CN111208280A - 三维走滑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了三维走滑装置，属于地质环境的模拟实验设备领域，包括成对角设置且结构相同的两个G形箱，两个所述G形箱均固定在所述底板上，两个所述G形箱与底板形成上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；所述G形箱在底板上相对滑动设置。本发明模拟一种两块砂土在水平X方向发生走滑位移的状态，底部还会有胶质物注入的状态，密封性好，模拟结果更加精准，保证实验的准确性和有效性。
Description
技术领域
本发明属于地质环境的模拟实验设备领域，涉及一种三维走滑装置。
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。
走滑断层即规模巨大的平移断层，又称横移断层、走向滑动断层，亦称为扭转断层，平移断层作用的应力是来自两旁的剪切力作用，其两盘顺断层面走向相对移动，而无上下垂直移动。
走滑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作用发生走滑，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三维走滑装置，模拟一种两块砂土在水平X方向发生走滑位移的状态，底部还会有胶质物注入的状态，密封性好，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：三维走滑装置，包括成对角设置且结构相同的两个G形箱，两个所述G形箱均固定在所述底板上，两个所述G形箱与底板形成上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；所述G形箱在底板上相对滑动设置。
进一步的，所述G形箱包括立墙、尾端立板和推板，所述立墙垂直设置在所述底板上，所述尾端立板垂直于所述立墙的侧面设置，所述尾端立板设在所述立墙X轴方向的两侧，所述推板设在其中一个所述尾端立板的外侧且靠近另外一个所述G形箱的一侧。
进一步的，所述推板与所述立墙平行设置，所述推板的高度与所述尾端立板的高度一致。
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尾端立板固定连接，横梁架设在两个G形箱的上端，一个所述尾端立板匹配和一个横梁设置。
进一步的，所述底板设在承载板上，所述底板与所述承载板之间设有至少一列滚针轴承，所述滚针轴承的轴线与Y轴方向平行设置。
进一步的，所述G形箱的四周设有保证密封的密封条。
进一步的，所述G形箱由液压缸驱动，所述液压缸的出力轴与所述G形箱在X轴方向一端的中心固定连接，液压缸的出力轴与X轴平行设置，一个G形箱匹配设置一个液压缸设置。
进一步的，所述G形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。
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，利用相对设置的两个G形箱实现了砂土的放置，利用两个G形箱体在X轴方向的相对运动，模拟一种砂土仅受到水平X方向的挤压力的状态，同时G形箱的结构既限制了砂土在Y轴方向的运动，也保证了砂土不会在该方向受到外部的推拉力作用，实现了三维走滑状态的变化，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、设置与尾端立板配套的横梁，减小了尾端立板在超重力场中产生的摩擦力，尾端立板被吊装在横梁上，横梁固定在两侧立墙顶端的导轨上，这样可使尾端立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是本发明三维走滑装置的结构示意图；
图2是本发明三维走滑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、推板；4、尾端立板；5、横梁；6、导轨；7、承载板；8、底板；9、立墙；10、滚针轴承；11、回油缸；12、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，本发明为三维走滑装置，包括成对角设置且结构相同的两个G形箱，两个G形箱均固定在底板8上，两个G形箱与底板8形成上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；G形箱在底板8上相对滑动设置。
优选地，G形箱包括立墙9、尾端立板4和推板3，立墙9垂直设置在底板8上，尾端立板4垂直于立墙9的侧面设置，尾端立板4设在立墙9X轴方向的两侧，推板3设在其中一个尾端立板4的外侧且靠近另外一个G形箱的一侧，推板3为L形，用于在两个砂箱错位时封闭两个G形箱形成的砂箱空间，避免砂土泄露。
优选地，推板3与立墙9平行设置，推板3的高度与尾端立板4的高度一致，保证实验空间的稳定性。
优选地，立墙9的上端设有导轨6，导轨6的上端设有与其滑动连接的横梁5，横梁5沿X轴方向进行滑动，横梁5的下端与尾端立板4固定连接，横梁5架设在两个G形箱的上端，一个尾端立板4匹配和一个横梁5设置，这样可使G形箱对底板8的压力尽可能减小，而导轨6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G形箱在移动时的摩擦力，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G形箱的磨损。
优选地，底板8设在承载板7上，底板8与承载板7之间设有至少一列滚针轴承10，滚针轴承10的轴线与Y轴方向平行设置，当G形箱移动时，滚针轴承10上的滚针滚动，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，减小移动时的摩擦阻力。
优选地，G形箱的四周设有保证密封的密封条，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G形箱内且突出G形箱设置，密封条预压实现密封作用。
优选地，G形箱由液压缸1驱动，液压缸1的出力轴与G形箱在X轴方向一端的中心固定连接，液压缸1的出力轴与X轴平行设置，一个G形箱匹配设置一个液压缸1设置，形成整体的一个接班对称结构，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，G形箱和液压缸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11和储油腔12，液压缸1排出的油通过油道进入到储油腔12，回油缸11通过加压将储油腔12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8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8的重量，底板8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11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8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12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11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，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。
在实际的使用过程中，实验台的砂箱采用两个G形箱结构，G形箱三面用立板封闭，另外的一面仅有部分立板，用于在两个G形箱发生错位时，依然保持整体的封闭，两个G形箱开放部分接触在一起，每个G形箱都连接着一个液压缸，试验过程中通过控制液压缸来实现G形箱的运动，从而实现砂箱内两箱砂土的走滑位移，G形箱的四周安装有密封条，以保证在试验过程中不会发生因砂土泄漏而影响结构。
本结构域的柱体为G形箱，G形箱主要由底板8、立墙9、推板3和尾端立板4组成，而横梁5、导轨6和滚针轴承10都是辅助G形箱平稳运动的元件。
当实验台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，对吊篮上的实验台输送微量液压油，液压油沿着安装在旋臂上的油管输送到底座2上的进油口，再通过底座2内的油道将液压油分别输送到液压缸1的内腔，液压缸1的活塞杆伸出推动推板3，由于推板3、底板8和尾端立板4已经固定在一起，受到液压缸1的推拉力时一起运动，砂箱内部空间不发生变化，只是两个砂箱之间会发生错位，砂箱底板8和承载板7之间加装滚针轴承10，当G形箱移动时，滚针轴承10上的滚针滚动，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，减小移动时的摩擦阻力，推板3的侧面板用于在两个G形箱错位时封闭砂箱空间，避免砂土泄露，而液压缸1内腔排出的液压油沿底座2内的油道汇集到储油腔12内，由于旋转中心和吊篮之间的重力差作用，储油腔12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11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。
与液压缸推动G形箱的同时，控制中心也在根据实验要求对注入油和水，油和水的黏度较小，可从旋转中心直接向吊篮上的实验台输送，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，并通过底座2内的水道和油道进入砂箱底板8的孔眼注入砂土中，本结构模拟一种两块砂土在水平X方向发生走滑位移的状态，底部还会有胶质物注入的状态，密封性好，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)
1.三维走滑装置，其特征在于：包括成对角设置且结构相同的两个G形箱，两个所述G形箱均固定在所述底板上，两个所述G形箱与底板形成上端开口的砂箱，用来放置实验用的受挤压物质；所述G形箱在底板上相对滑动设置。
2.根据权利要求1所述的三维走滑装置，其特征在于：所述G形箱包括立墙、尾端立板和推板，所述立墙垂直设置在所述底板上，所述尾端立板垂直于所述立墙的侧面设置，所述尾端立板设在所述立墙X轴方向的两侧，所述推板设在其中一个所述尾端立板的外侧且靠近另外一个所述G形箱的一侧。
3.根据权利要求2所述的三维走滑装置，其特征在于：所述推板与所述立墙平行设置，所述推板的高度与所述尾端立板的高度一致。
4.根据权利要求2所述的三维走滑装置，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尾端立板固定连接，横梁架设在两个G形箱的上端，一个所述尾端立板匹配和一个横梁设置。
5.根据权利要求1所述的三维走滑装置，其特征在于：所述底板设在承载板上，所述底板与所述承载板之间设有至少一列滚针轴承，所述滚针轴承的轴线与Y轴方向平行设置。
6.根据权利要求1所述的三维走滑装置，其特征在于：所述G形箱的四周设有保证密封的密封条。
7.根据权利要求1所述的三维走滑装置，其特征在于：所述G形箱由液压缸驱动，所述液压缸的出力轴与所述G形箱在X轴方向一端的中心固定连接，液压缸的出力轴与X轴平行设置，一个G形箱匹配设置一个液压缸设置。
8.根据权利要求7所述的三维走滑装置，其特征在于：所述G形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。
9.根据权利要求9所述的三维走滑装置，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。
10.根据权利要求7所述的三维走滑装置，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。
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| CN111208280B (zh) | 2024-07-09 |
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