CN214703140U - 一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统 - Google Patents

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CN214703140U CN202120588184.3U CN202120588184U CN214703140U CN 214703140 U CN214703140 U CN 214703140U CN 202120588184 U CN202120588184 U CN 202120588184U CN 214703140 U CN214703140 U CN 214703140U
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王帅
王爱勋
董云洁
王明昭
杨敏
刘特
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,包括:用于放置试验所需土样的上直剪盒和下直剪盒,在所述上直剪盒正上方设置有气缸b,用于通过所述气缸b的伸缩动作对所述下直剪盒施加竖向荷载;所述下直剪盒位于所述上直剪盒的正下方,在所述下直剪盒相邻两侧边的同一水平面分别连接有气缸a和气缸c,用于通过所述气缸a和气缸c的伸缩动作对所述下直剪盒施加x轴向和y轴向的水平荷载。本实用新型采用气缸作为荷载动力源,方便调控压力大小,相比于常规单向直剪试验,本实用新型可施加多向水平荷载,满足实际工程需要。

Description

一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统
技术领域
本实用新型涉及工程试验技术领域,具体涉及一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统。
背景技术
目前开展土工直剪试验,所用的直剪装置水平方向上只能单向施加荷载,无法满足实际试验需求,例如实际中飞机轮胎原地打转对于路面下路基土,车辆转弯转动,轮胎对车辆的荷载其实是一种多向环状剪切力,还例如,部分建筑基础,在多向风荷载的作用下,建筑物基地与地基土也是一种环状剪切,这种剪切效具有荷载大小以及方向变化的特点,在结构物与接触界面,会引起土体颗粒空间位置的变化与颗粒的滑移。环状剪切的过程中,荷载方向的变化,会引起土体与结构物接触面土体颗粒的空间排列,土体产生压缩,从而影响上部结构的稳定性。
目前通过土工直剪开展结构物接触面与土体的剪切实验过程中,通常采用的是应变控制式仪器,即采用步进电机推动上剪切盒与下剪切盒进行作动,采用应变速率的方式进行施加荷载,与实际工程建设不符合。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供了一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,可模拟轮胎对地面路基土体的多向剪切荷载,相比于传统单向直剪试验系统功能更完善,且结构精巧,体积小,适用小型土工实验室开展土工试验。
为了实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,包括:
用于放置试验所需土样的上直剪盒和下直剪盒,
在所述上直剪盒正上方设置有气缸b,用于通过所述气缸b的伸缩动作对所述下直剪盒施加竖向荷载;
所述下直剪盒位于所述上直剪盒的正下方,在所述下直剪盒相邻两侧边的同一水平面分别连接有气缸a和气缸c,用于通过所述气缸a和气缸c的伸缩动作对所述下直剪盒施加x轴向和y轴向的水平荷载。
进一步的,所述上直剪盒为一钢制矩形盒,无顶面和底面,其下表面与所述下直剪盒的上表面接触,两个相对的侧面与夹块a和夹块b相连,这两夹块a和夹块b用于固定上直剪盒;
所述下直剪盒为一钢制矩形盒,无顶面,其下表面与万向球a、万向球b、万向球c和万向球d的上表面连接,两个侧面分别安装有导轨a和导轨b。
更进一步的,所述导轨a与滑块a滑动配合,用于滑块a在导轨a上滑动;连接块a一侧与所述气缸a的推杆前端相连,另一侧与所述滑块a连接,连接块a用于连接气缸a和滑块a;
所述导轨b与滑块b滑动配合,用于滑块b在导轨b上滑动;连接块b一侧与气缸c的推杆前端相连,另一侧与滑块b相连,连接块b用于连接气缸c和滑块b。
进一步的,还包括支架部分,所述支架部分包括铁板、丝杆立柱以及槽钢,所述槽钢两端设置有圆形通孔用于穿过丝杆立柱,所述丝杆立柱通过螺母与槽钢固定,所述丝杆立柱下端穿过铁板四周的圆孔,通过螺母固定在所述铁板上。
更进一步的,丝杆依次穿过1号角钢、夹块a、夹块b和3号角钢,分别用螺母固定,所述丝杆用于固定夹块a和夹块b;
所述气缸a水平安装在1号角钢和2号角钢之间,所述2号角钢一侧与气缸a相连,另一侧设置有两个圆形通孔,分别穿过丝杆立柱,所述2号角钢用于固定气缸a;
所述气缸b竖直安装在槽钢中心。
更进一步的,所述气缸c通过4号角钢水平安装在铁板上。
进一步的,扭转气缸a安装在丝杆支柱上,其推杆前端与齿轮条a的一端相连,所述齿轮条a另一端穿过安装铁环a中,中间部分与齿轮配合,所述齿轮条a在扭转气缸a的推动下带动齿轮旋转,用于带动压力块旋转;
扭转气缸b安装在丝杆支柱上,其推杆前端与齿轮条b的一端相连,所述齿轮条b另一端穿过安装铁环b中,中间部分与齿轮配合,所述齿轮条b在扭转气缸b的推动下带动齿轮旋转,用于带动压力块旋转。
更进一步的,所述齿轮安装在所述压力块的圆杆中部,与所述齿轮条a和齿轮条b配合,用于带动压力块旋转。
更进一步的,所述安装铁环a为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条a,下端固定在夹块a上,所述安装铁环a用于给齿轮条a提供支撑作用;
所述安装铁环b为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条b,下端固定在夹块b上,所述安装铁环b用于给齿轮条b提供支撑作用。
更进一步的,所述压力块为一圆形钢块,其中心有一圆杆,圆杆的顶端与压力传感器的一端相连,所述圆杆的中心与齿轮相连,所述压力块放置在上直剪盒的中心,所述压力块用于传递来自气缸b的压力。
与现有技术相比,本实用新型具有如下有益效果:在下直剪盒相邻的两侧同一水平面安装两个气缸,在下直剪盒上安装有滑轨,在气缸的伸缩活动端安装有连接块,在连接块上安装滑块,在下直剪盒侧面安装有与滑块相适配的导轨,以使下直剪盒能够沿着一个方向滑动,利用气缸的伸缩动作对下直剪盒施加四个方向的水平荷载,形成大小和方向可以变化的荷载,从而模拟达到对土体进行多向剪切的目的。相比于传统单向直剪试验系统功能更完善,结构精巧,体积小,适用小型土工实验室开展土工试验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型轴视图一;
图2为本实用新型轴视图二;
图3为本实用新型轴视图三;
图4为本实用新型轴视图四;
图5为本实用新型空气压缩机、调压阀以及电磁阀的连接示意图;
图6为本实用新型气缸a连接图;
图7为本实用新型下直剪盒连接图;
图8为本实用新型扭转气缸a和扭转气缸b连接图;
图9为本实用新型电路控制框图。
图中:1、槽钢;2、丝杆立柱;3、丝杆;4、1号角钢;5、气缸a;6、2号角钢;7、气缸b;8、螺母;9、压力传感器;10、压力块;11、3号角钢;12、铁板;13、气缸c;14、夹块a;15、导轨a;16、滑块a;17、连接块a;18、万向球a;19、夹块b;20、滑块b;21、连接块b;22、导轨b;23、4号角钢;24、螺栓;25、万向球b;26、万向球c;27、万向球d;28、上直剪盒;29、下直剪盒;30、齿轮条b;31、扭转气缸a;32、齿轮条a;33、齿轮;34、扭转气缸b;35、安装铁环b;36、安装铁环a;37、空气压缩机;38、调压阀;39、电磁阀;40、PLC可编程继电器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图1-9对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,如图1-9所示,包括支架部分、上直剪盒28和下直剪盒29。所述上直剪盒28为一钢制矩形盒,无顶面和底面,下表面与下直剪盒29的上表面接触,两个侧面与夹块a14和夹块b19相连。所述下直剪盒29为一钢制矩形盒,无顶面,下表面与万向球a18、万向球b25、万向球c26和万向球d27的上表面相连,两个侧面分别安装有导轨a15和导轨b22,上直剪盒28和下直剪盒29用于放置试验所需的土样。
所述万向球a18、万向球b25、万向球c26和万向球d27均为相同的标准件,上端与下直剪盒29的下表面相连,万向球下端为钢制滚珠,与铁板12上表面相切,万向球可在铁板12上表面自由滑动;万向球a18、万向球b25、万向球c26和万向球d27用于支撑下直剪盒29,并使下直剪盒29可以沿任意方向移动。
本实用新型的支架部分包括铁板12、丝杆立柱2以及槽钢1,所述槽钢1为标准件,两端设置有圆形通孔,可以穿过丝杆立柱2,中心设置有圆形通孔用于安装气缸b7;槽钢1用于固定气缸b7。所述丝杆立柱2为标准丝杆,上端穿过槽钢1两端的圆孔,通过螺母8与槽钢1固定,下端穿过铁板12四周的圆孔,通过螺母8固定在铁板12上,丝杆立柱2用于提供竖向支撑作用。铁板12为一钢制矩形硬板,四周设置有圆形通孔,可以穿过丝杆立柱2,铁板12用于为整个装置提供支撑作用。螺母8为标准件,安装在丝杆立柱2的两端,螺母8用于固定丝杆立柱2和槽钢1。
丝杆3为标准丝杆,依次穿过1号角钢4、夹块a14、夹块b19和3号角钢11,分别用螺母8固定,丝杆3用于固定夹块a14和夹块b19。
1号角钢4为标准角钢块,一侧设置有通孔,分别穿过两根丝杆3,另一侧设置有两个圆形通孔,分别穿过丝杆立柱2,1号角钢4和3号角钢11用于固定丝杆3。
2号角钢6为标准角钢块,一侧与气缸a5相连,另一侧设置有两个圆形通孔,分别穿过丝杆立柱2,2号角钢6用于固定气缸a5。
本实用新型中,气缸a5为标准件,型号为CDQ2KB25-30DM,水平安装在1号角钢4和2号角钢6之间,气缸a5的推杆前端与连接块a17相连,气缸a5的气动部分与电磁阀39相连,由电磁阀39控制气缸a5的伸缩,气缸a5用于给下直剪盒29提供x轴向的水平推力。
滑块a16为一方形钢块,一端有凹槽,凹槽可以和导轨a15配合,滑块a16可在导轨a15上滑动,另一端与连接块a17相连,滑块a16和导轨a15可以使得下直减盒29在y轴方向上滑动。
连接块a17为一矩形钢板,一侧与气缸a5的推杆前端相连,另一侧与滑块a16相连,连接块a17用于连接气缸a5和滑块a16。
导轨a15为一光滑钢块,一端凸出,凸出部分可以和滑块a16的凹槽部分配合,滑块a16可以在导轨a15上滑动,滑块a16和导轨a15可以使得下直剪盒29在y轴方向上滑动。
本实用新型中,气缸c13为标准件,型号为CDQ2KB25-30DM,通过4号角钢23水平安装铁板12上,气缸c13的推杆前端与连接块b21相连,气缸c13的气动部分与电磁阀39相连,由电磁阀39控制气缸c13的伸缩,气缸c13用于给下直剪盒29提供y轴向的水平推力。
滑块b20为一方形钢块,一端有凹槽,凹槽可以和导轨b22配合,滑块b20可在导轨b22上滑动,另一端与连接块b21相连,滑块b20和导轨b22可以使得下直减盒29在x轴方向上滑动。
连接块b21为一矩形钢板,一侧与气缸c13的推杆前端相连,另一侧与滑块b20相连,连接块b21用于连接气缸c13和滑块b20。
导轨b22为一光滑钢块,一端凸出,凸出部分可以和滑块b20的凹槽部分配合,滑块b20可以在导轨b22上滑动,滑块b20和导轨b22可以使得下直减盒29在x轴方向上滑动。
本实用新型中,气缸b7为标准件,型号为CDQ2KB25-30DM,竖直安装在槽钢1中心,气缸b7的推杆前端与压力传感器9的一端相连,气缸b7的气动部分与电磁阀39相连,由电磁阀39控制气缸b7的伸缩,气缸b7用于提供竖向荷载。
压力传感器9为标准件,一端与气缸b7相连,另一端与压力块10相连,压力传感器9用于测量竖向荷载。
压力块10为一圆形钢块,钢块中心有一圆杆,圆杆的顶端与压力传感器9的一端相连,圆杆的中心与齿轮33相连,压力块10放置在上直剪盒28的中心,压力块10用于传递来着气缸b7的压力。
3号角钢11为标准角钢块,一侧设置有通孔,分别穿过两根丝杆3,另一侧设置有两个圆形通孔,分别穿过丝杆立柱2,1号角钢4和3号角钢11用于固定丝杆3。
夹块a14、夹块b19均为矩形钢板,两侧设置有圆形通孔,分别穿过两根丝杆3,用螺母固定在丝杆3上,夹块a14和夹块b19用于固定上直减盒28。
4号角钢23为标准角钢块,一侧设置有圆形通孔,通过螺栓24与气缸c13相连,另一侧安装在铁板12上表面,4号角钢23用于固定气缸c13。螺栓24为标准件,穿过4号角钢23的两个圆形通孔,与气缸c13相连,螺栓24用于固定气缸c13。
本实用新型中,齿轮条a32为标准齿轮条,一端安装在扭转气缸a31的推杆前端上,另一端穿过安装铁环a36中,中间部分与齿轮33配合,齿轮条a32在扭转气缸a31的推动下可以带动齿轮33旋转,从而带动压力块10旋转。
扭转气缸a31为气缸的标准件,型号为CDQ2KB25-30DM,安装在丝杆支柱2上,气动部分与电磁阀39相连,通过电磁阀39控制扭转气缸a31的伸缩,扭转气缸a31的推杆前端与齿轮条a32的一端相连,扭转气缸a31和扭转气缸b34用于提供扭转的推力。
齿轮条b30为标准齿轮条,一端安装在扭转气缸b34的推杆前端上,另一端穿过安装铁环b35中,中间部分与齿轮33配合,齿轮条b30在扭转气缸b34的推动下可以带动齿轮33旋转,从而带动压力块10旋转。
齿轮33为标准齿轮件,安装在压力块10的圆杆中部,可以与齿轮条a32和齿轮条b30配合,齿轮33用于带动压力块10旋转。
扭转气缸b34为气缸的标准件,型号为CDQ2KB25-30DM,安装在丝杆支柱2上,气动部分与电磁阀39相连,通过电磁阀39控制扭转气缸b34的伸缩,扭转气缸b34的推杆前端与齿轮条b30的一端相连,扭转气缸a31和扭转气缸b34用于提供扭转的推力。
安装铁环a36为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条a32,下端固定在夹块a14上,安装铁环a36用于给齿轮条a32提供支撑作用。
安装铁环b35为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条b30,下端固定在夹块b19上,安装铁环b35用于给齿轮条b30提供支撑作用。
本实用新型中,空气压缩机37为标准件,型号为800Wx4-620L,气压输出端与调压阀38的一端相连,空气压缩机37为气缸的伸缩提供动力。
调压阀38为标准件,型号为AR2000-02,一端与空气压缩机37相连,另一端与电磁阀39的相连,调压阀38用于调节气压的大小。
电磁阀39为标准件,型号为N4V210-08,气路部分与调压阀38和各气缸相连,电路部分与PLC可编程继电器40相连,电磁阀39用于控制各气缸的伸缩。
PLC可编程继电器40为一种继电器,可以通过编程控制其线路的通断,从而控制电磁阀39的通断。
具体来说,本实用新型是这样实现其功能的:
将气源接通到气缸b7,并通过调压阀38调节法向压力大小,经过压力块10将法向压力传递到试样;
将调压后的气源接通到气缸a5、气缸c13,通过简易PLC可编程继电器40和电磁阀39控制气缸的伸缩动作,空气压缩机37的出气孔通过气管与调压阀38的进气孔连接,调压阀38的出气孔通过气管与电磁阀39的进气孔连接,电磁阀39的两个出气孔通过气管与气缸的两个孔对应连接;具体连接如图5;上述每一条气路可控制一个气缸,但气源可共用一台空气压缩机;按照以上控制方式控制两个水平气缸a5、气缸c13的动作,依次完成以下动作:气缸a5伸出,对下直剪盒29施加+x方向的荷载,再断开气源,荷载消失;气缸c13伸出,对下直剪盒29施加+y方向的荷载,再断开气源,荷载消失;气缸a5缩回,对下直剪盒29施加-x方向的荷载,再断开气源,荷载消失;气缸c13缩回,对下直剪盒29施加-y方向的荷载,再断开气源,荷载消失。根据不同试验需求可通过PLC自动循环上述动作n次。
滑块a16和导轨a15、滑块b20和导轨b22作为气缸a5、气缸c13与下直剪盒29的连接件,可防止一个气缸施加力时,另一个气缸受到侧向力,造成试验破坏和气缸损坏。
万向球a18、万向球b25、万向球c26和万向球d27支撑下直剪盒29,减小下直剪盒29剪切时与铁板12之间的摩擦,提高试验数据的精确性。
齿轮条a32通过螺栓与扭转气缸a31固定连接,扭转气缸a31通过角铁和螺母安装在丝杆立柱2;齿轮条b30通过螺栓与扭转气缸b34固定连接,扭转气缸a34通过角铁和螺母安装在丝杆立柱2;扭转气缸a31和扭转气缸b34相对伸缩动作,带动齿轮条a32与齿轮条b30做相反方向的运动,带动齿轮33旋转,齿轮33与压力块10固定连接,带动压力块10往复旋转,对试样盒试样开展扭转试验。
其中安装铁环a36和安装铁环b35分别固定在夹块b14和夹块a19上,安装铁环a36、安装铁环b35为齿轮条a32和齿轮条b30提供支持力,防止齿轮条a32和齿轮条b30在往复运动过程中因自身重力向下移动,造成齿轮条a32、齿轮条b30与齿轮33啮合不全的问题。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,包括:
用于放置试验所需土样的上直剪盒(28)和下直剪盒(29),
在所述上直剪盒(28)正上方设置有气缸b(7),用于通过所述气缸b(7)的伸缩动作对所述下直剪盒(29)施加竖向荷载;
所述下直剪盒(29)位于所述上直剪盒(28)的正下方,在所述下直剪盒(29)相邻两侧边的同一水平面分别连接有气缸a(5)和气缸c(13),用于通过所述气缸a(5)和气缸c(13)的伸缩动作对所述下直剪盒(29)施加x轴向和y轴向的水平荷载。
2.根据权利要求1所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述上直剪盒(28)为一钢制矩形盒,无顶面和底面,其下表面与所述下直剪盒(29)的上表面接触,两个相对的侧面与夹块a(14)和夹块b(19)相连,这两夹块a(14)和夹块b(19)用于固定上直剪盒(28);
所述下直剪盒(29)为一钢制矩形盒,无顶面,其下表面与万向球a(18)、万向球b(25)、万向球c(26)和万向球d(27)的上表面连接,两个侧面分别安装有导轨a(15)和导轨b(22)。
3.根据权利要求2所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述导轨a(15)与滑块a(16)滑动配合,用于滑块a(16)在导轨a(15)上滑动;连接块a(17)一侧与所述气缸a(5)的推杆前端相连,另一侧与所述滑块a(16)连接,连接块a(17)用于连接气缸a(5)和滑块a(16);
所述导轨b(22)与滑块b(20)滑动配合,用于滑块b(20)在导轨b(22)上滑动;连接块b(21)一侧与气缸c(13)的推杆前端相连,另一侧与滑块b(20)相连,连接块b(21)用于连接气缸c(13)和滑块b(20)。
4.根据权利要求1所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,还包括支架部分,所述支架部分包括铁板(12)、丝杆立柱(2)以及槽钢(1),所述槽钢(1)两端设置有圆形通孔用于穿过丝杆立柱(2),所述丝杆立柱(2)通过螺母(8)与槽钢(1)固定,所述丝杆立柱(2)下端穿过铁板(12)四周的圆孔,通过螺母(8)固定在所述铁板(12)上。
5.根据权利要求4所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,丝杆(3)依次穿过1号角钢(4)、夹块a(14)、夹块b(19)和3号角钢(11),分别用螺母(8)固定,所述丝杆(3)用于固定夹块a(14)和夹块b(19);
所述气缸a(5)水平安装在1号角钢(4)和2号角钢(6)之间,所述2号角钢(6)一侧与气缸a(5)相连,另一侧设置有两个圆形通孔,分别穿过丝杆立柱(2),所述2号角钢(6)用于固定气缸a(5);
所述气缸b(7)竖直安装在槽钢(1)中心。
6.根据权利要求5所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述气缸c(13)通过4号角钢(23)水平安装在铁板(12)上。
7.根据权利要求1所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,扭转气缸a(31)安装在丝杆立柱(2)上,其推杆前端与齿轮条a(32)的一端相连,所述齿轮条a(32)另一端穿过安装铁环a(36)中,中间部分与齿轮(33)配合,所述齿轮条a(32)在扭转气缸a(31)的推动下带动齿轮(33)旋转,用于带动压力块(10)旋转;
扭转气缸b(34)安装在丝杆立柱(2)上,其推杆前端与齿轮条b(30)的一端相连,所述齿轮条b(30)另一端穿过安装铁环b(35)中,中间部分与齿轮(33)配合,所述齿轮条b(30)在扭转气缸b(34)的推动下带动齿轮(33)旋转,用于带动压力块(10)旋转。
8.根据权利要求7所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述齿轮(33)安装在所述压力块(10)的圆杆中部,与所述齿轮条a(32)和齿轮条b(30)配合,用于带动压力块(10)旋转。
9.根据权利要求7所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述安装铁环a(36)为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条a(32),下端固定在夹块a(14)上,所述安装铁环a(36)用于给齿轮条a(32)提供支撑作用;
所述安装铁环b(35)为一圆形钢制环,中间穿过齿轮条b(30),下端固定在夹块b(19)上,所述安装铁环b(35)用于给齿轮条b(30)提供支撑作用。
10.根据权利要求7所述的模拟车辆轮胎对路基多向剪切的工程试验系统,其特征在于,所述压力块(10)为一圆形钢块,其中心有一圆杆,圆杆的顶端与压力传感器(9)的一端相连,所述圆杆的中心与齿轮(33)相连,所述压力块(10)放置在上直剪盒(28)的中心,所述压力块(10)用于传递来自气缸b(7)的压力。
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