CN103669430B - 一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置,重型机床与基础采用栓接方式连接，横梁与立柱滑动连接来引入结合面特性，可实现不同结构的立柱与横梁的更换，胶接有基础边界模拟橡胶的基础填埋在填土腔内的填土中，填土腔中的填土可更换，采用带有圆锥的人工截取区作为填土腔的边界，实验装置通过调平装置支撑，可以用于研究重型机床-基础-地基系统静、动特性及不均匀沉降的影响，便于更换不同类型机床、不同土壤进行试验。
Description
技术领域
本发明是一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置，属于重型机床制造与地基基础实验领域。
背景技术
重型机床是衡量一个国家技术平和综合国力的战略物资，因其具有大自重、大载荷等特点，床身、立柱等大尺度构件的工作精度和寿命均直接受地基与土的影响。由于未考虑重型机床-基础-地基相互之间的作用，工程实践中经常出现受周边环境振动引起的崩刀、地基沉降导致加工精度无法保证等现象，而且无论是对于静力还是动力特性研究，考虑重型机床-基础-地基相互之间的作用计算出的结果与假定地基为刚性所得到的结论差距较大，因此，需要将重型机床-复合地基-土整体考虑建立系统模型。
为了提高重型机床的加工精度，考虑外界环境因素（临近机床、建筑施工、天吊等）对重型机床运动精度的影响，研究重型机床-基础-地基系统的静、动态特性，需要建立一种基于重型机床-基础-地基系统的实验装置。
为了预测重型机床不均匀沉降对机床精度的影响规律，因重型机床载荷分布不均造成地基-基础系统随时间的不均匀沉降，工作台在局部产生变形，从而引起静压导轨的变形，破坏静压导轨油膜形成条件，重型机床不能正常工作。
为了节约重型机床-基础-地基系统实验装置因不通用而带来的资源浪费，需要建立一种可实现不同重型机床、不同形式基础、不同土层具有互换性的实验装置。
为了真实的反应重型数控机床与基础之间栓接结合面、横梁与立柱静压导轨结合面、基础与地基结合面、人工边界等结合部对机床精度的影响，需要构建一种考虑结合面特性的重型机床-基础-地基系统实验装置。
因此，为了建立更加符合现实工况的分析实验装置，提高重型机床的加工精度，节约因地基不均匀沉降带来的维修成本，需要将重型机床-基础-地基整体考虑建立系统相互作用实验装置。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置，其通过实验装置研究基础-地基系统对重型机床精度的影响，针对不同重型机床、不同形式基础、不同土壤，可实现互换性的实验装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置，该实验装置包括调平底座、调平螺母、人工边界模拟橡胶、填土腔、上端盖开启铰链、激振口、基础边界模拟橡胶、重型机床立柱、重型机床横梁、立柱栓接孔、混凝土基础、上端盖、上端盖锁紧螺母、地基支撑装置、上端盖锁紧孔、上端盖基础孔、横梁燕尾槽、位移传感器、应变传感器，位移传感器包括位移传感器a以及一组位移传感器b。
重型机床横梁通过横梁燕尾槽与重型机床立柱连接，同时保证重型机床立柱与立柱栓接孔同心栓接；人工边界模拟橡胶胶接在地基支撑装置上，基础边界模拟橡胶胶接在混凝土基础上，混凝土基础与基础边界模拟橡胶固定于填土腔的填土中；在上端盖两侧挖出激振口；位移传感器a固定于重型机床横梁几何中心，用以实现重型机床刀尖点的动态特性检测的目的，位移传感器b为一组位移传感器，用以实现混凝土基础承载变形检测的目的；应变传感器同样为一组应变传感器，与位移传感器b并列布置于混凝土基础中，用以实现混凝土基础静态特性检测的目的；为保证传感器的准确测量，将上述传感器布置于混凝土基础中距离上表面为基础高度的1/4处。
实验装置通过调平螺母带动调平螺母完成装置的调平，上端盖与地基支撑装置通过上端盖开启铰链铰接，拆下上端盖锁紧螺母实现上端盖的开启，混凝土基础上表面与上端盖的上端盖基础孔大小相同，人工边界模拟橡胶用以模拟粘-弹性人工截取的边界条件，相当于在人工边界上同时设置阻尼器和弹簧；然后，将人工填土置于填土腔中并夯实，在填土腔中预埋传感器，填土腔内的填土可根据不同地质条件进行更换以研究不同土壤系统的静、动特性影响，基础边界模拟橡胶用以模拟基础与土接触面边界条件，相当于在混凝土基础与土层结合面上设置阻尼器和弹簧；然后填埋进夯实在填土腔中的土壤内，可根据不同基础形式更换混凝土基础，重型机床立柱通过上端盖基础孔与立柱栓接孔平行栓接在混凝土基础上，来模拟栓接结合面特性。
该装置工作时，外部激励器通过激振口作为系统的振源，激励以波的形式通过填土腔中填土传播，人工边界模拟橡胶将半无限空间的土壤截断，用以代替截断后边界特性，传播到人工边界模拟橡胶中的激励等效为在半无限空间的土壤中传播，一部分波通过基础边界模拟橡胶传递给混凝土基础，最终激励通过重型机床立柱和重型机床横梁被位移传感器a接收；通过此过程检测外部环境作用下系统的动态响应，同样也可以在重型机床构件上施加激励，激励传播过程与上述过程相反，用以检测内部激励作用下系统的动态响应，重型机床结构自身重力作用下，混凝土基础产生变形，混凝土基础中的位移传感器b和应变传感器可检测到混凝土基础产生的承载变形及承载应变。
此外，通过更换不同尺寸的重型机床立柱来完成不同重型机床的更换，将重型机床横梁通过横梁燕尾槽连接于重型机床立柱上，来模拟大型滑动结合面特性，在更换重型机床立柱的同时重型机床横梁也随之更换。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、实验装置具有通用性，考虑了各类结合面的影响，可实现不同重型机床、不同形式基础、不同土壤的更换。
2、可实现重型机床的不均匀沉降预测，降低因不均匀沉降导致的机床精度损失和维修费用。
3、可测量基础-地基系统的承载变形，可测量因内、外部环境激励带来的动态响应，预测内外因素对重型机床精度的影响规律。
附图说明
图1为本实验装置的主视图。
图2为本实验装置的侧视图。
图3为本实验装置的上端盖结构图。
图4为重型机床横梁与立柱连接结构示意图。
图5为立柱结构图。
图6为混凝土基础结构图。
图中：1、调平底座，2、调平螺母，3、人工边界模拟橡胶，4、填土腔，5、上端盖开启铰链，6、激振口，7、基础边界模拟橡胶，8、重型机床立柱，9、重型机床横梁，10、立柱栓接孔，11、混凝土基础，12、上端盖，13、上端盖锁紧螺母，14、地基支撑装置，15、上端盖锁紧孔，16、上端盖基础孔，17、横梁燕尾槽，18、位移传感器，19、应变传感器，18.1、位移传感器a，18.2、位移传感器b。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。
如图1～6所示为该重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置图，该实验装置包括调平底座1、调平螺母2、人工边界模拟橡胶3、填土腔4、上端盖开启铰链5、激振口6、基础边界模拟橡胶7、重型机床立柱8、重型机床横梁9、立柱栓接孔10、混凝土基础11、上端盖12、上端盖锁紧螺母13、地基支撑装置14、上端盖锁紧孔15、上端盖基础孔16、横梁燕尾槽17、位移传感器18、应变传感器19，位移传感器18包括位移传感器a18.1以及一组位移传感器b18.2。
重型机床横梁9通过横梁燕尾槽17与重型机床立柱8连接，同时保证重型机床立柱8与立柱栓接孔10同心栓接；人工边界模拟橡胶3胶接在地基支撑装置14上，基础边界模拟橡胶7胶接在混凝土基础11上，混凝土基础11与基础边界模拟橡胶7固定于填土腔4的填土中；在上端盖12两侧挖出激振口6；位移传感器a18.1固定于重型机床横梁9几何中心，用以实现重型机床刀尖点的动态特性检测的目的，位移传感器b18.2为一组位移传感器，用以实现混凝土基础11承载变形检测的目的；应变传感器19同样为一组应变传感器，与位移传感器b18.2并列布置于混凝土基础11中，用以实现混凝土基础11静态特性检测的目的；为保证传感器的准确测量，将上述传感器布置于混凝土基础11中距离上表面为基础高度的1/4处。
实验装置通过调平螺母2带动调平螺母1完成装置的调平，上端盖12与地基支撑装置14通过上端盖开启铰链5铰接，拆下上端盖锁紧螺母13实现上端盖12的开启，混凝土基础11上表面与上端盖12的上端盖基础孔16大小相同，人工边界模拟橡胶3用以模拟粘-弹性人工截取的边界条件，相当于在人工边界上同时设置阻尼器和弹簧；然后，将人工填土置于填土腔4中并夯实，在填土腔4中预埋传感器，填土腔4内的填土可根据不同地质条件进行更换以研究不同土壤系统的静、动特性影响，基础边界模拟橡胶7用以模拟基础与土接触面边界条件，相当于在混凝土基础11与土层结合面上设置阻尼器和弹簧；然后填埋进夯实在填土腔4中的土壤内，可根据不同基础形式更换混凝土基础11，重型机床立柱8通过上端盖基础孔16与立柱栓接孔10平行栓接在混凝土基础11上，来模拟栓接结合面特性。
该装置工作时，外部激励器通过激振口6作为系统的振源，激励以波的形式通过填土腔4中填土传播，人工边界模拟橡胶3将半无限空间的土壤截断，用以代替截断后边界特性，传播到人工边界模拟橡胶3中的激励等效为在半无限空间的土壤中传播，一部分波通过基础边界模拟橡胶7传递给混凝土基础11，最终激励通过重型机床立柱8和重型机床横梁9被位移传感器a18.1接收；通过此过程检测外部环境作用下系统的动态响应，同样也可以在重型机床构件上施加激励，激励传播过程与上述过程相反，用以检测内部激励作用下系统的动态响应，重型机床结构自身重力作用下，混凝土基础11产生变形，混凝土基础11中的位移传感器b18.2和应变传感器19可检测到混凝土基础11产生的承载变形及承载应变。
此外，通过更换不同尺寸的重型机床立柱8来完成不同重型机床的更换，将重型机床横梁9通过横梁燕尾槽17连接于重型机床立柱8上，来模拟大型滑动结合面特性，在更换重型机床立柱8的同时重型机床横梁9也随之更换。
Claims (2)
1.一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置，其特征在于：该实验装置包括调平底座(1)、调平螺母(2)、人工边界模拟橡胶(3)、填土腔(4)、上端盖开启铰链(5)、激振口(6)、基础边界模拟橡胶(7)、重型机床立柱(8)、重型机床横梁(9)、立柱栓接孔(10)、混凝土基础(11)、上端盖(12)、上端盖锁紧螺母(13)、地基支撑装置(14)、上端盖锁紧孔(15)、上端盖基础孔(16)、横梁燕尾槽(17)、位移传感器(18)、应变传感器(19)，位移传感器(18)包括位移传感器a(18.1)以及一组位移传感器b(18.2)；
重型机床横梁(9)通过横梁燕尾槽(17)与重型机床立柱(8)连接，同时保证重型机床立柱(8)与立柱栓接孔(10)同心栓接；人工边界模拟橡胶(3)胶接在地基支撑装置(14)上，基础边界模拟橡胶(7)胶接在混凝土基础(11)上，混凝土基础(11)与基础边界模拟橡胶(7)固定于填土腔(4)的填土中；在上端盖(12)两侧挖出激振口(6)；位移传感器a(18.1)固定于重型机床横梁(9)几何中心，用以实现重型机床刀尖点的动态特性检测的目的，位移传感器b(18.2)为一组位移传感器，用以实现混凝土基础(11)承载变形检测的目的；应变传感器（19）同样为一组应变传感器，与位移传感器b(18.2)并列布置于混凝土基础(11)中，用以实现混凝土基础(11)静态特性检测的目的；为保证传感器的准确测量，将上述传感器布置于混凝土基础(11)中距离上表面为基础高度的1/4处；
实验装置通过调平螺母(2)带动调平螺母(1)完成装置的调平，上端盖(12)与地基支撑装置(14)通过上端盖开启铰链(5)铰接，拆下上端盖锁紧螺母(13)实现上端盖(12)的开启，混凝土基础(11)上表面与上端盖(12)的上端盖基础孔(16)大小相同，人工边界模拟橡胶(3)用以模拟粘-弹性人工截取的边界条件，相当于在人工边界上 同时设置阻尼器和弹簧；然后，将人工填土置于填土腔(4)中并夯实，在填土腔(4)中预埋传感器，填土腔(4)内的填土可根据不同地质条件进行更换以研究不同土壤系统的静、动特性影响，基础边界模拟橡胶(7)用以模拟基础与土接触面边界条件，相当于在混凝土基础(11)与土层结合面上设置阻尼器和弹簧；然后填埋进夯实在填土腔(4)中的土壤内，可根据不同基础形式更换混凝土基础(11)，重型机床立柱(8)通过上端盖基础孔(16)与立柱栓接孔(10)平行栓接在混凝土基础(11)上，来模拟栓接结合面特性。
2.根据权利要求1所述的一种重型机床-基础-地基系统相互作用的实验装置，其特征在于该装置工作时，外部激励器通过激振口(6)作为系统的振源，激励以波的形式通过填土腔(4)中填土传播，人工边界模拟橡胶(3)将半无限空间的土壤截断，用以代替截断后边界特性，传播到人工边界模拟橡胶(3)中的激励等效为在半无限空间的土壤中传播，一部分波通过基础边界模拟橡胶(7)传递给混凝土基础(11)，最终激励通过重型机床立柱(8)和重型机床横梁(9)被位移传感器a(18.1)接收；通过此过程检测外部环境作用下系统的动态响应，同样也可以在重型机床构件上施加激励，激励传播过程与上述过程相反，用以检测内部激励作用下系统的动态响应，重型机床结构自身重力作用下，混凝土基础(11)产生变形，混凝土基础(11)中的位移传感器b(18.2)和应变传感器(19)可检测到混凝土基础(11)产生的承载变形及承载应变；
通过更换不同尺寸的重型机床立柱(8)来完成不同重型机床的更换，将重型机床横梁(9)通过横梁燕尾槽(17)连接于重型机床立柱(8)上，来模拟大型滑动结合面特性，在更换重型机床立柱(8)的同时重型机床横梁(9)也随之更换。
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