專利名稱：土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種土工離心模型試驗裝置，尤其涉及一種土工離心模型試驗的模型差異沉降控制裝置。
背景技術：
鐵路和公路路基是一種帶狀結構物，在路提與橋臺交界處、路基與橫向結構物連接處、地基土層變化較大部位及地基處理措施變化處，容易產生差異沉降，導致軌面的不平順和路面的不平整，致使車輛高速通過時引起劇烈振動，影響乘坐的舒適性和行車的平穩(wěn)性，嚴重時甚至危及行車安全。這種差異沉降主要是由地基的不均勻變形引起的，通過試驗研究地基不均勻變形在路提填土中的傳遞規(guī)律及引起的路基面不均勻沉降特性，對掌握鐵路和公路工程中不同結構物均勻過渡技術具有重要理論意義及工程應用價值。土工離心模型試驗作為一種可再現(xiàn)原型結構特性的試驗方法，已在土力學及巖土工程中的各個領域得到了廣泛應用。目前，土工離心模型試驗中的地基差異沉降常用模擬方法是首先在模型箱底填筑不同強度的模型地基，然后將模型路提放置在模型地基上，通過對模型箱內的模型施加離心力，引起不同強度的模型地基產生差異變形，進而引起模型路提填土的不均勻變形及路基面的不均勻沉降。由于不同強度的模型地基差異變形可控性較差，不能準確地掌握地基差異變形對路提填土不均勻變形及路基面不均勻沉降的影響規(guī)律。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，該裝置操作簡單方便，能夠在離心機運轉狀態(tài)下實現(xiàn)模型差異沉降的實時精確控制，從而掌握地基不均勻變形在路提填土中的傳遞、擴散規(guī)律以及對路基面不均勻沉降特性的影響，為完善鐵路與公路工程不同結構物的均勻過渡技術提供可靠的試驗依據。本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其組成為模型箱箱底的一側固定有兩列支撐墩，兩列支撐墩上部支撐有不動板；箱底的另一側固定有兩列升降機，兩列升降機上部的法蘭盤上固定有升降板；不動板及升降板上填筑路提模型；升降機通過安裝于模型箱箱底的轉向箱與步進伺服電機相連， 步進伺服電機與土工離心機的外部控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明的工作過程和原理是試驗前通過步進伺服電機帶動升降機升降使升降板和不動板齊平位于同一水平位置；將路提模型填筑在升降板和不動板上；當土工離心機運轉達到試驗要求時，在外部控制系統(tǒng)控制下，步進伺服電機帶動升降機上的法蘭盤升降，使升降板發(fā)生精確可控的垂向位移，從而在升降板和不動板之間產生垂向錯位，以模擬地基的差異沉降；同時，對路提模型的縱截面變形及表面位移進行測試，即可得出地基的差異沉降對路提模型不均勻沉降變形的影響。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是
一、在離心機運轉狀態(tài)下，通過控制步進伺服電機驅動升降機帶動升降板產生垂向位移，實現(xiàn)模型差異沉降的實時精確控制，差異沉降的控制精度可達微米級，從而可對地基差異沉降在路提填土中的傳遞、擴散特征以及引起的路基面不均勻沉降進行準確模擬， 為深入分析鐵路與公路工程中不同結構物的均勻過渡特性提供了全面精細的試驗數(shù)據。二、在離心機運轉狀態(tài)下，通過外部控制系統(tǒng)對步進伺服電機進行控制，可使沉降板產生分級定量的垂向位移，實現(xiàn)了模型地基差異沉降逐步發(fā)展的全過程模擬。試驗操作簡單方便、用時短、效率高。三、該模型差異沉降控制裝置為機電結構，不包括液壓和氣壓器件，避免了漏油、 漏氣現(xiàn)象的發(fā)生，且具有結構緊湊，占用空間小，可靠性高，使用維護簡單方便的特點。上述的不動板和升降板之間還設有傾斜板，傾斜板的一邊搭接在一列支撐墩上， 另一邊搭接在一列升降機的法蘭盤上。這樣，步進伺服電機驅動升降機帶動升降板產生垂向位移，傾斜板發(fā)生傾斜，從而可以模擬不同地基交界處發(fā)生漸變式差異沉降的情形，以分析研究這種地基漸變式差異沉降對路提不均勻變形及路基面不均勻沉降的影響，使本發(fā)明的使用范圍更廣。上述的升降機通過轉向箱與步進伺服電機相連的具體結構是步進伺服電機的輸出軸與轉向箱的輸入軸相連，轉向箱的輸出軸與升降機的輸入軸相連。這樣，由步進伺服電機通過轉向箱同時驅動多臺升降機，可實現(xiàn)各升降機的精確同步沉降，進一步提高了模型差異沉降控制的精確度和可靠性。上述的升降機為梯形絲桿型蝸輪絲桿升降機。梯形絲桿型蝸輪絲桿升降機的梯形絲桿具有自鎖功能，能更好地保證升降板沉降位置的精確定位。下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的詳細說明。


圖1是本發(fā)明實施例一的升降板和不動板齊平時的剖視結構示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是本發(fā)明實施例一的升降板發(fā)生了沉降的剖視結構示意圖。圖4本發(fā)明實施例二的升降板、傾斜板和不動板齊平時的剖視結構示意圖。圖5是圖4的B-B剖視圖。圖6是本發(fā)明實施例二的升降板和傾斜板發(fā)生了沉降的剖視結構示意圖
具體實施例方式實施例一圖1 3示出，本發(fā)明的第一種具體實施方式
為，一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其組成為模型箱100箱底的一側固定有兩列支撐墩301、302，兩列支撐墩301、302上部支撐有不動板201 ；箱底的另一側固定有兩列升降機401、402，兩列升降機 401、402上部的法蘭盤上固定有升降板202 ；不動板201及升降板202上填筑路提模型700 ； 升降機401、402通過安裝于模型箱100箱底的轉向箱600與步進伺服電機500相連，步進伺服電機500與土工離心機外部控制系統(tǒng)電連接。
圖2及圖1、圖3示出，本實施例的升降機401、402通過轉向箱600與步進伺服電機500相連的具體結構是步進伺服電機500的輸出軸與轉向箱600的輸入軸相連，轉向箱 600的輸出軸與升降機401、402的輸入軸相連。本實施例的升降機401、402為梯形絲桿型蝸輪絲桿升降機。本實施例的工作過程和原理是試驗前通過步進伺服電機500帶動升降機401、 402升降使升降板202和不動板201齊平位于同一水平位置；將路提模型700填筑在升降板202和不動板201上；當土工離心機運轉達到試驗要求時，在外部控制系統(tǒng)控制下，步進伺服電機500帶動升降機401、402上的法蘭盤升降，使升降板201發(fā)生精確可控的垂向位移，從而在升降板202和不動板201之間產生了垂向錯位，以模擬地基的差異沉降；同時， 對路提模型700的縱截面變形及表面位移進行測試，即可得出地基的差異沉降對路提模型 700不均勻沉降變形的影響。實施例二圖4 6示出，本發(fā)明的第二種具體實施方式
為，一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其組成為模型箱100箱底的一側固定有兩列支撐墩301、302，兩列支撐墩301、302上部支撐有不動板201 ；箱底的另一側固定有兩列升降機401、402，兩列升降機 401、402上部的法蘭盤上固定有升降板202 ；不動板201及升降板202上填筑路提模型700 ； 升降機401、402通過安裝于模型箱100箱底的轉向箱600與步進伺服電機500相連，步進伺服電機500與土工離心機外部控制系統(tǒng)電連接。本實施例的不動板201和升降板202之間還設有傾斜板203，傾斜板203的一邊搭接在一列支撐墩301上，另一邊搭接在一列升降機401的法蘭盤上。圖5及圖4、圖6示出，本實施例的升降機401、402通過轉向箱600與步進伺服電機500相連的具體結構是步進伺服電機500的輸出軸與轉向箱600的輸入軸相連，轉向箱 600的輸出軸與升降機401、402的輸入軸相連。本實施例的升降機401、402為梯形絲桿型蝸輪絲桿升降機。本實施例的工作過程和原理是試驗前通過步進伺服電機500帶動升降機401、 402升降使升降板202、傾斜板203及不動板201的上表面齊平位于同一水平位置，將路提模型700填筑在升降板202、傾斜板203和不動板201上，見圖4。當土工離心機運轉達到試驗要求時，在外部控制裝置控制下，步進伺服電機500帶動升降機升降，使升降板202發(fā)生精確可控的垂向位移，一邊搭接在支撐墩301上、另一邊搭接在升降機401的法蘭盤上的傾斜板203發(fā)生傾斜，從而模擬不同地基交界處發(fā)生漸變式差異沉降的情形，見圖6。同時， 對路提模型700的縱截面變形及表面位移進行測試，即可得出地基的差異沉降對路提模型 700不均勻沉降變形的影響。本發(fā)明在實施時，各升降機401、402通過轉向箱600共用一臺步進伺服電機500， 也可分組使用多臺步進伺服電機。升降機及其驅動裝置除可以是以上的步進伺服電機驅動的機械式升降機外，還可以是液壓驅動的液壓式升降機。
權利要求
1.一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其組成為模型箱(100)箱底的一側固定有兩列支撐墩(301、302)，兩列支撐墩(301、30幻上部支撐有不動板Q01)；箱底的另一側固定有兩列升降機001、402)，兩列升降機(401、40幻上部的法蘭盤上固定有升降板Q02)；不動板(201)及升降板(20 上填筑路提模型(700)；升降機(401、40幻通過安裝于模型箱(100)箱底的轉向箱(600)與步進伺服電機(500)相連，步進伺服電機(500) 與土工離心機的外部控制系統(tǒng)電連接。
2.根據權利要求1所述一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其特征在于 所述的不動板(201)和升降板(20 之間還設有傾斜板003)，傾斜板(20 的一邊搭接在一列支撐墩(301)上；另一邊搭接在一列升降機G01)的法蘭盤上。
3.根據權利要求1所述一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其特征在于， 所述的升降機(401、402)通過轉向箱(600)與步進伺服電機(500)相連的具體結構是步進伺服電機(500)的輸出軸與轉向箱(600)的輸入軸相連，轉向箱(600)的輸出軸與升降機001、402)的輸入軸相連。
4.根據權利要求1所述一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其特征在于 所述的升降機G01、402)為梯形絲桿型蝸輪絲桿升降機。
全文摘要
一種土工離心機試驗的模型差異沉降控制裝置，其組成為模型箱箱底的一側固定有兩列支撐墩，兩列支撐墩上部支撐有不動板；箱底的另一側固定有兩列升降機，兩列升降機上部的法蘭盤上固定有升降板；不動板及升降板上填筑路堤模型；升降機通過安裝于模型箱箱底的轉向箱與步進伺服電機相連，步進伺服電機與土工離心機的外部控制系統(tǒng)電連接。該裝置能夠在離心機運轉狀態(tài)下實現(xiàn)模型差異沉降的實時精確控制，從而掌握地基不均勻變形在路堤填土中的傳遞、擴散規(guī)律以及對路基面不均勻沉降特性的影響，為完善鐵路與公路工程中不同結構物的均勻過渡技術提供可靠的試驗依據。
文檔編號G01N3/08GK102359907SQ20111020338
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者萬小全, 冉濤, 劉剛, 張立祥, 張良, 楊廣偉, 羅強, 陳堅, 陳虎, 魏永權 申請人:西南交通大學