專利名稱：地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在地質(zhì)構(gòu)造模擬實驗中對模型表面進(jìn)行畫線的實驗設(shè)備，其通過計算機(jī)控制“畫筆”，根據(jù)實驗者的意圖，在模型表面上畫出規(guī)則的幾何圖形，用來研究模型表面變形前、變形中和變形后的應(yīng)變狀態(tài)。
背景技術(shù)：
構(gòu)造變形模擬是研究地質(zhì)構(gòu)造變形過程的一種重要的實驗手段，精確測量模型表面的變形方式和變形量大小是整個模擬實驗中的一項關(guān)鍵性技術(shù)，因而需要在模型表面刻畫一定規(guī)則的幾何圖案，將模型分隔成一系列單元，觀察和測量變形前后各個單元的變化。但現(xiàn)有的技術(shù)中，一般采用一根很細(xì)的金屬桿，在模型表面用手動或機(jī)械控制刻畫出線性凹槽，形成幾何圖形。這種方法的缺點是在變形前破壞了模型表層結(jié)構(gòu)，不能真實反映模型表面受力變形情況，而且在模型變形過程中，圖案容易被同種材料填充，不能準(zhǔn)確地找到變形后刻有圖案的位置，造成定量分析有限應(yīng)變的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的局限性，本發(fā)明的目的是提供一種由計算機(jī)控制的畫線設(shè)備，從該設(shè)備中漏出極細(xì)的與模型表面顏色不同的細(xì)砂，在模型表面畫出規(guī)則統(tǒng)一的幾何圖案，從而為實現(xiàn)模型表面有限應(yīng)變的精確測量和定量分析提供條件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是它包括操作臺、試驗箱、砂斗架、漏砂裝置、伺服電機(jī)以及由計算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)，所述試驗箱固定在操作臺上，X方向直線行走機(jī)構(gòu)安裝在操作臺兩側(cè)，砂斗架支撐在X方向直線行走機(jī)構(gòu)上并可以沿其移動，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)安裝在砂斗架上，漏砂裝置安裝在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上并可以沿其移動。工作時，在砂斗中裝入彩色砂子，固定在模擬實驗加砂裝置上，加砂裝置具有兩維(X-Y)運(yùn)動功能，由計算機(jī)控制其移動的方向和速度。砂斗下方開有直徑為2mm的圓孔，保證漏下的砂子小于2mm，模型的脆性材料直徑一般為大于2mm，這樣使得漏下的砂子落在模型表面上不會滾動。
漏砂裝置包括安裝板、滑軌、固定座、砂斗，所述固定座設(shè)在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上，滑軌通過安裝板垂直安裝在固定座上，砂斗通過滑塊安裝在導(dǎo)軌上并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，在砂斗內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置。
升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪、升降皮帶齒輪、轉(zhuǎn)軸座、升降板、升降皮帶，所述轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座水平安裝在安裝板上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪，中間裝有升降皮帶齒輪，升降皮帶一端與升降皮帶齒輪連接，另一端連接砂斗。由于模型的厚度是不固定的，要求漏斗的高度可調(diào)，保證漏下的砂子不會因為漏斗位置太高，造成落在模型表面上的砂子反彈滾動，通過與漏斗外側(cè)相連接的皮帶和上下輪子，實現(xiàn)上下調(diào)節(jié)漏斗高度。
為了使砂斗在調(diào)節(jié)至合適位置后有效鎖止，在升降皮帶上可以設(shè)有皮帶的鎖緊裝置，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需的高度后鎖止漏斗，防止下滑。
砂斗開閉裝置包括閥桿、旋鈕、閥桿鎖，所述閥桿頂端具有和砂斗的漏砂孔相匹配的頂尖，閥桿以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗中，在閥桿底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿上還設(shè)有閥桿鎖。螺旋進(jìn)給方式是常見的調(diào)節(jié)裝置，即閥桿的本身是一根金屬絲桿，在砂斗上內(nèi)部的對應(yīng)位置固定有螺母，閥桿旋進(jìn)螺母中，并可以通過調(diào)節(jié)閥桿上端的旋鈕實現(xiàn)其在垂直方向上的進(jìn)給，再利用頂尖實現(xiàn)開啟與關(guān)閉砂斗的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠保證模型表層不被破壞，同時可以畫出非常規(guī)范和漂亮的彩色網(wǎng)格，試驗?zāi)Ｐ妥冃魏蠛苋菀赘鶕?jù)彩色砂子的位移找到變形的位置。增加對有限應(yīng)變量大小的精確測量和定量分析的要求。同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
四

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中漏砂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的左視圖。
五具體實施例方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，它包括操作臺8、試驗箱10、砂斗架1、漏砂裝置3、伺服電機(jī)4以及由計算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)7和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9，其中試驗箱10固定在操作臺8上，在試驗箱10中安置試驗?zāi)Ｐ?，試驗?0由通明材料制成以便于觀察。X方向直線行走機(jī)構(gòu)7中的導(dǎo)軌安裝在操作臺8兩側(cè)，砂斗架1可以利用滾動導(dǎo)軌副支撐在導(dǎo)軌上，由計算機(jī)程序控制行走機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)4控制其X向移動，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9安裝在砂斗架1上，其同樣可以采用滾動導(dǎo)軌副，漏砂裝置3安裝在該行走機(jī)構(gòu)9上并可以沿其移動。
漏砂裝置3包括安裝板14、滑軌18、固定座19和下部具有漏砂孔13的砂斗20，固定座19固定在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9上，安裝板14設(shè)置在固定座19上，滑軌18則垂直安裝安裝板14上，砂斗20側(cè)面設(shè)有與導(dǎo)軌配合的滑塊，砂斗20通過滑塊安裝在導(dǎo)軌18上，并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，該升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪11、升降皮帶齒輪12、轉(zhuǎn)軸座13、升降板14、升降皮帶15，轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座13水平安裝在安裝板14上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪11，中間裝有升降皮帶齒輪12，升降皮帶15一端與升降皮帶齒輪12連接，另一端連接砂斗20，在升降皮帶15上設(shè)有皮帶的鎖緊裝置21。砂斗20內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置，砂斗開閉裝置包括閥桿17、旋鈕、閥桿鎖16，閥桿17頂端具有和砂斗的漏砂孔23相匹配的頂尖，閥桿17以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗20中，在閥桿17底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿17上還設(shè)有閥桿鎖16。砂斗20底部漏砂孔13的直徑是2mm。
本發(fā)明利用地質(zhì)構(gòu)造變形模擬實驗儀材料添加裝置中的X方向直線直線行走機(jī)構(gòu)7作為一個基本單元(X方向)，在此基礎(chǔ)上再加裝另一個(Y)方向的直線行走機(jī)構(gòu)9(見附圖1)。工作時X-Y方向的直線行走機(jī)構(gòu)由計算機(jī)控制伺服電機(jī)，在程序的控制下，畫線砂斗作協(xié)調(diào)運(yùn)動，此時打開砂斗閥門，畫線用的彩色砂按一定的要求布撒在實驗材料表面，形成所需圖案。根據(jù)需要可畫出各種圖案。根據(jù)模型表面變形前高度，調(diào)節(jié)畫線砂斗的位置，直到獲得滿意的畫線效果。
其基本參數(shù)分別為①X方向直線行走機(jī)構(gòu)(直線單元7)有效行程1800mm，移動速度在1mm/s～360mm/s可調(diào)；②Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(直線單元9)有效行程800mm、載荷平臺額定垂直載荷300公斤。載荷平臺的移動速度在1mm/s～360mm/s可調(diào)。位移顯示精度均不低于0.1mm，速度顯示精度不低于0.01mm/s。
漏砂裝置工作原理將彩色砂子倒入砂斗20內(nèi)(見附圖2)，當(dāng)畫線裝置開始工作時，轉(zhuǎn)動閥桿17，打開閥門，砂子在重力的作用下從直徑為2mm的漏砂孔23漏下。由于漏砂裝置在X-Y方向的協(xié)調(diào)移動，則可畫出所需的圖案。如需停止畫線，只要轉(zhuǎn)動閥桿17，關(guān)閉閥門，即可停止畫線。關(guān)閉畫線裝置的程序，即可結(jié)束畫線工作。根據(jù)試驗材料布置的多少，模型表面高度不同，可轉(zhuǎn)動升降手輪11，帶動升降皮帶齒輪，再帶動固定在皮帶上的砂斗來調(diào)節(jié)漏砂孔的高低，然后再用鎖緊裝置21鎖住漏砂裝置，從而達(dá)到最佳的畫線效果。漏砂裝置通過裝置固定座19與Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上的載荷平臺相連接，使得漏砂裝置能隨載荷平臺的移動而移動。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是它包括操作臺(8)、試驗箱(10)、砂斗架(1)、漏砂裝置(3)以及由計算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)，所述試驗箱(10)固定在操作臺(8)上，X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)安裝在操作臺(8)兩側(cè)，砂斗架(1)支撐在X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)上并可以沿其移動，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)安裝在砂斗架(1)上，漏砂裝置(3)安裝在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)上并可以沿其移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是漏砂裝置(3)包括安裝板(14)、滑軌(18)、固定座(19)和下部具有漏砂孔(13)的砂斗(20)，所述固定座(19)設(shè)在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)上，滑軌(18)通過安裝板(14)垂直安裝在固定座(19)上，砂斗(20)通過滑塊安裝在導(dǎo)軌(18)上并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，在砂斗(20)內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪(11)、升降皮帶齒輪(12)、轉(zhuǎn)軸座(13)、升降板(14)、升降皮帶(15)，所述轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座(13)水平安裝在安裝板(14)上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪(11)，中間裝有升降皮帶齒輪(12)，升降皮帶(15)一端與升降皮帶齒輪(12)連接，另一端連接砂斗(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是所述砂斗開閉裝置包括閥桿(17)、旋鈕、閥桿鎖(16)，所述閥桿(17)頂端具有和砂斗的漏砂孔(23)相匹配的頂尖，閥桿(17)以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗(20)中，在閥桿(17)底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿(17)上還設(shè)有閥桿鎖(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是在升降皮帶(15)上設(shè)有皮帶的鎖緊裝置(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是砂斗(20)底部漏砂孔(13)的直徑是2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在地質(zhì)構(gòu)造變形模型的表面進(jìn)行畫線的設(shè)備，其試驗箱固定在操作臺上，X向行走機(jī)構(gòu)安裝在操作臺兩側(cè)，砂斗架支撐在X向行走機(jī)構(gòu)上并可沿其移動，Y向行走機(jī)構(gòu)安裝在砂斗架上，漏砂裝置安裝在Y向行走機(jī)構(gòu)上并可沿其移動。漏砂裝置上的固定座設(shè)在Y向行走機(jī)構(gòu)上，滑軌通過安裝板安裝在固定座上，砂斗通過滑塊安裝在導(dǎo)軌上并通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)垂直高度，砂斗內(nèi)部設(shè)有開閉裝置。升降調(diào)節(jié)裝置通過升降皮帶帶動砂斗上下移動。本發(fā)明能夠保證模型表層不被破壞，同時畫出非常規(guī)范和漂亮的彩色網(wǎng)格，試驗?zāi)Ｐ妥冃魏蠛苋菀赘鶕?jù)砂子的位移找到變形的位置.增加了對有限應(yīng)變量大小的精確測量和定量分析的要求；而且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
文檔編號G01B21/32GK1971201SQ20061009820
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者解國愛, 賈東, 吳曉俊, 劉正, 張慶龍, 朱文斌, 盧華復(fù), 舒良樹, 張岳橋, 楊振宇 申請人:南京大學(xué)