)一個(gè)小步距，再將螺栓擰緊，重復(fù)上面操作步驟進(jìn)行噴射噴層。一步步往前推進(jìn)，如此往復(fù)循環(huán)直到噴層支護(hù)完成，此過程中只有輸送管12和與之連接的噴嘴11在一步步前進(jìn)，其他結(jié)構(gòu)都固定在原來位置上。利用微型噴層噴射裝置對開挖的隧洞“圍巖”進(jìn)行噴層支護(hù)時(shí)，當(dāng)被擰緊的傳動發(fā)條19釋放時(shí)，齒輪箱13內(nèi)的齒輪傳動結(jié)構(gòu)最終帶動輸送管12和噴嘴11 一起旋轉(zhuǎn)，在傳動發(fā)條19回轉(zhuǎn)的前半段時(shí)間內(nèi)，噴嘴11的轉(zhuǎn)速是近乎恒定的，噴射在隧洞“圍巖”圓周上的噴層材料厚度是均勻的，如果在傳動發(fā)條19回轉(zhuǎn)的前半段時(shí)間內(nèi)噴嘴11噴射的噴層材料的厚度還未達(dá)到預(yù)定值，則應(yīng)在輸送管12轉(zhuǎn)速出現(xiàn)下降時(shí)噴射機(jī)16停止噴射，重新擰傳動發(fā)條19再進(jìn)行噴射，直到指定的圈數(shù)，即噴層達(dá)到指定厚度為止。本實(shí)用新型的用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造簡單、操作簡便且實(shí)用性強(qiáng)，進(jìn)行支護(hù)操作時(shí)省時(shí)省力，可以克服隧洞空間狹小支護(hù)難操作的問題，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中隧洞(隧道、巷道、地下廠房等)開挖完成后的支護(hù)操作中。
【權(quán)利要求】
1.用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的自動化支護(hù)系統(tǒng)由微型錨桿支護(hù)裝置和微型噴層噴射裝置組成，其中，所述的微型錨桿支護(hù)裝置由錨桿夾具(2 )，從動齒輪(5 )，主動齒輪(3 )，護(hù)罩(I)，傳動軸(8 )，傳動軸護(hù)套(7 )，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9 )和手柄(10)組成，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)固定設(shè)置在手柄(10)內(nèi)，微型旋轉(zhuǎn)電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)軸和傳動軸(8)—端鍵連接，傳動軸(8)另一端固定設(shè)置有主動齒輪(3)，主動齒輪(3)呈錐形狀，位于護(hù)罩(I)內(nèi)；傳動軸(8)外套裝有傳動軸護(hù)套(7)，傳動軸護(hù)套(7) —端與手柄(10)固定連接，另一端與護(hù)罩(I)固定連接；護(hù)罩(I)內(nèi)設(shè)置有定軸(6)，從動齒輪(5)下端套裝在定軸(6 )上，從動齒輪(5 )呈錐形狀，從動齒輪(5 )和主動齒輪(3 )嚙合，從動齒輪(5 )上端設(shè)有立柱(4)，立柱(4)與從動齒輪(5)鍵連接，錨桿夾具(2)套裝在立柱(4)頂端，錨桿夾具(2)和立柱(4)鍵連接，錨桿夾具(2)貫通護(hù)罩(I)頂部，錨桿夾具(2)頂部開有方形凹槽； 所述的微型噴層噴射裝置由噴嘴(11)，輸送管(12)，齒輪箱(13)，支撐架，導(dǎo)向管(15)，噴射機(jī)(16)組成，導(dǎo)向管(15)對稱設(shè)置在齒輪箱(13)兩側(cè)壁上，輸送管(12)貫通導(dǎo)向管(15 )和齒輪箱(13)，齒輪箱(13 )內(nèi)設(shè)有從動輪(24 )、傳動輪、主動輪(20 )和傳動發(fā)條(19)，傳動輪和主動輪(20)分別通過定軸固定在齒輪箱(13)內(nèi)，兩根定軸相互平行，從動輪(24)活動的套裝在輸送管(12)上，從動輪(24)和輸送管(12)之間設(shè)置有定位螺栓，從動輪(24)兩側(cè)設(shè)有定位支架(26)，定位支架(26)套裝在輸送管(12)上，傳動發(fā)條(19)的外端頭通過銷釘(18)固定在齒輪箱(13)內(nèi)壁上，傳動發(fā)條(19)的內(nèi)端頭卡裝在上弦手柄(25 )上，上弦手柄(25 )的前端頭的卡輪(21)和主動輪(20 )活動連接，主動輪(20 )和傳動輪中的主傳動輪(23)嚙合，傳動輪中的從屬傳動輪(22)和從動輪(24)嚙合，齒輪箱(13)及齒輪箱(13)兩側(cè)的導(dǎo)向管(15)下方分別設(shè)有支撐架，輸送管(12)前端設(shè)有噴嘴(11)，輸送管(12)后端連接輸送軟管(17)，輸送軟管(17)與噴射機(jī)(16)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳動軸護(hù)套(7)上設(shè)有刻度標(biāo)記。
3.如權(quán)利要求1所述的用于物理模擬試驗(yàn)的微型自動化支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的輸送管(12)上設(shè)有刻度標(biāo)記。
【文檔編號】G09B23/40GK203397596SQ201320473518
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】周輝, 孟凡震, 徐榮超, 張傳慶, 盧景景, 付亞平, 劉海濤, 梁恒 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所