用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置的制作方法

1.本实用新型涉及隧道工程装置技术领域，更具体的说是涉及用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置。


背景技术：

2.随着国家经济的快速发展以及城市现代化进程加快，开发利用地下空间越来越体现出巨大经济效益和社会效益，21世纪将是地下空间开发利用的世纪。其中，城市公路隧道、地铁隧道等能够有效避免城市地面拥挤、充分利用空间，还具有减噪降扰、节约能源、时效快速等特点。随着隧道的数量不断增加，规模不断增大，形式不断复杂，很多学者正在通过多种方式进行施工力学特性的探索，研究隧道工程设计和施工方法的优化。其中，模型试验是研究隧道工程施工力学特性的主要有效方法之一。
3.模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟。但是在实际模型隧道衬砌施作过程中，受限于模型隧道截面较小，一般的隧道衬砌支护装置存在一些弱点，架设困难、操作复杂、拆卸不易、不能安装到位，并且占用空间影响下一环衬砌施作。
4.因此，如何提供一种具有在狭小空间截面内自动安装、拆卸衬砌功能；且具有通用性，可面向不同轮廓形状和衬砌分块结构的模型隧道；同时避免试验过程中衬砌安装中出现的人为误差问题，为最终试验数据的准确性提供可靠保障的用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种具有在狭小空间截面内自动安装、拆卸衬砌功能；且具有通用性，可面向不同轮廓形状和衬砌分块结构的模型隧道；同时避免试验过程中衬砌安装中出现的人为误差问题，为最终试验数据的准确性提供可靠保障的用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置，包括：
8.固定壳体，所述固定壳体内设置有驱动机构；
9.传动组件，所述传动组件为多个，每个所述传动组件的输入端均与所述固定壳体一侧端转动连接，且均布设置在所述驱动机构的外周侧，并与所述驱动机构传动连接；
10.可伸缩支杆组件，所述可伸缩支杆组件为多个，多个所述可伸缩支杆组件一端与多个所述传动组件的输出端一一对应且传动连接，另一端穿设于所述固定壳体壳壁向外延伸粘结有衬砌片。
11.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置，将多个衬砌片分别粘结在对应的所述可伸缩支杆组件另一端，然后将该装置放置在隧道需要支护的位置上，然后驱动结构驱动多个传动组
件分别带动可伸缩支杆组件向外顶出，使衬砌片顶推到隧道开挖轮廓线后，驱动机构停止工作，然后人工将多个衬砌片通过螺栓连接成环即可完成衬砌的安装；当需要拆卸衬砌时，驱动机构提供反向动力，使可伸缩支杆组件收拢即可将衬砌从隧道上拆下。该装置具有在狭小空间截面内自动安装、拆卸衬砌功能；且具有通用性，可面向不同轮廓形状和衬砌分块结构的模型隧道；同时避免试验过程中衬砌安装中出现的人为误差问题，为最终试验数据的准确性提供可靠保障。
12.进一步的，所述驱动机构包括：
13.驱动部，所述驱动部设置在所述固定壳体外部；
14.输入轴，所述输入轴一端与所述驱动部的驱动端固定连接，另一端穿设于所述固定壳体一侧端伸入至所述固定壳体内部；
15.输入齿轮，所述输入齿轮设置在所述固定壳体内，且套固在所述输入轴的另一端，每个所述传动组件的输入端均与所述输入齿轮传动连接。
16.进一步的，每个所述传动组件均包括：
17.调控转轴，所述调控转轴穿设且转动连接在所述固定壳体一侧端上，位于所述固定壳体内的所述调控转轴上分别套固有传动输入齿轮和第一锥齿轮，所述传动输入齿轮与所述输入齿轮啮合传动连接；
18.支板，所述支板为两个，两个所述支板一侧间隔且均与所述传动输入齿轮的一侧端固定连接，所述第一锥齿轮位于两个所述支板之间，其中一个所述支板内侧壁上设置有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合传动连接；
19.连接板，所述连接板一侧与两个所述支板的另一侧固定连接；
20.输出转轴，所述输出转轴穿设且转动连接在所述连接板上，所述输出转轴一端置于所述连接板内侧且其上套固有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合传动连接，所述输出转轴另一端位于所述连接板外侧且其上套固有动力输出齿轮，所述动力输出齿轮与所述可伸缩支杆组件一端传动连接，用于驱动所述可伸缩支杆组件伸缩。
21.进一步的，每个所述可伸缩支杆组件均包括：
22.齿条，所述齿条穿设于所述固定壳体壳壁上，且所述齿条一端与所述动力输出齿轮啮合传动连接；
23.支座，所述支座一侧与所述齿条另一端通过连接销轴铰接连接，所述支座远离所述齿条的侧端粘结所述衬砌片。
24.采用上述技术方案产生的有益效果是，驱动部带动输入轴上的输入齿轮转动，进而输入齿轮带动传动输入齿轮转动，传动输入齿轮转动带动支板、连接板、输出转轴、动力输出齿轮转动，动力输出齿轮转动与齿条啮合，带动齿条伸缩，完成支座对隧道的支护作用；同时，第一锥齿轮、第三锥齿轮转动，而第二锥齿轮不自转而公转；当任意一个可伸缩支杆组件顶到位置后，该可伸缩支杆组件停止动作，与其对应的传动组件上的第三锥齿轮不转，第二锥齿轮被迫自转，第二锥齿轮继续与第一锥齿轮配合传动，使该传动组件上的传动输入齿轮继续传动(该工作原理类似差速器工作原理)。因此，当任意一个可伸缩支杆运动停止后，不会影响其他可伸缩支杆组件的运动。
25.进一步的，所述固定壳体包括：
26.外筒体，所述外筒体一端为封闭端，另一端为敞口端，所述调控转轴穿设且转动连
接在所述封闭端上，位于所述外筒体外侧的所述调控转轴上套固有轴承座，所述轴承座远离所述调控转轴侧端固定连接有固定插接块，所述输入轴另一端穿设于所述封闭端伸入至所述筒体内部，所述传动组件置于所述外筒体内部，所述齿条穿设于所述外筒体筒壁上，所述敞口端上盖接有筒盖板；
27.固定盘，所述固定盘套于所述输入轴上，且所述固定盘一侧与所述封闭端通过螺栓连接，且所述固定盘一侧开设有多个固定插接槽，所述固定插接块与所述固定插接槽插接固定；
28.内筒体，所述内筒体置于所述外筒体内部，且所述内筒体一侧与所述筒盖板通过螺栓可拆卸连接，所述内筒体一侧外周一体连接有第一限位圆环片，所述外筒体内壁上与所述第一限位圆环片相对应的位置一体连接有第二限位圆环片，所述动力输出齿轮置于所述第一限位圆环片、所述第二限位圆环片与所述筒盖板之间；所述连接板外壁与所述内筒体另一侧外壁抵接。
29.采用上述技术方案产生的有益效果是，动力输出齿轮置于所述第一限位圆环片、所述第二限位圆环片与所述筒盖板之间；所述连接板外壁与所述内筒体另一侧外壁抵接，可限制传动组件的摆动和轴向移动，保证运动的精确性。
30.进一步的，所述固定插接块与所述固定插接槽形状适配且均为三角形状。
31.采用上述技术方案产生的有益效果是，固定盘可对调控转轴起到有效支撑作用。
32.本实用新型采用所述的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置进行隧道衬砌拆装的方法，包括如下步骤：
33.步骤1、进行隧道开挖，直至开挖完成；
34.步骤2、将多个衬砌片分别粘结在对应的所述可伸缩支杆组件另一端；
35.步骤3、将整个装置放置于隧道需要支护的衬砌结构中心位置；
36.步骤4、启动驱动机构为整个装置提供动力；
37.步骤5、可伸缩支杆组件在传动组件的作用下向外顶出，当任意一个所述衬砌片顶推到隧道开挖轮廓线后，该对应的可伸缩支杆组件停止动作，而其它组传动组件仍然继续传输动力，保持其它组可伸缩支杆组件继续向外顶出，直至所有衬砌片顶推至隧道开挖轮廓线后，关闭所述驱动机构，使本装置保持支撑状态，然后将多个衬砌片通过螺栓连接成环；
38.步骤6：待到支护完成后，解除可伸缩支杆组件与衬砌片的连接，启动驱动机构为整个装置提供反向动力，使可伸缩支杆组件收拢。
39.步骤7：整个步骤逆向操作，可以实现模型隧道衬砌的拆卸工作。
附图说明
40.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
41.图1附图为本实用新型提供的用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置工作状态时的结构示意图。
42.图2附图为本实用新型提供的用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置的轴侧结构示意图。
43.图3附图为本实用新型提供的用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置的分解结构示意图。
44.图4附图为驱动机构与传动组件、可伸缩支杆组件之间的装配示意图。
45.图5附图为传动组件的轴侧结构示意图。
46.图6附图为传动组件的俯视结构示意图。
47.图7附图为可伸缩支杆组件的结构示意图。
48.图8附图为外筒体、内筒体和筒盖板装配时的结构示意图。
49.图9附图为外筒体的结构示意图。
50.图10附图为固定盘的结构示意图。
具体实施方式
51.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.参见图1
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图10，本实用新型实施例公开了用于模型试验的隧道衬砌全自动拼装拆卸装置，包括：
53.固定壳体1，固定壳体1内设置有驱动机构2；
54.传动组件3，传动组件3为多个，每个传动组件3的输入端均与固定壳体1一侧端转动连接，且均布设置在驱动机构2的外周侧，并与驱动机构2传动连接；
55.可伸缩支杆组件4，可伸缩支杆组件4为多个，多个可伸缩支杆组件4一端与多个传动组件3的输出端一一对应且传动连接，另一端穿设于固定壳体1壳壁向外延伸粘结有衬砌片。
56.驱动机构2包括：
57.驱动部，驱动部设置在固定壳体1外部，驱动部可为电机；
58.输入轴21，输入轴21一端与驱动部的驱动端固定连接，另一端穿设于固定壳体1一侧端伸入至固定壳体1内部；
59.输入齿轮22，输入齿轮22设置在固定壳体1内，且套固在输入轴21的另一端，每个传动组件3的输入端均与输入齿轮22传动连接。
60.每个传动组件3均包括：
61.调控转轴31，调控转轴31穿设且转动连接在固定壳体1一侧端上，位于固定壳体1内的调控转轴31上分别套固有传动输入齿轮32和第一锥齿轮33，传动输入齿轮32与输入齿轮22啮合传动连接；
62.支板34，支板34为两个，两个支板34一侧间隔且均与传动输入齿轮32的一侧端固定连接，第一锥齿轮33位于两个支板34之间，其中一个支板34内侧壁上设置有第二锥齿轮35，第二锥齿轮35与第一锥齿轮33啮合传动连接；
63.连接板36，连接板36一侧与两个支板34的另一侧固定连接；
64.输出转轴37，输出转轴37穿设且转动连接在连接板36上，输出转轴37一端置于连接板36内侧且其上套固有第三锥齿轮38，第三锥齿轮38与第二锥齿轮35啮合传动连接，输出转轴37另一端位于连接板36外侧且其上套固有动力输出齿轮39，动力输出齿轮39与可伸缩支杆组件4一端传动连接，用于驱动可伸缩支杆组件4伸缩。
65.每个可伸缩支杆组件4均包括：
66.齿条41，齿条41穿设于固定壳体1壳壁上，且齿条41一端与动力输出齿轮39啮合传动连接；
67.支座42，支座42一侧与齿条41另一端通过连接销轴43铰接连接，支座42远离齿条41的侧端粘结衬砌片。
68.固定壳体1包括：
69.外筒体11，外筒体11一端为封闭端，另一端为敞口端，调控转轴31穿设且转动连接在封闭端上，位于外筒体11外侧的调控转轴31上套固有轴承座5，轴承座5远离调控转轴31侧端固定连接有固定插接块6，输入轴22另一端穿设于封闭端伸入至筒体11内部，传动组件3置于外筒体11内部，齿条41穿设于外筒体11筒壁上，敞口端上盖接有筒盖板12；
70.固定盘13，固定盘13套于输入轴22上，且固定盘13一侧与封闭端通过螺栓连接，且固定盘13一侧开设有多个固定插接槽131，固定插接块6与固定插接槽131插接固定；
71.内筒体14，内筒体14置于外筒体11内部，且内筒体14一侧与筒盖板12通过螺栓可拆卸连接，内筒体14一侧外周一体连接有第一限位圆环片141，外筒体11内壁上与第一限位圆环片7相对应的位置一体连接有第二限位圆环片111，动力输出齿轮39置于第一限位圆环片141、第二限位圆环片111与筒盖板12之间；连接板36外壁与内筒体14另一侧外壁抵接。
72.固定插接块6与固定插接槽131形状适配且均为三角形状。
73.本实用新型采用隧道衬砌全自动拼装拆卸装置进行隧道衬砌拆装的方法，包括如下步骤：
74.步骤1、进行隧道开挖，直至开挖完成；
75.步骤2、将多个衬砌片分别粘结在对应的可伸缩支杆组件4另一端；
76.步骤3、将整个装置放置于隧道需要支护的衬砌结构中心位置；
77.步骤4、启动驱动机构为整个装置提供动力；
78.步骤5、可伸缩支杆组件4在传动组件3的作用下向外顶出，当任意一个衬砌片顶推到隧道开挖轮廓线后，该对应的可伸缩支杆组件4停止动作，而其它组传动组件3仍然继续传输动力，保持其它组可伸缩支杆组件4继续向外顶出，直至所有衬砌片顶推至隧道开挖轮廓线后，关闭驱动机构2，使本装置保持支撑状态，然后将多个衬砌片通过螺栓连接成环；
79.步骤6：待到支护完成后，解除可伸缩支杆组件4与衬砌片的连接，启动驱动机构2为整个装置提供反向动力，使可伸缩支杆组件4收拢。
80.步骤7：整个步骤逆向操作，可以实现模型隧道衬砌的拆卸工作。
81.该装置具有在狭小空间截面内自动安装、拆卸衬砌功能；且具有通用性，可面向不同轮廓形状和衬砌分块结构的模型隧道；同时避免试验过程中衬砌安装中出现的人为误差问题，为最终试验数据的准确性提供可靠保障。
82.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
83.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。