李大偉，劉金祥，趙新合LI Da-wei, LIU Jing-xiang, ZHAO Xin-he（中鐵隧道集團公司專用設(shè)備中心，河南 洛陽 471009）

盾尾刷綜合實驗平臺的研制

李大偉，劉金祥，趙新合
LI Da-wei, LIU Jing-xiang, ZHAO Xin-he
（中鐵隧道集團公司專用設(shè)備中心，河南 洛陽 471009）

[摘 要]詳細介紹盾尾刷綜合實驗平臺的研制過程，該實驗平臺主要由耐磨測試平臺和彈性實驗平臺組成。耐磨測試平臺通過模擬盾構(gòu)掘進工況，測試盾尾刷在不同狀態(tài)下的磨損情況；彈性實驗平臺是通過油缸的往返運動使盾尾刷反復受到壓縮，來測試盾尾刷的彈性能力，通過兩種設(shè)備來測試尾刷的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)；盾尾刷；實驗平臺

國內(nèi)生產(chǎn)盾尾刷的廠家眾多，但是盾尾刷檢驗檢測尚無標準，行業(yè)也沒有對盾尾刷性能進行性能測試和檢測的設(shè)備。施工企業(yè)在選購盾尾刷之時大多是憑直覺，很難避免選用了劣質(zhì)的盾尾刷產(chǎn)品，施工開展起來毫無安全感可言。為此開發(fā)測試盾尾刷性能的實驗平臺迫在眉睫，擬通過研發(fā)盾尾刷實驗平臺，填補國內(nèi)空白，制定出盾尾刷檢測檢驗標準。

1 盾尾刷工況分析

盾尾刷承擔著盾尾和管片之間的密封作用，通過注入油脂阻止泥漿和水進入盾體。盾構(gòu)在掘進過程中盾尾刷與管片之間相對運動產(chǎn)生摩擦，不斷的摩擦會導致尾刷鋼絲的磨損從而導致?lián)p壞，盾構(gòu)在掘進過程中由于姿態(tài)的不斷變化使不同位置的盾尾刷產(chǎn)生不同的彈性變形，尾刷反復的折彎對彈性性能是一個較大的考驗，最終會導致尾刷折斷失效。依據(jù)根據(jù)盾構(gòu)施工過程中盾尾刷的失效形式可看出決定盾尾刷壽命的主要因素是它的耐磨性和彈性。

2 設(shè)計思路

依據(jù)盾尾刷失效形式的分析可知耐磨性和彈性是衡量盾尾刷性能的主要指標，在研制實驗平臺時耐磨性測試和彈性測試時研制的主要方向。

盾構(gòu)掘進過程中盾尾刷是與管片之間做滑動摩擦運動，可以盾尾刷不動，用柱狀混凝土塊轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)盾尾刷與混凝土之間的相互摩擦運動來模擬掘進過程中的工況；由于盾尾刷實際工況中與管片之間的壓緊量不同，可以將盾尾刷設(shè)計成可移動形式，通過位移量的不同來調(diào)節(jié)盾尾刷與混凝土塊之間的間隙，來模擬實際工況；盾構(gòu)掘進的掘進速度一般為0～80mm/min，混凝土的回轉(zhuǎn)可采用液壓馬達（可提供低轉(zhuǎn)速）驅(qū)動，通過增加減速機構(gòu)的方式來建立合適的減速比使混凝土的轉(zhuǎn)盤的線速度與實際工況吻合。

通過以上設(shè)計思路可實現(xiàn)不同工況下盾尾刷的測試：不同壓緊量的耐磨性能、不同的掘進速度的耐磨性能、混合工況下的耐磨性能。

盾構(gòu)機在姿態(tài)變化及蛇形推進過程中，盾尾刷刷子與底板之間的角度在120°～180°之間往復變化，可以將盾尾刷固定在支座上，設(shè)計一油缸將油缸活塞桿端連接和尾刷大小相同的壓板，通過油缸的往復運動不斷的壓縮尾刷，是尾刷與的角度在120°～180°之間往復變化來模擬掘進過程中的實際工況。

3 試驗機的構(gòu)成與各部件的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 耐磨實驗平臺

盾尾刷耐磨實驗平臺（圖1）是由、耐磨實驗臺架、絲桿螺母機構(gòu)、盾尾刷、混凝土塊、驅(qū)動馬達、回轉(zhuǎn)支撐、減速機、軸承、小齒輪等主要部件組成，耐磨實驗臺架起固定支撐作用是整個實驗平臺的基礎(chǔ)，絲桿螺母機構(gòu)連接著盾尾刷，通過調(diào)節(jié)絲桿與螺母的相對運動來調(diào)節(jié)被測試盾尾刷與混凝土塊之間的間隙，模擬盾構(gòu)實際掘進施工過程中盾尾刷與管片之間的間隙，最終通過尾刷與混凝土塊之間的相對運動來實現(xiàn)耐磨性的測試；緩凝土塊采用和管片一樣的C50混凝土制成，驅(qū)動馬達連接減速機的輸入端，為整個系統(tǒng)提供動力，減速機輸出端連接小齒輪，并通過帶動回轉(zhuǎn)支撐帶動混凝土塊的旋轉(zhuǎn)，最終將動力傳遞到混凝土塊的回轉(zhuǎn)運動上。過程中的減速機、回轉(zhuǎn)支撐與小齒輪起著調(diào)節(jié)混凝土塊合適線速度的作用。

圖1　 盾尾刷耐磨實驗平臺

3.2 彈性實驗平臺

盾尾刷彈性實驗平臺（圖2）是由、彈性實驗臺架、固定座、盾尾刷、壓板、液壓油缸、固定框架等主要部件組成，彈性實驗臺架起固定支撐作用是整個實驗平臺的基礎(chǔ)，固定座通過壓緊螺栓固定著盾尾刷，在液壓油缸的活塞桿端頭安裝壓板，通過油缸的往復運動驅(qū)動壓緊盾尾刷使盾尾刷能夠不斷的折復運動，來模擬盾構(gòu)掘進過程中的工況，進而來測試盾尾刷的彈性性能。

圖2　 盾尾刷彈性實驗平臺

3.3 液壓驅(qū)動系統(tǒng)

為真實模擬盾構(gòu)掘進過程中盾尾刷的工況，要求耐磨實驗平臺中混凝土塊的線速度較低（0～80mm/min），液壓馬達能夠提供較低的轉(zhuǎn)速所以整個系統(tǒng)考慮采用液壓驅(qū)動，由驅(qū)動電機帶動液壓泵為整個系統(tǒng)提供動力，主路上的溢流閥能夠限制整個系統(tǒng)的壓力防止系統(tǒng)過載，電磁比例閥能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動馬達的通斷和轉(zhuǎn)速，電磁比例換向閥能夠?qū)崿F(xiàn)油缸的往復運動和油缸的運行頻率。

彈性實驗平臺需要反復不斷的壓緊-松開盾尾刷，考慮到耐磨測試平臺的驅(qū)動為液壓驅(qū)動，彈性實驗的往復運動考慮用油缸來實現(xiàn)，這樣兩套系統(tǒng)可共用一個液壓泵，節(jié)省了費用。液壓油缸的行程為300mm，大于最大盾尾刷的壓縮量220mm，在液壓上配備行程傳感器通過設(shè)定不同值來調(diào)節(jié)壓緊量，系統(tǒng)上安裝比例換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)油缸交替伸縮和調(diào)節(jié)油缸的速度。

4 測試效果

設(shè)備組裝完成后，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)設(shè)備能夠正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，彈性測試平臺能夠調(diào)節(jié)測試頻率范圍為1～5Hz，耐磨實驗平臺能夠平穩(wěn)的調(diào)節(jié)混凝土塊的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)化為相應的線速度能夠在20～200mm/min之間連續(xù)平穩(wěn)調(diào)節(jié)，盾尾刷與混凝土塊的間隙能夠順利調(diào)節(jié)，經(jīng)過測試實驗平臺達到了設(shè)計要求，能夠完成規(guī)定的測試實驗。

5 結(jié) 論

通過研制液壓試驗平臺能夠填補業(yè)內(nèi)空白，為盾尾刷檢驗檢測提供平臺，為盾尾刷測試檢驗和標準的建立邁出了堅實的第一步，然而平臺的建立只是為盾尾刷測試提供了機械設(shè)備。實際工況下盾尾刷的彎曲角度與頻率、不同地層中對盾尾刷的耐磨要求和彈性要求到底有多高、如何建立盾尾刷檢測和檢驗標準，需要在實際測試中不斷的探討與摸索。

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（編輯 張海霞）

［中圖分類號］TU621

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366（2015）02-0070-03

［收稿日期］2014-10-29

Development of tail sealing brushes comprehensive testing bench