CN103234806A - 一种低重力环境模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低重力环境模拟试验装置，是由机架、量角器、电控箱、压缩电缸、剪切电缸、涡轮减速机、底板、上联板、L型板和下联板组成，本发明根据力的分解原理，设计倾斜试验台，在分力方向模拟低重力环境。并能够完成低重力环境下模拟土壤等散粒体的承压特性实验、贯入特性试验、剪切特性试验、落球试验、散粒体体力分布试验、压力传递特性试验，以获得模拟土壤在低重力场下的力学性能；该装置结构简单，时间不受限制，模拟得到的低重力环境稳定性高、可重现性好，倾斜过程中产生的各种分力与倾斜角读相关，数据稳定且可重复再现。

Description

一种低重力环境模拟试验装置
技术领域
本发明涉及一种低重力环境模拟试验装置，该装置可用于测试低重力环境下模拟月壤力学性能参数。
背景技术
月表重力环境是地面重力的1/6，这使得月壤与地面模拟月壤有较大的差别，表现为其容重小、孔隙率大、承压和抗剪切能力弱，即使相同质量的巡视探测器对月壤的载荷为地面时的1/6，也有必要研究1/6g和1g重力场下月壤的力学性质差异，揭示深空重力环境下土壤机器相互作用关系，以减少巡视探测器完成月面作业带来巨大的隐患和风险。目前，国内外针对月壤的低重力试验方法有：飞机抛物线飞行、落塔试验、轻质土壤法、分力法和仿真法等。
其中，飞机抛物线飞行法和落塔法，试验价格昂贵，获得低重力环境时间短、性能不稳定，可重现性差，且能够完成的试验种类及次数有限；浮力法和重力补偿法（悬吊法）不适合研究低重力环境下月壤的力学性能；计算机仿真法强烈依赖基本模型及可以对比的试验数据，而可用、可靠的试验数据相当有限。
综上所述，现有低重力环境模拟方法与设备，难以实现对低重力环境下模拟月壤力学性能的测试。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的低重力环境模拟方法不适宜研究模拟土壤在低重力环境下的力学性能的问题，而提供一种稳定性好，可重现性高的低重力环境模拟试验装置。本发明根据斜面分力法，设计倾斜试验台，在分力方向模拟低重力环境，并能够测试模拟土壤的力学参数，模拟过程中对土体内部受力状态进行检测，该方法设备简单，时间不受限制，产生的各种分力与倾斜角度相关，数据稳定且可重复再现。
本发明是由机架、量角器、电控箱、压缩电缸、剪切电缸、涡轮减速机、底板、上联板、L型板和下联板组成，机架下方安装有四个福马脚轮，以便移动和固定整体机构，涡轮减速机和电控箱分别固定在机架的两侧，底板一端装有转动转座而与涡轮减速机输出轴相连，底板另一端通过固定转轴与机架相连，涡轮减速通过轴与底板相连；上联板在固定底板上，压缩电缸通过压缩电缸底板与上联板相连，剪切电缸通过电缸支板与底板相连，L型板通过下联板与底板相连；压缩电缸底板由梯形丝杠控制，可左右移动以达到横向移动压缩电缸的目的；L型板由梯形丝杠控制，可控制L型板沿垂直于底板方向前后移动，通过上述两个动作可以完成对L型板上搭载的土槽的不同试验点的任意选择；压缩电缸和剪切电缸通过PFC限位开关、电线与电控箱相连。
所述的L型板上可装配直剪箱以完成抗剪性能试验，直剪箱是由剪切上箱和剪切下箱构成，其中，剪切上箱通过剪切箱护板以螺钉螺母固定在L型板上，剪切下箱装配有剪切下箱推板，试验时由剪切电缸带动力-位移传感器作用于剪切下箱推板上，推动剪切下箱移动。
所述的L型板上可装配土槽试验箱和试验用具以完成承压特性试验、贯入特性试验、落球试验、散粒体体力分布试验、压力传递特性试验。
所述的试验用具包括有 压板、锥头、土槽盖、剪切特性试验加压装置、落球导轨和压力传感器。
本发明具有以下有益效果：
本发明根据力的分解原理，在分力方向模拟低重力环境。并能够完成低重力环境下模拟土壤等散粒体的承压特性实验、贯入特性试验、剪切特性试验、落球试验、散粒体体力分布试验、压力传递特性试验，以获得模拟土壤在低重力场下的力学性能。该设备简单，时间不受限制，模拟得到的低重力环境稳定性高、可重现性好，倾斜过程中产生的各种分力与倾斜角读相关，数据稳定且可重复再现。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的左视图。
图3为本发明的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示，本实施例是由机架1、量角器18、电控箱21、压缩电缸6、剪切电缸7、涡轮减速机8、底板10、上联板4、L型板12和下联板13组成，机架1下方安装有四个福马脚轮2，以便移动和固定整体机构，涡轮减速机8和电控箱21分别固定在机架1的两侧，底板10一端装有转动转座19而与涡轮减速机8输出轴相连，底板10另一端通过固定转轴17与机架1相连，涡轮减速8通过轴与底板10相连；上联板4在固定底板10上，压缩电缸6通过压缩电缸底板3与上联板4相连，剪切电缸7通过电缸支板5与底板10相连，L型板12通过下联板13与底板10相连；压缩电缸底板3由梯形丝杠控制，可左右移动以达到横向移动压缩电缸6的目的；L型板12由梯形丝杠控制，可控制L型板12沿垂直于底板10方向前后移动，通过上述两个动作可以完成对L型板12上搭载的土槽的不同试验点的任意选择；压缩电缸6和剪切电缸7通过PFC限位开关20、电线与电控箱21相连。
L型板12上可装配直剪箱以完成抗剪性能试验，直剪箱是由剪切上箱11和剪切下箱14构成，其中，剪切上箱11通过剪切箱护板15以螺钉螺母固定在L型板12上，剪切下箱14装配有剪切下箱推板16，试验时由剪切电缸7带动力-位移传感器作用于剪切下箱推板16上，推动剪切下箱14移动。
L型板12上可装配土槽试验箱以完成承压特性试验、贯入特性试验、落球试验、散粒体体力分布试验、压力传递特性试验。
本发明的工作原理：
本发明在L型板12上搭载试验土槽或直剪箱，通过涡轮减速机8控制底板10倾斜至不同的角度，在不同的倾斜状态下，沿分力方向获得低重力环境，并完成模拟土壤力学性能测定的相关试验。该方法设备简单，时间不受限制，模拟得到的低重力环境稳定性高、可重现性好，倾斜过程中产生的各种分力与倾斜角读相关，数据稳定且可重复再现。适合于对低重力环境下模拟月壤力学性能的测定。

Claims (4)

1.一种低重力环境模拟试验装置，其特征在于：是由机架、量角器、电控箱、压缩电缸、剪切电缸、涡轮减速机、底板、上联板、L型板和下联板组成，机架下方安装有四个福马脚轮，以便移动和固定整体机构，涡轮减速机和电控箱分别固定在机架的两侧，底板一端装有转动转座而与涡轮减速机输出轴相连，底板另一端通过固定转轴与机架相连，涡轮减速通过轴与底板相连；上联板在固定底板上，压缩电缸通过压缩电缸底板与上联板相连，剪切电缸通过电缸支板与底板相连，L型板通过下联板与底板相连；压缩电缸底板由梯形丝杠控制，可左右移动以达到横向移动压缩电缸的目的；L型板由梯形丝杠控制，可控制L型板沿垂直于底板方向前后移动，通过上述两个动作可以完成对L型板上搭载的土槽的不同试验点的任意选择；压缩电缸和剪切电缸通过PFC限位开关、电线与电控箱相连。
2.根据权利要求1所述的一种低重力环境模拟试验装置，其特征在于：所述的L型板上装配有直剪箱，直剪箱是由剪切上箱和剪切下箱构成，其中，剪切上箱通过剪切箱护板以螺钉螺母固定在L型板上，剪切下箱装配有剪切下箱推板，试验时由剪切电缸带动力-位移传感器作用于剪切下箱推板上，推动剪切下箱移动。
3.根据权利要求1所述的一种低重力环境模拟试验装置，其特征在于：所述的L型板上装配有土槽试验箱和试验用具以完成承压特性试验、贯入特性试验、落球试验、散粒体体力分布试验、压力传递特性试验。
4.根据权利要求3所述的一种低重力环境模拟试验装置，其特征在于：所述的试验用具包括有 压板、锥头、土槽盖、剪切特性试验加压装置、落球导轨和压力传感器。
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