CN205003147U - 一种基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统,由立于模型箱侧板上的承载支架、置于承载支架上的加载机构和控制加载机构的控制器组成,对土工离心机模型箱内的模型施加竖向荷载,步进电机(11)的输出轴逐次与竖向布置的减速机(10)、联轴器(9)、丝杆(13)、套置在丝杆上的螺母底座(5)构成动力传送链;丝杆螺母(6)固定螺母底座(5)上,与固定螺母底座(5)上的两条推力杆构成整体,丝杆螺母驱动推力座(15)对模型加载和减载。本实用新型加载系统可有效的克服现有加载技术存在的缺陷,为土工离心模型试验提供一种更加科学的加载方式,为进一步研究土体和建筑物(构筑物)的变形及破坏机理提供重要的技术支撑。
Description
技术领域
本实用新型属于土工试验设备,尤其是涉及一种基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统。主要应用于土工离心试验环境,模拟建筑物(构筑物)的作用荷载,从而真实的再现原型土体与结构物的相互作用关系,为进一步研究土体和建筑物(构筑物)的变形及破坏机理提供重要的技术支撑。
背景技术
土工离心模型试验是将1/n比尺的模型置于特制的离心机中,在ng离心加速度的空间进行试验。由于惯性力与重力的绝对等效性,且离心加速度不会改变地基材料的性质,这样在保证与原型几何相似的前提下,也可保持它们的力学特征相似。因此,离心模型试验是解决工程问题的有效手段。在离心模型试验中往往要对模型施加荷载,可施加荷载的大小、精度、灵活性将直接影响试验结果的好坏。
土工离心模型试验具有高转速、高应力场等特点,在高速转动的离心环境下难以对模型施加荷载。现有的加载方式主要为千斤顶加载和加载块加载。千斤顶固定在反力架上,荷载施加范围大,可控性高;但其自重大,对反力架的固定要求、材料强度、结构稳定性等要求高,在离心模型试验中,离心机要负担模型箱、加载装置和模型的重量,其负担的总重是有限的,加载装置的重量越大,使得允许的模型重量受到的限制越大;且试验过程中控制加载困难,分级施加荷载需停机实现,因而千斤顶加载在土工离心模型试验中应用十分有限。加载块加载是在模型上放置质量为m的重块,通过重块自身的重力(G=ma)模拟施加的竖向荷载,在离心模型试验中,利用离心机产生的可动态控制大小的加速度场,即改变离心加速度a的大小,可实现不停机分级加载。但加载块加载的荷载施加范围有限,易受加载块密度、模型箱尺寸条件限制,因而局限于模拟荷载不大的试验环境;且通过动态控制加速度大小来实现分级加载时,地基土体中的自重应力场也随之改变,难以再现原型土体的应力环境,大大增加了问题研究的难度,因而,通过加载块加载模拟地基土的上覆荷载,其合理性值得商榷。
此外,针对上述加载方式存在的不足,日本独立行政法人产业安全研究所研制的加载装置。该加载装置采用蜗轮蜗杆机构,其结构设计简单。但该机构蜗轮磨损严重,减速机发热和漏油现象普遍存在;且该系统以单片机作为控制器,其抗干扰能力相对较差,系统需要自己设计电源,因而系统运行的可靠性难以保证。
实用新型内容
鉴于现有技术的以上不足,本实用新型的目的是提供一种土工离心机施加竖向荷载的加载系统,使之克服现有技术的以上缺点。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:
一种基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统,由立于模型箱侧板上的承载支架、置于承载支架上的加载机构和控制加载机构的控制器组成,对土工离心机模型箱内处于离心状态下的模型施加竖向荷载,其特征在于,承载支架具有水平梁2和立于其上的支架1;步进电机11架设在支架1顶部,步进电机11的输出轴逐次与竖向布置的减速机10、联轴器9、丝杆13、套置在丝杆上的螺母底座5构成动力传送链;丝杆13的一端与联轴器联接,其另一端通过止推轴承17联接在水平梁2上;丝杆螺母6固定螺母底座5上,与固定螺母底座5上的两条推力杆构成整体;水平梁2上具有通过推力杆的通孔,丝杆螺母6的直线运动通过丝杆螺母底座5和推力杆15,驱动推力座15对模型加载和减载。
所述推力座15上设置有压力传感器16。
减速机与步进电机直接连接,固定于支架顶板下方,支架采用焊接方式,最终和加劲肋板焊接成一个整体,通过螺栓固定在水平梁上,水平梁通过螺栓固定于模型箱两边的侧板上。
本实用新型加载系统是用丝杆作为机构,步进电机提供动力,运用西门子Smart200作为控制器,实现对离心环境下模型的自动化加载。该系统与现有技术相比具有的有益效果如下:
(1)设备结构简单、轻便,设计新颖合理,易于安装拆卸,可通过专业加工,实现与模型箱的配套使用。
(2)由控制器发出指令,由电机提供动力,通过控制丝杆的推出距离可精确控制出力的大小,该种加载方式简单灵活,出力量程大、精度高。
(3)在试验过程中可实时监测、读取、存储数据,数据读取、存取方便有效。
系统可以达到以下技术指标:
(1)压力范围:0~5T;
(2)位移变化范围:±0~10cm;
本实用新型加载系统可有效的克服现有加载技术存在的缺陷,为土工离心模型试验提供一种更加科学的加载方式,从而真实的再现原型土体与结构物的相互作用关系,为进一步研究土体和建筑物(构筑物)的变形及破坏机理提供重要的技术支撑。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图;
图2为本实用新型实施例1的结构分解示意图。
附图标记说明:
1—支架;2—水平梁;3—加劲肋板;4—推力杆;5—丝杆螺母底座;6—丝杆螺母;7—轴承过度盘;
8—推力轴承;9—联轴器;10—减速机;11—步进电机;12—螺母;
13—丝杆;14—直线轴承;15—传感器推力座;
16—压力传感器;17—轴承;
具体实施方式
下面结合实施例和附图做进一步说明。
本实用新型基于土工离心机的加载系统,其工作过程如下:步进电机11得到由控制器发送的控制信号指令,正转进过减速机10和联轴器9把转动传递到丝杆13,转动经过丝杆螺母6变为直线运动,丝杆螺母6把直线运动通过丝杆螺母底座5和推力杆4,推动传感器推力座15和压力传感器16向下运动(加载)。压力传感器16直接作用于模型上,从而实现加载的目的。控制器实时监控施加荷载的大小,当满足荷载要求时,控制器给电机11发出指令,使其停止加载;试验结束后,控制器发出指令,令电机11反转卸载,使丝杆13回到初始位置,为下次加载工作做准备。
上述的基于土工离心机的加载系统中,支架1及上隔舱两侧设有加劲肋板3,使加载装置在离心机高转速、高应力场环境下不致产生过大的变形,从而保证试验过程中荷载施加的精度和加载系统的稳定性。
上述的基于土工离心机的加载系统中,传感器推力座15的下部安装有压力传感器16,量程为5T,在离心模型试验中将压力传感器16直接作用在模型上,通过压力传感器16实时监测施加荷载的大小,根据需要增大或减小荷载,真正实现多级连续加载的目的。
上述的基于土工离心机的加载装置中,步进电机11、减速机10与支架1的连接,支架1与水平梁2的连接,水平梁2与模型箱的连接均采用高强度螺钉、螺栓连接。
Claims (2)
1.一种基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统,由立于模型箱侧板上的承载支架、置于承载支架上的加载机构和控制加载机构的控制器组成,对土工离心机模型箱内处于离心状态下的模型施加竖向荷载,其特征在于,承载支架具有水平梁(2)和立于其上的支架(1);步进电机(11)架设在支架(1)顶部,步进电机的输出轴逐次与竖向布置的减速机(10)、联轴器(9)、丝杆(13)、套置在丝杆上的螺母底座(5)构成动力传送链;丝杆(13)的一端与联轴器联接,其另一端通过止推轴承(17)联接在水平梁(2)上;丝杆螺母(6)固定螺母底座(5)上,与固定螺母底座上的两条推力杆构成整体;水平梁上具有通过推力杆的通孔,丝杆螺母的直线运动通过丝杆螺母底座和推力杆,驱动推力座(15)对模型加载和减载。
2.根据权利要求1所述的基于土工离心机施加竖向荷载的加载系统,其特征在于,推力座(15)上设置有压力传感器(16)。
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2015
- 2015-09-25 CN CN201520754770.5U patent/CN205003147U/zh not_active Expired - Fee Related
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