本實用新型專利技術涉及一種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，由立于模型箱側板上的承載支架、置于承載支架上的加載機構和控制加載機構的控制器組成，對土工離心機模型箱內的模型施加豎向荷載，步進電機(11)的輸出軸逐次與豎向布置的減速機(10)、聯軸器(9)、絲桿(13)、套置在絲桿上的螺母底座(5)構成動力傳送鏈；絲桿螺母(6)固定螺母底座(5)上，與固定螺母底座(5)上的兩條推力桿構成整體,絲桿螺母驅動推力座(15)對模型加載和減載。本實用新型專利技術加載系統可有效的克服現有加載技術存在的缺陷，為土工離心模型試驗提供一種更加科學的加載方式，為進一步研究土體和建筑物(構筑物)的變形及破壞機理提供重要的技術支撐。
【技術實現步驟摘要】
本技術屬于土工試驗設備，尤其是涉及一種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統。主要應用于土工離心試驗環境，模擬建筑物(構筑物)的作用荷載，從而真實的再現原型土體與結構物的相互作用關系，為進一步研究土體和建筑物(構筑物)的變形及破壞機理提供重要的技術支撐。
技術介紹
土工離心模型試驗是將l/η比尺的模型置于特制的離心機中，在ng離心加速度的空間進行試驗。由于慣性力與重力的絕對等效性，且離心加速度不會改變地基材料的性質，這樣在保證與原型幾何相似的前提下，也可保持它們的力學特征相似。因此，離心模型試驗是解決工程問題的有效手段。在離心模型試驗中往往要對模型施加荷載，可施加荷載的大小、精度、靈活性將直接影響試驗結果的好壞。土工離心模型試驗具有高轉速、高應力場等特點，在高速轉動的離心環境下難以對模型施加荷載。現有的加載方式主要為千斤頂加載和加載塊加載。千斤頂固定在反力架上，荷載施加范圍大，可控性高；但其自重大，對反力架的固定要求、材料強度、結構穩定性等要求高，在離心模型試驗中，離心機要負擔模型箱、加載裝置和模型的重量，其負擔的總重是有限的，加載裝置的重量越大，使得允許的模型重量受到的限制越大；且試驗過程中控制加載困難，分級施加荷載需停機實現，因而千斤頂加載在土工離心模型試驗中應用十分有限。加載塊加載是在模型上放置質量為m的重塊，通過重塊自身的重力(G = ma)模擬施加的豎向荷載，在離心模型試驗中，利用離心機產生的可動態控制大小的加速度場，即改變離心加速度a的大小，可實現不停機分級加載。但加載塊加載的荷載施加范圍有限，易受加載塊密度、模型箱尺寸條件限制，因而局限于模擬荷載不大的試驗環境；且通過動態控制加速度大小來實現分級加載時，地基土體中的自重應力場也隨之改變，難以再現原型土體的應力環境，大大增加了問題研究的難度，因而，通過加載塊加載模擬地基土的上覆荷載，其合理性值得商榷。此外，針對上述加載方式存在的不足，日本獨立行政法人產業安全研究所研制的加載裝置。該加載裝置采用蝸輪蝸桿機構，其結構設計簡單。但該機構蝸輪磨損嚴重，減速機發熱和漏油現象普遍存在；且該系統以單片機作為控制器，其抗干擾能力相對較差，系統需要自己設計電源，因而系統運行的可靠性難以保證。
技術實現思路
鑒于現有技術的以上不足，本技術的目的是提供一種土工離心機施加豎向荷載的加載系統，使之克服現有技術的以上缺點。為實現上述目的，本技術采用的技術方案是:—種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，由立于模型箱側板上的承載支架、置于承載支架上的加載機構和控制加載機構的控制器組成，對土工離心機模型箱內處于離心狀態下的模型施加豎向荷載，其特征在于，承載支架具有水平梁2和立于其上的支架1 ;步進電機11架設在支架1頂部，步進電機11的輸出軸逐次與豎向布置的減速機10、聯軸器9、絲桿13、套置在絲桿上的螺母底座5構成動力傳送鏈；絲桿13的一端與聯軸器聯接，其另一端通過止推軸承17聯接在水平梁2上；絲桿螺母6固定螺母底座5上，與固定螺母底座5上的兩條推力桿構成整體；水平梁2上具有通過推力桿的通孔，絲桿螺母6的直線運動通過絲桿螺母底座5和推力桿15，驅動推力座15對模型加載和減載。所述推力座15上設置有壓力傳感器16。減速機與步進電機直接連接，固定于支架頂板下方，支架采用焊接方式，最終和加勁肋板焊接成一個整體，通過螺栓固定在水平梁上，水平梁通過螺栓固定于模型箱兩邊的側板上。本技術加載系統是用絲桿作為機構，步進電機提供動力，運用西門子Smart200作為控制器，實現對離心環境下模型的自動化加載。該系統與現有技術相比具有的有益效果如下:(1)設備結構簡單、輕便，設計新穎合理，易于安裝拆卸，可通過專業加工，實現與模型箱的配套使用。(2)由控制器發出指令，由電機提供動力，通過控制絲桿的推出距離可精確控制出力的大小，該種加載方式簡單靈活，出力量程大、精度高。(3)在試驗過程中可實時監測、讀取、存儲數據，數據讀取、存取方便有效。系統可以達到以下技術指標:(1)壓力范圍:0?δΤ ;(2)位移變化范圍:±0?10cm ；本技術加載系統可有效的克服現有加載技術存在的缺陷，為土工離心模型試驗提供一種更加科學的加載方式，從而真實的再現原型土體與結構物的相互作用關系，為進一步研究土體和建筑物(構筑物)的變形及破壞機理提供重要的技術支撐。【附圖說明】圖1為本技術實施例1的結構示意圖；圖2為本技術實施例1的結構分解示意圖。附圖標記說明:1 一支架；2—水平梁； 3—加勁肋板；4 一推力桿；5—絲桿螺母底座；6—絲桿螺母；7—軸承過度盤；8一推力軸承；9一聯軸器； 10—減速機； 11 一步進電機； 12—螺母；13—絲桿；14一直線軸承；15—傳感器推力座；16—壓力傳感器； 17—軸承；【具體實施方式】下面結合實施例和附圖做進一步說明。本技術基于土工離心機的加載系統，其工作過程如下:步進電機11得到由控制器發送的控制信號指令，正轉進過減速機10和聯軸器9把轉動傳遞到絲桿13，轉動經過絲桿螺母6變為直線運動，絲桿螺母6把直線運動通過絲桿螺母底座5和推力桿4，推動傳感器推力座15和壓力傳感器16向下運動(加載)。壓力傳感器16直接作用于模型上，從而實現加載的目的。控制器實時監控施加荷載的大小，當滿足荷載要求時，控制器給電機11發出指令，使其停止加載；試驗結束后，控制器發出指令，令電機11反轉卸載，使絲桿13回到初始位置，為下次加載工作做準備。上述的基于土工離心機的加載系統中，支架1及上隔艙兩側設有加勁肋板3，使加載裝置在離心機高轉速、高應力場環境下不致產生過大的變形，從而保證試驗過程中荷載施加的精度和加載系統的穩定性。上述的基于土工離心機的加載系統中，傳感器推力座15的下部安裝有壓力傳感器16，量程為5T，在離心模型試驗中將壓力傳感器16直接作用在模型上，通過壓力傳感器16實時監測施加荷載的大小，根據需要增大或減小荷載，真正實現多級連續加載的目的。上述的基于土工離心機的加載裝置中，步進電機11、減速機10與支架1的連接，支架1與水平梁2的連接，水平梁2與模型箱的連接均采用高強度螺釘、螺栓連接。【主權項】1.一種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，由立于模型箱側板上的承載支架、置于承載支架上的加載機構和控制加載機構的控制器組成，對土工離心機模型箱內處于離心狀態下的模型施加豎向荷載，其特征在于，承載支架具有水平梁(2)和立于其上的支架⑴；步進電機(11)架設在支架⑴頂部，步進電機的輸出軸逐次與豎向布置的減速機(10)、聯軸器(9)、絲桿(13)、套置在絲桿上的螺母底座(5)構成動力傳送鏈；絲桿(13)的一端與聯軸器聯接，其另一端通過止推軸承(17)聯接在水平梁(2)上；絲桿螺母￠)固定螺母底座(5)上，與固定螺母底座上的兩條推力桿構成整體；水平梁上具有通過推力桿的通孔，絲桿螺母的直線運動通過絲桿螺母底座和推力桿，驅動推力座(15)對模型加載和減載。2.根據權利要求1所述的基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，其特征在于，推力座(15)上設置有壓力傳感器(16)。【專利摘要】本技術涉及一種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，由立于模型箱側板上的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于土工離心機施加豎向荷載的加載系統，由立于模型箱側板上的承載支架、置于承載支架上的加載機構和控制加載機構的控制器組成，對土工離心機模型箱內處于離心狀態下的模型施加豎向荷載，其特征在于，承載支架具有水平梁(2)和立于其上的支架(1)；步進電機(11)架設在支架(1)頂部，步進電機的輸出軸逐次與豎向布置的減速機(10)、聯軸器(9)、絲桿(13)、套置在絲桿上的螺母底座(5)構成動力傳送鏈；絲桿(13)的一端與聯軸器聯接，其另一端通過止推軸承(17)聯接在水平梁(2)上；絲桿螺母(6)固定螺母底座(5)上，與固定螺母底座上的兩條推力桿構成整體；水平梁上具有通過推力桿的通孔，絲桿螺母的直線運動通過絲桿螺母底座和推力桿，驅動推力座(15)對模型加載和減載。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡中波，馬建林，王欽科，蘇春暉，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：新型
國別省市：四川;51
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