CN111189709A - 二维挤压拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了二维挤压拉伸装置，属于地质环境的模拟实验设备领域，包括上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质，所述砂箱包括在X轴方向的两端对称设置的推板，所述推板在X轴方向移动，对砂箱内的物体进行挤压，所述砂箱Y轴方向的至少一侧设有观察窗，用来观测砂箱内物体的受挤压状态。本发明模拟一种砂土仅受到水平X方向的挤压/拉伸力的状态，模拟结果更加精准，保证实验的准确性和有效性。

Description

二维挤压拉伸装置

技术领域

本发明属于地质环境的模拟实验设备领域，涉及一种二维挤压拉伸装置。

背景技术

一直以来，地球内部的结构构造及其演变规律的研究都是学术难题，而该领域的研究将很大程度上影响着矿物探采、地震预测和工程建设等各个与人民工作生活息息相关的方方面面，科研界一直在对地质结构进行人工勘探和理论研究，其研究成果需要实验验证，而地质结构的变化却是一个十分缓慢的过程。因此需要通过实验仪器对大时空尺度的构造变形过程进行模拟。由于地质构造变形的时空跨度大，相应的模拟时间也非常长。离心机具有“时空压缩”的作用，它通过高速旋转产生的“超重力场”可以缩短地质构造变形物理模拟的时间，在解决大时空尺度地质构造变形等问题上有着不可取代的作用。但是另一方面，在离心机上进行实验的元件都处于超重力场(高达300g)的作用下，元件的形状和其性能都会发生重大变化，因此需要专门的可适用超重力场并保证其工作性能的元件才能用于离心机的实验。

二维挤压拉伸实验是一种十分复杂的地质环境的模拟实验。置于砂箱中的砂土不仅处于超重力场的作用下，还会受到水平同一直线上两个方向的挤压拉伸作用，与此同时，砂箱底部还会注入水和油等物质。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供一种二维挤压拉伸装置，模拟一种砂土仅受到水平X方向的挤压/拉伸力的状态，模拟结果更加精准，保证实验的准确性和有效性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：二维挤压拉伸装置，包括上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；

所述砂箱包括在X轴方向的两端对称设置的推板，所述推板在X轴方向移动，对砂箱内的物体进行挤压；

所述砂箱Y轴方向的至少一侧设有观察窗，用来观测砂箱内物体的受挤压状态。

进一步的，所述推板与所述砂箱之间设有保证二者密封的密封条。

进一步的，所述推板由液压缸驱动，所述液压缸的出力轴与所述推板的中心固定连接，液压缸的出力轴与X轴平行设置，一个推板匹配设置一个液压缸设置。

进一步的，所述砂箱和液压缸均固设在底座上，所述底座上设有油道，对所述液压缸供油，所述底座的下端面设有回油缸和储油腔，所述液压缸排出的油通过油道进入到所述储油腔，所述回油缸通过加压将储油腔内的液压油泵送回离心机吊篮上的中心液压站中。

进一步的，所述油道的进油口与离心机吊篮上的送油管连通，所述油道的出油口与所述液压缸的进油口连通设置，所述油道的直径为6～12mm。

进一步的，所述液压缸采用静压轴承作为活塞杆的导向支撑，液压缸采用光栅尺作为位移传感器。

进一步的，所述砂箱还包括底板和立墙，所述立墙垂直设置在所述底板上端Y轴方向的两端，所述推板垂直设在所述底板上端X轴方向的两端，所述推板的下端与所述底板滑动设置，所述推板的两侧与所述立墙滑动设置。

进一步的，所述立墙的上端设有导轨，所述导轨的上端设有与其滑动连接的横梁，所述横梁沿X轴方向进行滑动，所述横梁的下端与所述推板固定连接，一个所述推板匹配和一个横梁设置。

进一步的，所述观察窗嵌设在所述所述立墙上，所述观察窗下表面与所述立墙的下表面平齐设置，所述观察窗的形状与所述立墙的形状相同且居中设置在所述立墙上，所述观察窗的面积占所述立墙面积的4/5以上。

进一步的，所述观察窗包括但不限于以下材料，亚克力、钢化玻璃、帕姆板或半透明树脂。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明适用于失重状态下的实验测试，设置在离心机的吊篮上，利用砂箱实现了砂土的放置，利用推板相对砂箱内壁在X轴的移动，模拟一种砂土仅受到水平X方向的挤压/拉伸力的状态，同时砂箱的结构既限制了砂土在该方向的运动，也保证了砂土不会在该方向受到外部的推拉力作用，而且设置的观察窗可方便在试验过程中随时观察箱内砂土的变化情况，整个结构简单，方便制作和组装，而且降低了故障率和装配问题的发生，结构更加稳定可靠；

2、设置与推板配套的横梁，减小了推板在超重力场中产生的摩擦力，推板被吊装在横梁上，横梁固定在两侧立墙顶端的导轨上，这样可使推板对砂箱底板的压力尽可能减小，而导轨滑块移动的摩擦系数要远小于滑动摩擦系数，这样能最大程度地减小推板在移动时的摩擦力，使液压缸的推力尽可能地作用于实验砂土上，也极大地减小了推板的磨损；

3、液压缸采用静压轴承作为活塞杆的导向支撑，降低活塞杆在运动过程中摩擦力，液压缸采用光栅尺作为位移传感器，最大程度上避免了由于测量元件在超重力场中形变而成的测量误差；

4、在底板上设置油道和水道，不仅规避了管件在超重力场下因变形可能发生的泄露，保证了油路和水路的可靠性，还减轻了底板的重量，确保了离心机的实验性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明二维挤压拉伸装置的结构示意图；

图2是本发明二维挤压拉伸装置的底向的结构示意图。

附图标记：

1、液压缸；2、底座；21、减重孔；3、底板；4、观察窗；5、导轨；6、横梁；7、推板；8、立墙；9、回油缸；10、储油腔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中采用笛卡尔坐标系，进行X轴和Y轴方向的定义，具体的可参照说明书附图。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1和图2所示，本发明为二维挤压拉伸装置，包括上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；

砂箱包括在X轴方向的两端对称设置的推板7，推板7在X轴方向移动，对砂箱内的物体进行挤压；

砂箱Y轴方向的至少一侧设有观察窗4，用来观测砂箱内物体的受挤压状态。

优选地，推板7与砂箱之间设有保证二者密封的密封条，密封条没有特殊的要求，市场上常用的用来密封的密封条均可实现，密封条嵌设在推板7内且突出推板7设置，与砂箱的内部接触预压实现密封作用。

优选地，推板7由液压缸1驱动，液压缸1的出力轴与推板7的中心固定连接，液压缸1的出力轴与X轴平行设置，一个推板7匹配设置一个液压缸1设置，形成整体的一个对称结构，使得结构在离心力状态下，受力更加均衡稳定，而且重心容易控制。

优选地，砂箱和液压缸1均固设在底座2上，底座2上设有油道，对液压缸1供油，底座2的下端面设有回油缸9和储油腔10，液压缸1排出的油通过油道进入到储油腔10，回油缸9通过加压将储油腔10内的液压油泵送回离心机吊篮上的中心液压站中，除了设置油道还可以设置水道，不仅规避了管件在超重力场下因变形可能发生的泄露，保证了油路和水路的可靠性，还减轻了底板3的重量，确保了离心机的实验性能，更进一步的，为了减轻底板3的重量，底板3上还设置多个减重孔21，分散设置，保证强度的同时降低重量，在本结构中，回油缸9采用液控增压缸，将实验台的系统回油加压打回到旋转中心的液压站中，针对液控增加缸的规格和原理，本申请申请了相关的专利，信息如下：“CN201410313765.0双出杆油水增压缸”；更进一步的，水道和油道的设置呈简单的十字形结构，贯穿在底板3上，多个设置进油口和出油口，每个进油口和出油口均设置密封的塞头，根据实际安装调试的需求，选择最接近的进油口或出油口进行使用；更进一步的，储油腔10的容量没有容积的限制，只是起到油量缓存的效果，通过回油缸9打回到液压站中。

优选地，油道的进油口与离心机吊篮上的送油管连通，油道的出油口与液压缸1的进油口连通设置，油道的直径为6～12mm，优选为8mm,对流量有一定的要求，流量可通过泵进行随时控制。

优选地，液压缸1采用静压轴承作为活塞杆的导向支撑，降低活塞杆在运动过程中摩擦力，液压缸1采用光栅尺作为位移传感器，最大程度上避免了由于测量元件在超重力场中形变而成的测量误差，此结构有利于在离心力作用下，测试的精度和稳定性，而且会延长零件的使用寿命。

优选地，砂箱还包括底板3和立墙8，立墙8垂直设置在底板3上端Y轴方向的两端，推板7垂直设在底板3上端X轴方向的两端，推板7的下端与底板3滑动设置，推板7的两侧与立墙8滑动设置。

优选地，立墙8的上端设有导轨5，导轨5的上端设有与其滑动连接的横梁6，横梁沿X轴方向进行滑动，横梁6的下端与推板7固定连接，一个推板7匹配和一个横梁6设置，减小了推板7在超重力场中产生的摩擦力，推板7被吊装在横梁6上，横梁6固定在两侧立墙8顶端的导轨5上，这样可使推板7对砂箱底板3的压力尽可能减小，而导轨5滑块移动的摩擦系数要远小于滑动摩擦系数，这样能最大程度地减小推板7在移动时的摩擦力，使液压缸1的推力尽可能地作用于实验砂土上，也极大地减小了推板7的磨损。

优选地，观察窗4嵌设在立墙8上，观察窗4下表面与立墙8的下表面平齐设置，观察窗4的形状与立墙8的形状相同且居中设置在立墙8上，观察窗4的面积占立墙8面积的4/5以上，方便实验人员随时随地的观察砂土手挤压或者拉伸的状态，提升设备操作的便利性。

优选地，观察窗4包括但不限于以下材料，亚克力、钢化玻璃、帕姆板或半透明树脂，保证在挤压过程中所承受的挤压强度，同时保证透明性，满足实时观察的效果。

在实际的使用过程中，当此结构安装在离心机吊篮上，离心机开始高速旋转实验时，安装在旋转中心的液压站根据实验要求，对吊篮上的此结构的液压缸1输送微量液压油，液压油沿着安装在旋臂上的油管输送到底板3上的进油口，此进油口是底板3上油道的进油口，再通过底板3内的油道将液压油分别输送到两个液压缸1的内腔，液压缸1的活塞杆伸出推动推板7挤压砂箱内的砂土，或者缩回拉回推板7给砂箱释放空间，而液压缸1内腔排出的液压油沿底板3内的油道汇集到储油腔10内，由于旋转中心和吊篮之间的重力差作用，储油腔10内的液压油会产生背压而很难回到位于旋转中心的液压站内，因此需要驱动回油缸9对液压油进行加压，加压后的液压油可顺利回到中心液压站中。

与液压缸1推动砂箱的同时，控制中心也在根据实验要求注入油和水，油和水的黏度较小，可从旋转中心直接向吊篮上的此结构输送，由于由于旋转中心和吊篮之间的重力差，油和水可在无动力驱动下输送到吊篮，并通过底板3内的水道和油道进入到底板3的孔眼后注入砂土中，此结构保证了砂土不会在Y方向受到外部的推拉力作用，另外其中一面立墙8上设立的观察窗4可方便在试验过程中随时观察砂箱内砂土的变化情况，而X方向，试验过程中通过控制液压缸1来实现推板7的运动，从而对砂土施加挤压或拉伸的作用力，实现了对砂土X方向的挤压，完成了二维挤压或拉延的实验，如果液压缸1的出力轴缩回即可实现拉伸的实现，此结构模拟在失重状态下一种砂土仅受到水平X方向的挤压/拉伸力的状态，模拟结果更加精准，保证实验的准确性和有效性。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.二维挤压拉伸装置，其特征在于：包括上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；

所述砂箱包括在X轴方向的两端对称设置的推板，所述推板在X轴方向移动，对砂箱内的物体进行挤压；

所述砂箱Y轴方向的至少一侧设有观察窗，用来观测砂箱内物体的受挤压状态。

2.根据权利要求1所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述推板与所述砂箱之间设有保证二者密封的密封条。

3.根据权利要求1所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述推板由液压缸驱动，所述液压缸的出力轴与所述推板的中心固定连接，液压缸的出力轴与X轴平行设置，一个推板匹配设置一个液压缸设置。

4.根据权利要求3所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述砂箱和液压缸均固设在底座上，所述底座上设有油道，对所述液压缸供油，所述底座的下端面设有回油缸和储油腔，所述液压缸排出的油通过油道进入到所述储油腔，所述回油缸通过加压将储油腔内的液压油泵送回离心机吊篮上的中心液压站中。

5.根据权利要求4所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述油道的进油口与离心机吊篮上的送油管连通，所述油道的出油口与所述液压缸的进油口连通设置，所述油道的直径为6～12mm。

6.根据权利要求3所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述液压缸采用静压轴承作为活塞杆的导向支撑，液压缸采用光栅尺作为位移传感器。

7.根据权利要求1所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述砂箱还包括底板和立墙，所述立墙垂直设置在所述底板上端Y轴方向的两端，所述推板垂直设在所述底板上端X轴方向的两端，所述推板的下端与所述底板滑动设置，所述推板的两侧与所述立墙滑动设置。

8.根据权利要求7所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述立墙的上端设有导轨，所述导轨的上端设有与其滑动连接的横梁，所述横梁沿X轴方向进行滑动，所述横梁的下端与所述推板固定连接，一个所述推板匹配和一个横梁设置。

9.根据权利要求7所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述观察窗嵌设在所述所述立墙上，所述观察窗下表面与所述立墙的下表面平齐设置，所述观察窗的形状与所述立墙的形状相同且居中设置在所述立墙上，所述观察窗的面积占所述立墙面积的4/5以上。

10.根据权利要求9所述的二维挤压拉伸装置，其特征在于：所述观察窗包括但不限于以下材料，亚克力、钢化玻璃、帕姆板或半透明树脂。

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