CN115950614B - 一种振动环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于乡村建设技术领域，尤其是涉及用于宜居宜业和美乡村建设的一种振动环境模拟装置，包括上箱和下箱，所述下箱的内部填埋有模拟土层，且模拟土层的端面中心位置铺设有模拟道路，所述模拟道路的上方两侧均设有施压油缸。本发明通过模拟乡村道路上车辆载重行驶产生的振动对道路两侧地基的影响，并根据土层模拟沉降现象，待测试车座平衡静止后，根据沉降距离推算实际道路两侧住房位置的安全距离，确保安全的情况下，可以增加乡村土地利用率，利于宜居宜业和美乡村的建设，同时，可以模拟实际雨水流动、土层蓄水及高温环境下，行车振动对道路两侧的土层沉降影响，振动环境模拟更加全面，模拟测试结果更加贴合实际。

Description

一种振动环境模拟装置

技术领域

本发明属于乡村建设技术领域，尤其是涉及用于宜居宜业和美乡村建设的一种振动环境模拟装置。

背景技术

随着生活水平的提高，传统乡村改建是焕发农村文明新气象的内在要求，更是让农民更好的过上现代化生活的迫切需要，而随着和美乡村的建设，也会伴随着各种问题的发生。

和美乡村建设的重要前提就是使人员可以就近就业，减少人员外流，改善传统留守老人、儿童的现象，同时就近就业也可以带动乡村经济发展，是宜居宜业的重要构成部分，所以引进乡办、村办企业尤为重要，而和美乡村建设时，道路对乡村人员以及企业均非常重要，是与外界便捷交互的基础；

在进行和美乡村建设时，为了使乡村人员可以方便使用道路，一般会将新规划的住房设计在道路两侧，而企业运送原料和外输产品时，均会增加道路上行驶的重型车辆数量，重型车辆行驶时产生的振动会导致道路两侧的土层不均匀沉降，故在道路两侧住房设计前，需要选择合适的安全距离，以确保住房安全，该安全距离设计过大，会减小土地利用率，而设计过小，又会影响住房安全，虽然有一定的道路两侧建房的设计标准，但是不够贴切实际，安全距离的设计效果不佳。振动环境模拟装置可用于指导宜居宜业和美乡村建设的相关设计工作。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供用于宜居宜业和美乡村建设的一种振动环境模拟装置，以克服上述问题。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种振动环境模拟装置，包括上箱和下箱，所述下箱的内部填埋有模拟土层，且模拟土层的端面中心位置铺设有模拟道路，所述模拟道路的上方两侧均设有施压油缸，且两个施压油缸上均设有行车振动机构，所述上箱与两个施压油缸均共同连接有正反螺杆驱动机构，所述模拟土层的内部位于模拟道路两侧的位置均埋设有铁球，所述上箱的内部两侧均设有支撑槽板，两个所述支撑槽板的内部均设有测试车座，且两个测试车座的下端均开设有一组球槽，且各个球槽的内部均设有滚珠，两个所述测试车座的端面均开设有通孔，且两个通孔内均设有与同侧铁球相配合的定位测试机构，所述上箱的上端面两侧均开设有开口，且两个开口处均设有箱盖，两个所述支撑槽板上均设有雨水模拟机构，所述下箱的内部固定设有导热板，且导热板的端面开设有多组漏水孔，所述下箱与导热板共同连接有温度模拟机构，所述下箱的外侧壁固定有PLC控制器。

在上述的一种振动环境模拟装置中，两个所述行车振动机构均包括固定设置于施压油缸输出端的压板，且两个压板的下端两侧均固定有框板，两个所述框板的下端均滑动有T形杆，且两个T形杆的下端均固定有车板，两个所述车板上均设有摩擦车轮组，且两个车板之间共同设有连接带，两个所述T形杆与同侧框板之间均设有第一弹簧。

在上述的一种振动环境模拟装置中，两个所述定位测试机构均包括设置于通孔内部的电磁铁，且两个电磁铁的顶部均固定有尺寸标杆，所述测试车座与电磁铁共同连接有弹性组件，所述通孔的内部下侧固定有连接块，且连接块的下端均固定有铅笔，所述支撑槽板的槽底设有记录纸张，且铅笔的笔头与记录纸张的端面呈接触设置，所述记录纸张的端面横向和纵向外缘处均标画有尺寸线。

在上述的一种振动环境模拟装置中，所述雨水模拟机构包括开设于支撑槽板内部下侧的空腔，且空腔的下腔壁连通有多个喷水头，所述空腔的上腔壁一侧固定插接有进水管，且进水管的管端贯穿上箱的端面设置，所述下箱的内部位于导热板下侧的位置开设有排水孔。

在上述的一种振动环境模拟装置中，所述温度模拟机构包括设置于导热板下方的圆板，且圆板的侧壁固定有多个电热板，各个所述电热板的上端面均固定有导热硅胶垫，且导热硅胶垫的上端面与导热板的下端呈接触设置，所述圆板的端面固定插接有调节螺杆，且调节螺杆的杆壁与下箱的底部螺纹连接，各个所述导热硅胶垫均位于同侧一组漏水孔的一侧设置。

在上述的一种振动环境模拟装置中，两个所述弹性组件均包括固定设置于电磁铁顶部两侧的导向杆，所述测试车座的顶部固定有U形杆，且两个导向杆的杆壁均与U形杆的端面滑动连接，所述U形杆与电磁铁顶部之间两侧均共同固定有第二弹簧。

在上述的一种振动环境模拟装置中，两个所述测试车座上均设有压框，且两个压框的两端均固定有L形板，各个所述L形板的侧壁均螺纹连接有锁紧螺栓，且各个锁紧螺栓的杆端均固定有防滑板，所述防滑板的侧壁与同侧的测试车座的侧壁呈相抵设置。

在上述的一种振动环境模拟装置中，所述上箱与下箱的接合处共同螺纹连接有一组固定螺栓。

与现有的技术相比，一种振动环境模拟装置的优点在于：

通过设置的上箱、下箱、模拟道路、施压油缸、行车振动机构、正反螺杆驱动机构和PLC控制器的相互配合，模拟乡村土层及道路，并模拟车辆在道路上行驶产生的振动，且可以根据相应的乡村企业，模拟实际车辆载重，按比例缩小，使模拟道路振动更加贴合实际。

通过设置的铁球、支撑槽板、测试车座、滚珠、定位测试机构、箱盖的相互配合，通过预先在土层内部埋入铁球，配合在振动模拟完成后进行磁吸定位，使测试车座达到平衡状态后，查看铁球相应的沉降位移，可以快速得出模拟土层沉降情况，以便根据模拟土层沉降情况对实际道路两侧住房位置的安全距离进行合理设计，确保安全的情况下，可以增加乡村土地利用率，利于宜居宜业和美乡村的建设。

通过设置的雨水模拟机构，可以模拟雨水在土层内部流动，以及土层蓄水状态下车辆行驶振动对道路两侧土层的沉降影响，而通过设置的导热板和温度模拟机构，可以模拟在实际温度下，土层内胀缩状态下，行车振动对道路两侧的土层沉降影响，从而可以大大提高振动环境模拟的全面性，使模拟测试结果更加贴合实际。

附图说明

图1是本发明提供的一种振动环境模拟装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种振动环境模拟装置的行车振动机构的侧面结构示意图；

图3是本发明提供的一种振动环境模拟装置的支撑槽板的内部结构示意图；

图4是本发明提供的一种振动环境模拟装置的记录纸张的俯视结构示意图；

图5是本发明提供的一种振动环境模拟装置的温度模拟机构的俯视结构示意图；

图6是本发明提供的一种振动环境模拟装置的压框的侧视结构示意图。

图中：1、上箱；2、下箱；3、模拟土层；4、模拟道路；5、施压油缸；6、行车振动机构；61、压板；62、框板；63、T形杆；64、车板；65、摩擦车轮组；66、连接带；67、第一弹簧；7、正反螺杆驱动机构；8、铁球；9、支撑槽板；10、测试车座；11、滚珠；12、定位测试机构；121、电磁铁；122、尺寸标杆；123、弹性组件；124、连接块；125、铅笔；126、记录纸张；127、尺寸线；13、箱盖；14、雨水模拟机构；141、空腔；142、喷水头；143、进水管；15、导热板；16、温度模拟机构；161、圆板；162、电热板；163、导热硅胶垫；164、调节螺杆；17、PLC控制器；18、导向杆；19、U形杆；20、第二弹簧；21、压框；22、L形板；23、锁紧螺栓；24、防滑板；25、固定螺栓；26、通孔。

实施方式

这种振动环境模拟装置，包括上箱1和下箱2，下箱2的内部填埋有模拟土层3，且模拟土层3的端面中心位置铺设有模拟道路4，模拟道路4的上方两侧均设有施压油缸5，且两个施压油缸5上均设有行车振动机构6，上箱1与两个施压油缸5均共同连接有正反螺杆驱动机构7，模拟土层3的内部位于模拟道路4两侧的位置均埋设有铁球8，上箱1的内部两侧均设有支撑槽板9，两个支撑槽板9的内部均设有测试车座10，且两个测试车座10的下端均开设有一组球槽，且各个球槽的内部均设有滚珠11，两个测试车座10的端面均开设有通孔26，且两个通孔26内均设有与同侧铁球8相配合的定位测试机构12，上箱1的上端面两侧均开设有开口，且两个开口处均设有箱盖13，两个支撑槽板9上均设有雨水模拟机构14，下箱2的内部固定设有导热板15，且导热板15的端面开设有多组漏水孔，下箱2与导热板15共同连接有温度模拟机构16，下箱2的外侧壁固定有PLC控制器17。

以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。

如图1-6所示，一种振动环境模拟装置，包括上箱1和下箱2，下箱2的内部填埋有模拟土层3，且模拟土层3的端面中心位置铺设有模拟道路4，上箱1与下箱2的接合处共同螺纹连接有一组固定螺栓25，通过固定螺栓25可以使上箱1和下箱2之间稳定接合。

模拟道路4的上方两侧均设有施压油缸5，且两个施压油缸5上均设有行车振动机构6，两个行车振动机构6均包括固定设置于施压油缸5输出端的压板61，且两个压板61的下端两侧均固定有框板62，两个框板62的下端均滑动有T形杆63，且两个T形杆63的下端均固定有车板64，两个车板64上均设有摩擦车轮组65，且两个车板64之间共同设有连接带66，两个T形杆63与同侧框板62之间均设有第一弹簧67，其中摩擦车轮组65的车轮上设置有凸粒（凸粒模拟多数通过车辆轮胎表面），以及模拟道路4上局部位置也设置凸粒（凸粒模拟使用现场路面），模拟路面碎石及车辆轮胎的效果，提高行驶振动模拟的精准性，连接带66为柔性材料制成，使两侧的摩擦车轮组65可以依次振动，第一弹簧67可以使车板64具备一定的上移空间，并使摩擦车轮组65紧贴模拟道路4。

上箱1与两个施压油缸5均共同连接有正反螺杆驱动机构7，下箱2的外侧壁固定有PLC控制器17，PLC控制器17可以编设程序，使施压油缸5及正反螺杆驱动机构7按照程序进行工作，此为现有技术，故未作过多赘述，其中，正反螺杆驱动机构7由驱动块、正反转电机、螺杆、滑块等构件构成，通过正反装电机带动螺杆的正反转，使驱动块带动施压油缸5在水平方向的前后进行移动，此为现有常见结构，故未作过多赘述。

模拟土层3的内部位于模拟道路4两侧的位置均埋设有铁球8，上箱1的内部两侧均设有支撑槽板9，两个支撑槽板9的内部均设有测试车座10，且两个测试车座10的下端均开设有一组球槽，且各个球槽的内部均设有滚珠11，两个测试车座10的端面均开设有通孔26，且两个通孔26内均设有与同侧铁球8相配合的定位测试机构12，两个定位测试机构12均包括设置于通孔26内部的电磁铁121，且两个电磁铁121的顶部均固定有尺寸标杆122，测试车座10与电磁铁121共同连接有弹性组件123，通孔26的内部下侧固定有连接块124，且连接块124的下端均固定有铅笔125，支撑槽板9的槽底设有记录纸张126，且铅笔125的笔头与记录纸张126的端面呈接触设置，记录纸张126的端面横向和纵向外缘处均标画有尺寸线127，记录纸张126在尺寸线127的一面标画有与尺寸线127相匹配的网格表（网格表可选用通用市售网格表），用于快速确定铅笔125画线的最后落点位置，通过最后落点的的确认，可以快速确定测试车座10在水平方向的横向及纵向位移，即可确定铁球8的水平方向的横向及纵向位移。

两个弹性组件123均包括固定设置于电磁铁121顶部两侧的导向杆18，测试车座10的顶部固定有U形杆19，且两个导向杆18的杆壁均与U形杆19的端面滑动连接，U形杆19与电磁铁121顶部之间两侧均共同固定有第二弹簧20，此种设置，可以在测试完成后使电磁铁121回弹复位，并且可以克服电磁铁121在自重作用中下落的现象。

两个测试车座10上均设有压框21，且两个压框21的两端均固定有L形板22，各个L形板22的侧壁均螺纹连接有锁紧螺栓23，且各个锁紧螺栓23的杆端均固定有防滑板24，防滑板24的侧壁与同侧的测试车座10的侧壁呈相抵设置，在进行振动模拟前，将铁球8的初始点位标刻完成后，通过压框21压在测试车座10上，并通过两侧的锁紧螺栓23使防滑板24与支撑槽板9相抵，从而可以对测试车座10进行固定，避免测试车座10在进行振动模拟时随意移动，影响后续的铁球8位置确定。

上箱1的上端面两侧均开设有开口，且两个开口处均设有箱盖13，两个支撑槽板9上均设有雨水模拟机构14，雨水模拟机构14包括开设于支撑槽板9内部下侧的空腔141，且空腔141的下腔壁连通有多个喷水头142，空腔141的上腔壁一侧固定插接有进水管143，且进水管143的管端贯穿上箱1的端面设置，下箱2的内部位于导热板15下侧的位置开设有排水孔，排水孔用于将模拟水液在模拟土层3内部流动时的水液排出，多个喷水头142的喷水可以覆盖模拟道路4两侧的模拟土层3。

下箱2的内部固定设有导热板15，且导热板15的端面开设有多组漏水孔，下箱2与导热板15共同连接有温度模拟机构16，温度模拟机构16包括设置于导热板15下方的圆板161，且圆板161的侧壁固定有多个电热板162，各个电热板162的上端面均固定有导热硅胶垫163，且导热硅胶垫163的上端面与导热板15的下端呈接触设置，圆板161的端面固定插接有调节螺杆164，且调节螺杆164的杆壁与下箱2的底部螺纹连接，各个导热硅胶垫163均位于同侧一组漏水孔的一侧设置，电热板162工作加热，热量通过导热硅胶垫163传递至导热板15上，从而可以使导热板15上方的模拟土层3变热，从而可以模拟高温环境下土层松散状态下，行驶振动对道路两侧土层沉降影响。

现对本发明的操作原理做如下描述：在乡村相应道路的两侧进行土层取样，并根据土层分布在下箱2内部按照一定比例（一般为1:10）将样品铺设呈模拟土层3，并在模拟土层3内部放入铁球8，然后在模拟土层3的上方也按照相同比例铺设模拟道路4，通过PLC控制器17预先编设程序，使施压油缸5和正反螺杆驱动机构7根据编设程序进行工作，施压油缸5可以对同侧的两个压板61施压，达到模拟车辆实际载重的目的，此时两侧的车板64带动摩擦车轮组65在模拟道路4上行驶，可以模拟实际车辆行驶时产生的振动，振动经模拟道路4向模拟土层3内传递；

在进行振动模拟前，在两侧的支撑槽板9内，根据预先埋设的铁球8位置，将测试车座10放置在铁球8的正上方，并通过铅笔125在记录纸张126上标记原始点，此时在PLC控制器17的控制下，经过至少24小时的行驶振动模拟后，若土层相对松软分布不均，振动会带动模拟土层3内的铁球8沉降移动，然后使两侧的电磁铁121通电，电磁铁121产生磁吸力，由于铁球8在土层8内，可以在吸力作用下，吸引通电后的电磁铁121，此时在吸力作用下，测试车座10配合滚珠11会移动至铁球8的正上方，待测试车座10达到平衡后，铅笔125也会在记录纸张126上画出移动路线及最后落点，此时通过尺寸线127配合最后落点可以得知铁球8沉降的水平方向的横向及纵向移动距离，并且铁球8沉降后，会相对于初始状态下，增加铁球8与同侧电磁铁121的距离，此时磁吸力变弱，从而使电磁铁121在通孔26内的下降距离变小，从而可以得知铁球8在竖直方向的下降距离，经过横向、纵向及竖向的沉降位移测试，根据测试结果设计实际道路两侧住房位置的安全距离，该测试结果依据设定比例，此处以1:10为例，若横向、纵向和竖向的位移均小于1cm，则说明道路两侧土层结构相对稳定，此时住房设计位置与道路之间的距离不小于10米设计即可，若横向、纵向和竖向的位移均大于1cm，则说明道路两侧的涂层结构稳定性不佳，且各个方向的位移每增加1cm，则住房设计位置与道路之间的距离应增加至少5米；

同时，在测试过程中，可以通过进水管143配合空腔141和喷水头142对模拟土层3进行喷水，达到模拟下雨状态，此时流动的雨水通过导热板15上的漏水孔及排水孔排出，从而可以模拟雨水在土层内流动时，行驶振动对道路两侧土层沉降影响，也可以通过转动调节螺杆164，使圆板161旋转带动电热板162上的导热硅胶垫163对多组漏水孔进行封堵，使模拟土层3内积蓄适量的水液，从而可以模拟实际土层蓄水后，行驶振动对道路两侧土层沉降影响；

同时，在进行振动模拟测试时，可以通过电热板162对下箱2内部进行一定的加热温控，模拟高温天气下，土层松散时，行驶振动对道路两侧土层沉降影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种振动环境模拟装置，包括上箱（1）和下箱（2），其特征在于，所述下箱（2）的内部填埋有模拟土层（3），且模拟土层（3）的端面中心位置铺设有模拟道路（4），所述模拟道路（4）的上方两侧均设有施压油缸（5），且两个施压油缸（5）上均设有行车振动机构（6），所述上箱（1）与两个施压油缸（5）均共同连接有正反螺杆驱动机构（7），所述模拟土层（3）的内部位于模拟道路（4）两侧的位置均埋设有铁球（8），所述上箱（1）的内部两侧均设有支撑槽板（9），两个所述支撑槽板（9）的内部均设有测试车座（10），且两个测试车座（10）的下端均开设有一组球槽，且各个球槽的内部均设有滚珠（11），两个所述测试车座（10）的端面均开设有通孔（26），且两个通孔（26）内均设有与同侧铁球（8）相配合的定位测试机构（12），所述上箱（1）的上端面两侧均开设有开口，且两个开口处均设有箱盖（13），两个所述支撑槽板（9）上均设有雨水模拟机构（14），所述下箱（2）的内部固定设有导热板（15），且导热板（15）的端面开设有多组漏水孔，所述下箱（2）与导热板（15）共同连接有温度模拟机构（16），所述下箱（2）的外侧壁固定有PLC控制器（17）；

两个所述行车振动机构（6）均包括固定设置于施压油缸（5）输出端的压板（61），且两个压板（61）的下端两侧均固定有框板（62），两个所述框板（62）的下端均滑动有T形杆（63），且两个T形杆（63）的下端均固定有车板（64），两个所述车板（64）上均设有摩擦车轮组（65），且两个车板（64）之间共同设有连接带（66），两个所述T形杆（63）与同侧框板（62）之间均设有第一弹簧（67）；

两个所述定位测试机构（12）均包括设置于通孔（26）内部的电磁铁（121），且两个电磁铁（121）的顶部均固定有尺寸标杆（122），所述测试车座（10）与电磁铁（121）共同连接有弹性组件（123），所述通孔（26）的内部下侧固定有连接块（124），且连接块（124）的下端均固定有铅笔（125），所述支撑槽板（9）的槽底设有记录纸张（126），且铅笔（125）的笔头与记录纸张（126）的端面呈接触设置，所述记录纸张（126）的端面横向和纵向外缘处均标画有尺寸线（127）；

两个所述弹性组件（123）均包括固定设置于电磁铁（121）顶部两侧的导向杆（18），所述测试车座（10）的顶部固定有U形杆（19），且两个导向杆（18）的杆壁均与U形杆（19）的端面滑动连接，所述U形杆（19）与电磁铁（121）顶部之间两侧均共同固定有第二弹簧（20）；

两个所述测试车座（10）上均设有压框（21），且两个压框（21）的两端均固定有L形板（22），各个所述L形板（22）的侧壁均螺纹连接有锁紧螺栓（23），且各个锁紧螺栓（23）的杆端均固定有防滑板（24），所述防滑板（24）的侧壁与同侧的测试车座（10）的侧壁呈相抵设置。

2.根据权利要求1所述的一种振动环境模拟装置，其特征在于，所述雨水模拟机构（14）包括开设于支撑槽板（9）内部下侧的空腔（141），且空腔（141）的下腔壁连通有多个喷水头（142），所述空腔（141）的上腔壁一侧固定插接有进水管（143），且进水管（143）的管端贯穿上箱（1）的端面设置，所述下箱（2）的内部位于导热板（15）下侧的位置开设有排水孔。

3.根据权利要求1所述的一种振动环境模拟装置，其特征在于，所述温度模拟机构（16）包括设置于导热板（15）下方的圆板（161），且圆板（161）的侧壁固定有多个电热板（162），各个所述电热板（162）的上端面均固定有导热硅胶垫（163），且导热硅胶垫（163）的上端面与导热板（15）的下端呈接触设置，所述圆板（161）的端面固定插接有调节螺杆（164），且调节螺杆（164）的杆壁与下箱（2）的底部螺纹连接，各个所述导热硅胶垫（163）均位于同侧一组漏水孔的一侧设置。

4.根据权利要求1所述的一种振动环境模拟装置，其特征在于，所述上箱（1）与下箱（2）的接合处共同螺纹连接有一组固定螺栓（25）。

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