【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于盾构机模拟装备领域，更具体地，涉及一种竖向盾构推进系统模拟装置。
技术介绍
1、研究盾构推进技术离不开实验的验证，但由于在真正的盾构机上进行实验操作复杂，而且具有较大的安全隐患，容易对盾构机造成损害的同时也容易威胁到操作人员的生命安全，因此使用盾构模拟装置进行试验验证更为可行。
2、盾构施工模型试验是研究盾构技术的重要手段，在实验室进行盾构机模型试验通过模拟盾构机的隧道掘进过程，可以对其施工过程进行运动学或力学研究，分析其推进系统中油缸或电缸对盾构掘进姿态的影响。
3、现有的盾构机推进系统较复杂，其一般由十数组液压缸组成，如果将盾构机模型的推进系统也如此设计，则需要许多液压缸或电缸，在避免不了高成本的同时还会导致盾构模型设备体积过大，不利于实验室中实验测试；而且，现有许多盾构机模拟装置由于只设计了盾体部分，自身不能直接模拟姿态变化等工况，因此一般需要再设计一个实验平台，供盾构机模拟装置侧向放置以进行试验，同样的，这也会产生占地位置大的问题。还有，已有的一些盾构机模拟装置采用液压缸组成推进系统，这容易由磨损、温度等因素产生泄露进而污染环境、产生安全隐患等问题，而且控制不够简单精确。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种竖向盾构推进系统模拟装置，由此解决现有盾构模拟装置设计复杂，占地大，成本高、系统不够安全稳定的问题的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种竖向盾构推进系统
3、所述六轴平台系统包括圆形盖板、柱状外罩、圆盘、六个直连式电动缸及六个撑靴，所述圆形盖板和圆盘分别固定于所述柱状外罩的顶面和底面，所述六个直连式电动缸的一端与圆形盖板的内侧面固定连接，且在圆形盖板上呈圆周六等分均匀布设，另一端穿过圆盘与六个撑靴一一对应连接，所述六个撑靴组成圆环置于所述三自由度平台上；
4、所述三自由度平台包括上平台、第一、第二、第三折返式电动缸、中间立柱、旋转台、转盘轴承及底支撑座；所述上平台及旋转台均为圆柱形，且中心点均与所述圆环、圆形盖板及圆盘的圆心在同一竖直线上，所述旋转台通过同轴心的转盘轴承与所述底支撑座连接；所述中间立柱、第一、第二折返式电动缸均竖直放置于上平台及旋转台之间；其中，所述中间立柱的一端通过第一万向联轴器连接于所述上平台的底面圆心点s处，另一端与所述旋转台固定连接；所述第一折返式电动缸的两端分别通过第二、第三万向联轴器与上平台、旋转台连接；所述第二折返式电动缸的两端分别通过第四、第五万向联轴器与上平台、旋转台连接；所述第二万向联轴器与上平台的接触面的几何中心点为s1，所述第四万向联轴器与上平台的接触面的几何中心点为s2，s1与s的连线垂直于s2与s的连线。
5、所述第三折返式电动缸水平放置于所述旋转台上，一端通过虎克铰链与所述旋转台上的旋转铰链安装座连接，另一端与尾部旋转铰链安装座连接，所述尾部旋转铰链安装座置于所述底支撑座上。
6、按照本专利技术的第二方面，提供了一种竖向盾构推进系统模拟方法，应用于如第一方面所述的竖向盾构推进系统模拟装置，包括：
7、控制所述六个直连式电动缸的伸长量以模拟盾构机的掘进工况；控制所述第一折返式电动缸的伸长量以模拟盾构机的俯仰工况；控制第二折返式电动缸的伸长量以模拟盾构机偏航工况；控制所述第三折返式电动缸的伸长量以模拟盾构机的横滚工况。
8、按照本专利技术的第三方面，提供了一种竖向盾构推进系统模拟方法，应用于如第一方面所述的竖向盾构推进系统模拟装置，包括：
9、控制所述第一折返式电动缸的伸长量，使上平台发生旋转，产生角度为-α的俯仰角，同时，控制所述六个直连式电动缸的伸长量，以使所述盖板在上平台发生旋转时仍保持水平，从而模拟盾构机的俯仰工况，其中，所述俯仰工况对应的俯仰角为α；
10、控制所述第二折返式电动缸的伸长量，使上平台发生旋转，产生角度为-β的偏航角，同时，控制所述六个直连式电动缸的伸长量，以使所述盖板在上平台发生旋转时仍保持水平，从而模拟盾构机的偏航工况，其中，所述偏航工况对应的偏航角为β；
11、控制所述第三折返式电动缸的伸长量以模拟盾构机的横滚工况。
12、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
13、本专利技术提供的竖向盾构推进系统模拟装置，包括六轴平台系统和三自由度平台，将六轴平台系统推进系统简化成六个直连式电动缸，用六个直连式电动缸调节六轴平台的姿态以模拟盾构机的掘进工况，保证了控制的响应速度，同时也简化了推进系统的模型，方便实验控制操作，也降低了成本；六轴平台系统以撑靴在下的方式放置于三自由度平台的上平台上底面上，且六个撑靴组成的圆环与上平台底面共圆心，这样竖直放置盾构推进系统模拟装置的形式减少了设备的占地面积，运动过程中，通过三自由度平台的折返式电动缸伸长量的变化实现盾构机的俯仰、偏航等工况的模拟。该装置占地位置小，能够降低成本、系统安全且稳定性能好，同时又能更准确地模拟盾构机的推进系统。
14、本专利技术提供的竖向盾构推进系统模拟方法，控制六根直连式电动缸的伸长量调节自身姿态以适应三自由度平台导致的姿态变化，即当三自由度平台由于三个折返式电动缸的伸长缩短而时刻发生姿态改变时，实验中通过时刻调节六轴平台系统的六个电动缸的伸长量以适应三自由度平台带来的姿态变化，在保持六轴平台系统的盖板水平的情况下有效模拟实际盾构掘进中的发生偏航、俯仰等姿态变化的工况，能够确保模拟实验的安全性。
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1.一种竖向盾构推进系统模拟装置，其特征在于，包括：六轴平台系统（7）及三自由度平台（9）；
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆盘（3）的中心处具有与所述圆盘（3）同心的圆孔。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置于底支撑座（23）底侧四角的脚杯（24）。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，还包括：固定部件，用于防止所述六轴平台系统（7）发生相对所述三自由度平台（9）的滑动。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述固定部件为铁链，所述铁链将所述圆盘（3）与上平台（12）进行捆绑；
6.一种竖向盾构推进系统模拟方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的竖向盾构推进系统模拟装置，其特征在于，包括：
7.一种竖向盾构推进系统模拟方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的竖向盾构推进系统模拟装置，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种竖向盾构推进系统模拟装置，其特征在于，包括：六轴平台系统（7）及三自由度平台（9）；
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆盘（3）的中心处具有与所述圆盘（3）同心的圆孔。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置于底支撑座（23）底侧四角的脚杯（24）。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，还包括：固定部件，用于防止所述六轴平台系统（7...
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