CN114778346A - 一种行车荷载模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及室内模型试验装置的技术领域，具体涉及一种行车荷载模拟装置。包括模型箱、门型支架、振动机构和辊筒机构；门型支架的上端为上横梁；振动机构、辊筒机构和模型箱从上至下依次布置在门型支架下方；振动机构包括振动电机、一对横杆、连杆、安装座、上压板和下压板；辊筒机构包括螺杆电机、螺杆、千斤顶和支撑架；安装连接板的上端固定设有直立的短圆柱台，千斤顶的下端和短圆柱台的上端固定，千斤顶的上端通过水平板和所述小辊筒滚动接触；螺杆水平贯穿短圆柱台，并和螺杆螺纹连接，开启螺杆电机使得螺杆转动，实现短圆柱台在螺杆上移动。因此本发明振动机构可模拟车辆的振动，辊筒机构可有效的模拟了真实情况下的行车荷载。

Description

一种行车荷载模拟装置

技术领域

本发明涉及室内模型试验装置的技术领域，具体涉及一种行车荷载模拟装置。

背景技术

岩土工程方向的研究往往涉及到室内模型试验，室内模型按一定的相似比将实际结构缩小，在室内能够完成相关研究。模型试验由于其节约时间、造价较低，实用性高，且能够反映实际结构的各方面特性，因而被科研工作者们广泛采用。目前岩土方向涉及到的室内模型试验大多是静力试验，是指在试验模型上施加大小和作用点不随时间变化的荷载，或是加载循环荷载，来研究其代表结构物的受力应变特性。

然而，对岩土工程结构的研究停留在静力方面是远远不够的，路基、边坡、挡土墙等结构往往还承受诸如地震、行车荷载以及冲击荷载等动力荷载的作用，在这些动荷载的作用下极易发生结构破坏。因此，研究岩土工程结构在动荷载下的动力特性是意义深远的。

目前国内在室内模型试验方面的动力设备主要有振动台、离心机和大型电压伺服加载系统，但这些设备造价高昂，占地面积大，不是一般实验室都能具备。另一方面，岩土结构受行车荷载较为普遍，然而目前对岩土结构在行车荷载下的动力响应实验研究较多，室内模型较少，特别是能真实模拟车辆荷载在岩土结构产生的动力响应。因此，基于常规室内静力试验基础上，发明一种可用于室内模型试验模拟行车荷载的装置，通过该装置研究岩土结构的动力响应，解决现有条件下室内模型试验难以模拟行车动力荷载的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种行车荷载模拟装置，解决岩土相关专业进行室内动力模型试验的问题，克服无大型动力设备情况下无法模拟行车荷载的难题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种行车荷载模拟装置，包括模型箱1、门型支架2、振动机构3和辊筒机构4；

门型支架2的上端为上横梁21，下端固定在实验地面上；

所述振动机构3、辊筒机构4和模型箱1从上至下依次布置在门型支架2下方；

所述振动机构3包括振动电机31、一对横杆32、连杆33、安装座34、上压板35和下压板36；

所述上压板35和下压板36上、下对应水平布置，且上压板35的上端固定设有直立的套筒351，上压板35和下压板36之间均匀设有直立的缓冲弹簧37，下压板36的下底面均匀布置有水平的小辊筒38；

所述一对横杆32水平布置在上横梁21内，一对横杆32相对的一端设有一对凸轮39，连杆33的上端和一对凸轮39销轴连接，连杆33的下端和安装座34销轴连接， 所述安装座34为圆柱状，安装座34的下部对应插设于套筒351内；

开启所述振动电机31使得一对横杆32转动，实现一对凸轮39的转动；

所述辊筒机构4包括螺杆电机41、螺杆42、千斤顶43和支撑架；

所述支撑架包括水平且平行布置的一对辊筒安装板44，每个辊筒安装板上并排安装有四个以上的大辊筒45，每个大辊筒45均和模型箱1的上端面滚动接触；

所述一对辊筒安装板44通过水平的安装连接板46固定连接，安装连接板46的上端固定设有直立的短圆柱台47，千斤顶43的下端和短圆柱台47的上端固定，千斤顶43的上端通过水平板48和所述小辊筒38滚动接触；

所述螺杆42水平贯穿短圆柱台47，并和螺杆42螺纹连接，开启螺杆电机41使得螺杆42转动，实现短圆柱台47在螺杆42上移动；

实验时，模型箱1内填满岩土，开启振动电机31和螺杆电机41，振动机构3模拟车辆在不平整路面上行驶时产生的车辆内部结构的振动，辊筒机构4模拟车辆在在路面行驶。

进一步，所述安装座34为圆柱，圆柱的外圆柱面为阶梯面，且阶梯面对应将圆柱分为上部圆柱和下部圆柱，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，下部圆柱插设于套筒351内，上部圆柱上开设有U形槽，第一销轴341水平穿过U形槽，第一销轴341的中部和连杆33的下端固定连接，第二销轴391水平穿过一对凸轮39，第二销轴391的中部和连杆33的上端固定连接。

进一步，所述套筒351内设有压缩弹簧352，压缩弹簧352的上端和下部圆柱的底端接触，压缩弹簧352的下端和套筒351的底端接触。

进一步，所述门型支架2的上部设有水平的支架横梁22；支架横梁22的中部开设有上下贯通的矩形孔，所述上压板35和下压板36为相同的矩形板，且矩形板配合位于矩形孔内；

所述水平板48的长度为矩形板长度的2/5~4/5。

进一步，每个所述辊筒安装板沿着螺杆42的方向布置，且辊筒安装板的下部开设有辊轴安装槽，辊轴安装槽内沿着辊筒安装板布置方向水平且均匀设有辊轴，辊轴上配合套设于大辊筒45，使得每个大辊筒45的辊轴方向和所述螺杆42伸长方向垂直。

进一步，所述下压板36的下底面沿着长度方向均匀设有直立的5对支板，每对支板之间均水平布置有所述小辊筒38，使得每个小辊筒38的辊轴方向和大辊筒45的辊轴方向平行。

进一步，所述上压板35和下压板36之间均匀设有10个缓冲弹簧37，每个缓冲弹簧37的上、下端分别通过弹簧安装导套和对应的上压板35、下压板36连接。

本发明的有益效果：

（1）本发明的一种行车荷载模拟装置，包括模型箱、门型支架、振动机构和辊筒机构；振动机构、辊筒机构和模型箱从上至下依次布置在门型支架下方； 门型支架通过与室内地面刚性连接，可以保证动力模型试验所需要的结构强度；启动振动电机、一对横杆转动并带动一对凸轮转动，连杆的上端和一对凸轮销轴连接，连杆的下端和安装座销轴连接，因此安装座可在套筒内上下运动，由于安装座和套筒通过压缩弹簧弹性接触，上压板和下压板通过缓冲弹簧弹性接触，使得套筒上下振动，模拟车辆在不平整路面上行驶时产生的车辆内部结构的振动；

千斤顶的上端通过水平板和小辊筒滚动接触，水平板水平往复运动，并和小辊筒的外圆柱面的下端接触，减小机构间摩擦的同时保证千斤顶提供的竖向荷载始终作用在大辊筒上，螺杆水平贯穿短圆柱台，并和螺杆螺纹连接，启动螺杆电机，使得螺杆转动，实现短圆柱台在螺杆上移动，并通过安装连接板带动大辊筒在模型箱的上端面滚动，模拟车辆在在路面行驶的过程，千斤顶提供的竖向荷载可以模拟车辆载重，可通过控制螺杆电机的转速，来控制大辊筒的运动速度，模拟车辆行驶过程中的加速减速过程，改变螺杆电机的转动方向，可以实现大辊筒往复运动，实现疲劳荷载的施加；

因此本发明可以轻松的完成岩土方向相关室内小型动力试验，通过螺杆电机和振动电机运转以及千斤顶的压力来模拟不同工况下的动力试验；无需占用大面积场地能够在满足实验要求的前提下加快试件拆装进程，加快试验场地周转进度，具有良好的经济效果，克服了目前室内模型试验大型设备搬运、安装困难，造价高昂的难题。

（2）本发明的千斤顶向上顶起水平板，支架横梁的中部开设有上下贯通的矩形孔，上压板和下压板为相同的矩形板，且矩形板配合位于矩形孔内，水平板的长度为矩形板长度的2/5~4/5，使得水平板可在矩形孔的长度方向水平来回运动；由于室内模型试验的场地有限，模型箱的尺寸也有所限制，通过限位大辊筒在模型箱的上端面的行程范围，模拟车辆一定范围内任意速度往复运动，对目标区域实现反复碾压，真实有效的模拟了行车荷载。

（3）本发明的辊筒机构包括螺杆、螺杆电机和短圆柱台，将螺杆电机的输出扭矩转化为试验所需水平力，能够更有效的节约能源消耗；同时短圆柱设置千斤顶下端，能够保证大辊筒在模型箱上行驶时下压的强度，使得本发明行车荷载模拟装置的稳定运行，千斤顶顶部的水平板的设置保证竖向荷载在辊筒机构的作用点始终不变；因此本发明模拟车辆的振动的同时可有效的模拟了真实情况下的行车荷载。

附图说明

图1为本发明的一种行车荷载模拟装置的结构示意图。

图2为图1的正视图。

图3为本发明振动机构和辊筒机构装配的结构示意图。

图4为本发明振动机构的局部视图。

图5为本发明的局部放大图。

图6为本发明的安装座的安装使用状态图。

图7为图6的剖视图。

图8为本发明辊筒机构的结构示意图。

其中：模型箱1、门型支架2、振动机构3、上横梁21、支架横梁22、振动电机31、一对横杆32、连杆33、安装座34、第一销轴341、上压板35、套筒351、压缩弹簧352、下压板36、缓冲弹簧37、小辊筒38、一对凸轮39、第二销轴391、辊筒机构4、螺杆电机41、螺杆42、千斤顶43、一对辊筒安装板44、大辊筒45、安装连接板46、短圆柱台47、水平板48。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

见图1和图2，一种行车荷载模拟装置，包括模型箱1、门型支架2、振动机构3和辊筒机构4；实验时模型箱1内填满岩土，且模型箱1下端和实验地面固定。

门型支架2的下端固定在实验地面上，可以保证动力行车荷载模拟装置所需要的结构强度；门型支架2的上端为上横梁21；

见图3~图5，所述振动机构3、辊筒机构4和模型箱1从上至下依次布置在门型支架2下方。

所述振动机构3包括振动电机31、一对横杆32、连杆33、安装座34、上压板35和下压板36；

所述上压板35和下压板36上、下对应水平布置，且上压板35的上端固定设有直立的套筒351，上压板35和下压板36之间均匀设有直立的缓冲弹簧37，下压板36的下底面均匀布置有水平的小辊筒38；

所述一对横杆32水平布置在上横梁21内，一对横杆32相对的一端设有一对凸轮39，连杆33的上端和一对凸轮39销轴连接，连杆33的下端和安装座34销轴连接， 所述安装座34为圆柱状，安装座34的下部对应插设于套筒351内；

开启所述振动电机31使得一对横杆32转动，实现一对凸轮39的转动。

由于安装座34和套筒351通过压缩弹簧37弹性接触，上压板35和下压板36通过缓冲弹簧352弹性接触，使得套筒351上下振动，模拟车辆在不平整路面上行驶时产生的车辆内部结构的振动。

所述门型支架2的上部设有水平的支架横梁22；支架横梁22的中部开设有上下贯通的矩形孔，所述上压板35和下压板36为相同的矩形板，且矩形板配合位于矩形孔内；

所述水平板48的长度为矩形板长度的2/5~4/5。千斤顶43的上端通过水平板48和所述小辊筒38滚动接触，减小机构间摩擦的同时保证千斤顶43提供的竖向荷载始终作用在大辊筒45上。

水平板48可在矩形孔的长度方向来回水平运动，可限位大辊筒45在模型箱1的上端面的行程范围；由于室内模型试验的场地有限，模型箱1的尺寸也有所限制，通过限位大辊筒45在模型箱1的上端面的行程范围，模拟车辆一定范围内任意速度往复运动，对目标区域实现反复碾压，真实有效的模拟了行车荷载。

所述下压板36的下底面沿着长度方向均匀设有直立的5对支板，每对支板之间均水平布置有所述小辊筒38，使得每个小辊筒38的辊轴方向和大辊筒45的辊轴方向平行。

所述上压板35和下压板36之间均匀设有10个缓冲弹簧37，每个缓冲弹簧37的上、下端分别通过弹簧安装导套和对应的上压板35、下压板36连接。

见图6和图7，所述安装座34为圆柱，圆柱的外圆柱面为阶梯面，且阶梯面对应将圆柱分为上部圆柱和下部圆柱，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，下部圆柱插设于套筒351内，上部圆柱上开设有U形槽，第一销轴341水平穿过U形槽，第一销轴341的中部和连杆33的下端固定连接，第二销轴391水平穿过一对凸轮39，第二销轴391的中部和连杆33的上端固定连接。

所述套筒351内设有压缩弹簧352，压缩弹簧352的上端和下部圆柱的底端接触，压缩弹簧352的下端和套筒351的底端接触。

见图3和图8，所述辊筒机构4包括螺杆电机41、螺杆42、千斤顶43和支撑架；千斤顶43提供的竖向荷载可以模拟车辆载重。

所述支撑架包括水平且平行布置的一对辊筒安装板44，每个辊筒安装板上并排安装有四个以上的大辊筒45，每个大辊筒45均和模型箱1的上端面滚动接触；

所述一对辊筒安装板44通过水平的安装连接板46固定连接，安装连接板46的上端固定设有直立的短圆柱台47，千斤顶43的下端和短圆柱台47的上端固定，千斤顶43的上端通过水平板48和所述小辊筒38滚动接触；

所述螺杆42水平贯穿短圆柱台47，并和螺杆42螺纹连接，开启螺杆电机41使得螺杆42转动，实现短圆柱台47在螺杆42上移动，将螺杆电机41的输出扭矩转化为试验所需水平力，能够更有效的节约能源消耗；同时短圆柱台47的设置能够保证大辊筒45在模型箱1上行驶时下压的强度，使得本发明行车荷载模拟装置的稳定运行。

每个所述辊筒安装板沿着螺杆42的方向布置，且辊筒安装板的下部开设有辊轴安装槽，辊轴安装槽内沿着辊筒安装板布置方向水平且均匀设有辊轴，辊轴上配合套设于大辊筒45，使得每个大辊筒45的辊轴方向和所述螺杆42伸长方向垂直。

可通过控制螺杆电机41的转速，来控制大辊筒45的运动速度，模拟车辆行驶过程中的加速减速过程，改变螺杆电机41的转动方向，可以实现大辊筒45往复运动，实现疲劳荷载的施加。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种行车荷载模拟装置，其特征在于：

包括模型箱（1）、门型支架（2）、振动机构（3）和辊筒机构（4）；

门型支架（2）的上端为上横梁（21），下端固定在实验地面上；

所述振动机构（3）、辊筒机构（4）和模型箱（1）从上至下依次布置在门型支架（2）下方；

所述振动机构（3）包括振动电机（31）、一对横杆（32）、连杆（33）、安装座（34）、上压板（35）和下压板（36）；

所述上压板（35）和下压板（36）上、下对应水平布置，且上压板（35）的上端固定设有直立的套筒（351），上压板（35）和下压板（36）之间均匀设有直立的缓冲弹簧（37），下压板（36）的下底面均匀布置有水平的小辊筒（38）；

所述一对横杆（32）水平布置在上横梁（21）内，一对横杆（32）相对的一端设有一对凸轮（39），连杆（33）的上端和一对凸轮（39）销轴连接，连杆（33）的下端和安装座（34）销轴连接，所述安装座（34）为圆柱状，安装座（34）的下部对应插设于套筒（351）内；

开启所述振动电机（31）使得一对横杆（32）转动，实现一对凸轮（39）的转动；

所述辊筒机构（4）包括螺杆电机（41）、螺杆（42）、千斤顶（43）和支撑架；

所述支撑架包括水平且平行布置的一对辊筒安装板（44），每个辊筒安装板上并排安装有四个以上的大辊筒（45），每个大辊筒（45）均和模型箱（1）的上端面滚动接触；

所述一对辊筒安装板（44）通过水平的安装连接板（46）固定连接，安装连接板（46）的上端固定设有直立的短圆柱台（47），千斤顶（43）的下端和短圆柱台（47）的上端固定，千斤顶（43）的上端通过水平板（48）和所述小辊筒（38）滚动接触；

所述螺杆（42）水平贯穿短圆柱台（47），并和螺杆（42）螺纹连接，开启螺杆电机（41）使得螺杆（42）转动，实现短圆柱台（47）在螺杆（42）上移动；

实验时，模型箱（1）内填满岩土，开启振动电机（31）和螺杆电机（41），振动机构（3）模拟车辆在不平整路面上行驶时产生的车辆内部结构的振动，辊筒机构（4）模拟车辆在在路面行驶。

2.根据权利要求1所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：所述安装座（34）为圆柱，圆柱的外圆柱面为阶梯面，且阶梯面对应将圆柱分为上部圆柱和下部圆柱，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，下部圆柱插设于套筒（351）内，上部圆柱上开设有U形槽，第一销轴（341）水平穿过U形槽，第一销轴（341）的中部和连杆（33）的下端固定连接，第二销轴（391）水平穿过一对凸轮（39），第二销轴（391）的中部和连杆（33）的上端固定连接。

3.根据权利要求2所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：所述套筒（351）内设有压缩弹簧（352），压缩弹簧（352）的上端和下部圆柱的底端接触，压缩弹簧（352）的下端和套筒（351）的底端接触。

4.根据权利要求1所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：所述门型支架（2）的上部设有水平的支架横梁（22）；支架横梁（22）的中部开设有上下贯通的矩形孔，所述上压板（35）和下压板（36）为相同的矩形板，且矩形板配合位于矩形孔内；

所述水平板（48）的长度为矩形板长度的2/5~4/5。

5.根据权利要求1所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：每个所述辊筒安装板沿着螺杆（42）的方向布置，且辊筒安装板的下部开设有辊轴安装槽，辊轴安装槽内沿着辊筒安装板布置方向水平且均匀设有辊轴，辊轴上配合套设于大辊筒（45），使得每个大辊筒（45）的辊轴方向和所述螺杆（42）伸长方向垂直。

6.根据权利要求1所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：所述下压板（36）的下底面沿着长度方向均匀设有直立的5对支板，每对支板之间均水平布置有所述小辊筒（38），使得每个小辊筒（38）的辊轴方向和大辊筒（45）的辊轴方向平行。

7.根据权利要求1所述一种行车荷载模拟装置，其特征在于：所述上压板（35）和下压板（36）之间均匀设有10个缓冲弹簧（37），每个缓冲弹簧（37）的上、下端分别通过弹簧安装导套和对应的上压板（35）、下压板（36）连接。

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