CN103454402A - 室内模拟降雨试验装置 - Google Patents

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何晖
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Abstract

本发明涉及一种室内模拟降雨试验装置。岩土工程领域，一直没有合适的模拟各种降雨条件下微型桩加固膨胀土滑坡试验的试验装置。本发明包含有降雨路径控制系统和供水系统，降雨路径控制系统包含有主传动装置和副传动装置；主传动装置包含有矩形的固定框，固定框其中一组相对边框上垂直安装有丝杠；副传动装置包含有固定承载板，固定承载板上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠的滑台上设置有降雨喷头；所述的固定承载板通过滚珠丝杠螺母垂直固定在丝杠的下方；通过计算机预先设定的路径控制步进电机实现降雨喷头在XOY平面内沿指定路径进行移动。本发明可模拟各种降雨路径，调节降雨强度，降雨均匀，并可完成降雨量、降雨时间的自动在线采集。

Description

室内模拟降雨试验装置
技术领域
    本发明涉及一种岩土工程和机械工程领域的模拟装置，具体涉及一种室内模拟降雨试验装置。 
背景技术
膨胀土滑坡带来的安全及生态环境问题已成为当今陕南地区工程安全中的热点问题，微型桩护坡是利用微型桩对膨胀土滑坡体进行加固，具有施工简单、成本低等优点。在评价微型桩对膨胀土滑坡体稳定性影响的过程中，必须通试验来获取相关技术参数。由于所要加固的滑坡体一般都位于边远山区，很难具备现场试验条件，这样导致现场试验及监测过程不仅费用高昂、试验难度大、试验周期长，且仅能反应某一特定时间特定降雨工况下微型桩对膨胀土体应力场及位移场的变化过程，并不能反应微型桩在不同降雨工况下对膨胀土影响的动态变化，无法满足实际工程的需要，因而在实验室内进行相似模拟试验成为必要。目前室内模拟降雨设备喷头多为固定在某一特定位置，不能根据试验需要要求喷头按一定路径进行移动，严重制约了描述膨胀土滑坡体在不同降雨路径条件下稳定性评价模型的发展及最优微型桩布置方案的准确性。 
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于室内微型桩加固膨胀土护坡模拟试验的室内模拟降雨试验装置。 
本发明所采用的技术方案是： 
室内模拟降雨试验装置，包含有降雨路径控制系统和供水系统，其特征在于：
所述的降雨路径控制系统包含有主传动装置和副传动装置；所述的主传动装置包含有矩形的固定框，固定框其中一组相对边框上垂直安装有丝杠；所述的副传动装置包含有固定承载板，固定承载板上安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠的滑台上设置有降雨喷头；所述的固定承载板通过滚珠丝杠螺母垂直固定在丝杠的下方；
所述的供水系统包含有供水槽，通过管道与降雨喷头连接。
所述主传动装置中矩形的固定框由相对的一组直线光轴和相对的一组有机玻璃板组成； 
丝杠两端均通过丝杠支撑轴承安装在有机玻璃板上，其中一端连接在通过主传动步进电机支座安装于该侧有机玻璃板上的主传动步进电机上，主传动步进电机通过控制板接入计算机。
所述副传动装置中，滚珠丝杠的一端通过四号丝杠支撑轴承安装在固定承载板的边缘，另一端通过三号丝杠支撑轴承安装在固定承载板的另一侧边缘；滚珠丝杠穿过三号丝杠支撑轴承与固定在固定支撑板端部的副传动步进电机支座上的步进电机连接，副传动步进电机通过控制板接入计算机； 
固定承载板上平行于滚珠丝杠两侧均设置有直线光轴。
所述固定承载板的两端均通过直线轴承连接到主传动装置固定框中相对的一组直线轴承上。 
所述供水系统中的供水槽与降雨喷头之间设置有稳压水槽，稳压水槽设置的溢流口通过管道与供水槽相连。 
所述的供水槽与稳压水槽中均设置有微型电动隔膜泵； 
稳压水槽中的微型电动隔膜泵与降雨喷头之间的管路上依次设置有溢流阀、单向阀、调压阀、压力表、电磁阀和流量计，稳压水槽中的微型电动隔膜泵设置有电压表；
供水槽和稳压水槽中的微型电动隔膜泵、电压表、电磁阀和流量计均通过控制板接入计算机。
本发明具有以下优点： 
本发明结构简单，设计合理，降雨路径控制试验架可以配合计算机按照预先设定的程序控制降雨路径，设定降雨时间，可以调节降雨强度，采集水流量数据，可以模拟多种降雨路径条件下微型桩加固膨胀土滑坡试验，降雨均匀，实现了降雨量的在线采集。 
附图说明
图1是本发明实验装置的俯视示意图。 
图2是本发明实验装置的仰视示意图。 
图3是本发明供水装置的示意图。 
图中，1-供水槽，2-稳压水槽，3-控制板，4-一号直线轴承，5-副传动步进电机，6-主传动步进电机，7-一号直线光轴，8-丝杠，9-二号直线光轴，10-一号有机玻璃板，11-固定承载板，12-二号有机玻璃板，13-滚珠丝杠螺母，14-二号直线轴承，15-计算机，16-一号丝杠支撑轴承，17-二号丝杠支撑轴承，18-滑台，19-三号直线轴承，20-副传动步进电机支座，21-主传动步进电机支座，22-降雨喷头，23-四号丝杠支撑轴承，24-滚珠丝杠，25-三号直线光轴，26-四号直线光轴，27-供水槽微型电动隔膜泵，28-稳压水槽微型电动隔膜泵，29-单向阀，30-调压阀，31-压力表，32-电磁阀，33-流量计，34-溢流口，35-溢流阀，36-电压表。 
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。 
本发明所涉及的一种室内模拟降雨试验装置，包含有降雨路径控制系统和供水系统。 
降雨路径控制系统包含有主传动装置和副传动装置。 
参见图1，主传动装置包含有矩形的固定框，由相对的一组直线轴承和相对的一组有机玻璃板组成，见图中的一号直线轴承4、二号直线轴承14、一号有机玻璃板10和二号有机玻璃板12，固定框其中一组相对边框，即一号有机玻璃板10和二号有机玻璃板12之间垂直安装有丝杠8，丝杠8两端均通过丝杠支撑轴承（一号丝杠支撑轴承16和二号丝杠支撑轴承17）安装在有机玻璃板上，其中一端（一号丝杠支撑轴承16一端）连接在通过主传动步进电机支座21安装于该侧二号有机玻璃板12上的主传动步进电机6上，主传动步进电机6通过控制板3接入计算机1。控制板3为Arduino控制板。 
参见图2，副传动装置包含有固定承载板11，固定承载板11上安装有滚珠丝杠24，滚珠丝杠24的滑台18上设置有降雨喷头22。固定承载板11通过滚珠丝杠螺母13垂直固定在丝杠8的下方。副传动装置中，滚珠丝杠24的一端通过三号丝杠支撑轴承23安装在固定承载板11的边缘，另一端通过三号直线轴承19安装在固定承载板11的另一侧边缘。滚珠丝杠24安装在三号直线轴承19处的端头连接在通过副传动步进电机支座20安装于固定承载板11该侧边缘的副传动步进电机5上，副传动步进电机5通过控制板3接入计算机1。固定承载板11上平行于滚珠丝杠24两侧均设置有直线光轴，即三号直线光轴25和四号直线光轴26。参见图1，固定承载板11的两端均通过直线轴承连接到主传动装置固定框中相对的一组直线轴承上。 
主传动步进电机6和副传动步进电机5通过控制板3与计算机15相连，通过计算机15预先设定的降雨路径控制步进电机实现降雨喷头22在XOY平面内沿指定路径进行移动。 
滑台18与副传动装置的连接方式和副传动装置与主传动装置的连接方式相同，具体参见图1。 
参见图3，供水系统包含有供水槽1，通过管道与降雨喷头22连接。供水系统中的供水槽1与降雨喷头22之间设置有稳压水槽2，稳压水槽2设置的溢流口34通过管道与供水槽1相连，稳压水槽溢流口34高于供水槽1，为降雨提供稳定的水压。供水槽1与稳压水槽2中均设置有微型电动隔膜泵，即供水槽微型电动隔膜泵27和稳压水槽微型电动隔膜泵28。稳压水槽2中的微型电动隔膜泵与降雨喷头22之间的管路上依次设置有溢流阀35、单向阀29、调压阀30、压力表31、电磁阀32和流量计33，稳压水槽2中的微型电动隔膜泵设置有电压表36。供水槽1中的微型电动隔膜泵、电压表36、电磁阀32和流量计33均通过控制板3接入计算机15，流量计33采集降雨量和降雨时间，电磁阀32控制降雨的开始与结束，调压阀30用于人工校正水压，通过调节输入微型电动隔膜泵的电压调节水压，实现不同的降雨强度。 
由于采用了以上技术方案，本发明可以配合计算机按照预先设定的程序控制降雨路径，设定降雨时间，可以调节降雨强度，采集水流量数据，可以模拟多种降雨路径条件下微型桩加固膨胀土滑坡试验。 
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (6)

1.室内模拟降雨试验装置，包含有降雨路径控制系统和供水系统，其特征在于：
所述的降雨路径控制系统包含有主传动装置和副传动装置；所述的主传动装置包含有矩形的固定框，固定框其中一组相对边框上垂直安装有丝杠（8）；所述的副传动装置包含有固定承载板（11），固定承载板（11）上安装有滚珠丝杠（24），滚珠丝杠（24）的滑台（18）上设置有降雨喷头（22）；所述的固定承载板（11）通过滚珠丝杠螺母（13）垂直固定在丝杠（8）的下方；
所述的供水系统包含有供水槽（1），通过管道与降雨喷头（22）连接。
2.根据权利要求1所述的室内模拟降雨试验装置，其特征在于：
所述主传动装置中矩形的固定框由相对的一组直线光轴和相对的一组有机玻璃板组成；
丝杠（8）两端均通过丝杠支撑轴承安装在有机玻璃板上，其中一端连接在通过主传动步进电机支座（21）安装于该侧有机玻璃板上的主传动步进电机（6）上，主传动步进电机（6）通过控制板（3）接入计算机（1）。
3.根据权利要求2所述的室内模拟降雨试验装置，其特征在于：
所述副传动装置中，滚珠丝杠（24）的一端通过四号丝杠支撑轴承（23）安装在固定承载板（11）的边缘，另一端通过三号丝杠支撑轴承（19）安装在固定承载板（11）的另一侧边缘；滚珠丝杠（24）穿过三号丝杠支撑轴承（19）与固定在固定支撑板（11）端部的副传动步进电机支座（20）上的步进电机（5）连接，副传动步进电机（5）通过控制板（3）接入计算机（1）；
固定承载板（11）上平行于滚珠丝杠（24）两侧均设置有直线光轴。
4.根据权利要求3所述的室内模拟降雨试验装置，其特征在于：
所述固定承载板（11）的两端均通过直线轴承连接到主传动装置固定框中相对的一组直线轴承上。
5.根据权利要求4所述的室内模拟降雨试验装置，其特征在于：
所述供水系统中的供水槽（1）与降雨喷头（22）之间设置有稳压水槽（2），稳压水槽（2）设置的溢流口（34）通过管道与供水槽（1）相连。
6.根据权利要求5所述的室内模拟降雨试验装置，其特征在于：
所述的供水槽（1）与稳压水槽（2）中均设置有微型电动隔膜泵；
稳压水槽（2）中的微型电动隔膜泵与降雨喷头（22）之间的管路上依次设置有溢流阀（35）、单向阀（29）、调压阀（30）、压力表（31）、电磁阀（32）和流量计（33），稳压水槽（2）中的微型电动隔膜泵设置有电压表（36）；
供水槽（1）和稳压水槽（2）中的微型电动隔膜泵、电压表（36）、电磁阀（32）和流量计（33）均通过控制板（3）接入计算机（15）。
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