三維可操控強夯模擬離心機試驗機械手裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬巖土離心機技術領域,具體涉及一種三維可操控模擬強夯的離心機試驗機械手裝置。
【背景技術】
[0002]強夯法又叫動力固結法或動力壓密法,是一種有效的地基處理方案,這種方法是通過反復將重錘起吊到高處然后利用自動脫鉤裝置使其自由下落,給地基以強大的沖擊能量的夯擊,從而提高地基土的強度,降低壓縮性,消除濕陷性,改善抗震動液化能力,提高土層的均勻性,減小不均勻沉降。強夯法在工程實踐中得到了廣泛的應用。國內外學者對強夯法做了很多的研宄,但是對強夯法的實踐仍然遠遠走在理論前面。目前,國內外學者常采用縮尺室內模型試驗進行強夯機理的探討,但是Ig下的縮尺模型的應力水平與現(xiàn)場原型的應力水平不同,不能真實的再現(xiàn)現(xiàn)場的應力水平,這樣直接影響水土壓力荷載的試驗可靠性。離心模型試驗則利用高速旋轉的離心機,在模型上施加超過重力η倍的離心慣性力,補償模型因縮尺I/η所造成的自重應力的損失,能真實的再現(xiàn)現(xiàn)場的應力水平,并使模型與原型應力、應變相等、變形相似(1/η)、破壞機理相同。它比通常在靜力(重力加速度)條件下的物理模型更接近于實際,因此它對模擬以自重為主要荷載的巖土結構物性狀的研宄就顯得特別有效。目前離心模型試驗已經在地下工程的研宄中已經得到廣泛應用。
[0003]近二三十年以來,我國巖土工程實踐的促進了離心模擬試驗技術的長足進步,同濟大學、清華大學、南京水利科學院、長江水利科學院等科研院所都建有先進的離心試驗設備。近些年新建的離心機性能越來越好,功率越來越大,模擬成粧、開挖、加載、溫度控制、含水率控制等附屬設備性能越加完備。然后,在實踐中施工簡單的強夯法卻很難在高速旋轉的離心機模擬,本專利結合強夯施工工法的特點開發(fā)出一套三維可操控強夯模擬機械手裝置,以填補離心試驗模擬在強夯模擬方面的空白。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種三維可操控模擬強夯的離心機試驗機械手裝置。
[0005]本發(fā)明提出的一種三維可操控模擬強夯的離心機試驗機械手裝置,由裝置底座、模型箱、三維位移系統(tǒng)和自動落錘系統(tǒng)組成,其中:
模型箱由透明玻璃觀察窗2和鋼框架3連接組成,所述模型箱位于底座I上;
三維位移系統(tǒng)由水平縱向運動模塊、水平橫向運動模塊及豎向運動模塊組成,水平縱向運動模塊由第一軌道4、第一運動履帶5、滑塊6、支架7、加強支架8、第一電動機9、電動機固定板10、傳動軸11和固定螺栓12組成,兩條第一軌道4通過固定螺栓22及其底部凹凸槽固定于模型箱的鋼框架3上方,每條第一軌道4中設置第一運動履帶5,在第一軌道4的端頭設置有第一電動機9,所述第一電動機9通過電動機固定板10固定于模型箱的鋼框架3上;所述第一電動機9通過傳動軸11連接第一運動履帶5,第一運動履帶5上放置滑塊6,滑塊6上附著支架7,支架7上固定加強支架8,所述滑塊6能在第一運動履帶5上來回移動,通過控制第一電動機9及傳動軸11帶動第一運動履帶5,從而帶動位于滑塊6及固定于滑塊上的支架格加強支架8進行水平縱向運動;水平橫向運動模塊由一條第二軌道13、第二運動履帶14、作業(yè)平臺15和第二電動機16組成,水平橫向運動模塊兩端通過支架7和加強支架8固定于水平縱向運動模塊中的滑塊6上,第二軌道13上設置第二運動履帶14,第二軌道13的端頭設置有第二電動機16,所述第二電動機16通過傳動軸連接第二運動履帶14,所述第二運動履帶14上設置作業(yè)平臺15,所述作業(yè)平臺15能在第二運動履帶14上來回移動,所述作業(yè)平臺15通過控制第二電動機16及傳動軸帶動第二運動履帶14,從而帶動位于滑塊上的作業(yè)平臺15進行水平橫向運動;豎向運動模塊由第三電動機17、位移桿18和變速箱19組成,所述豎向運動模塊位于作業(yè)平臺15上,位移桿18豎直插入作業(yè)平臺15,第三電動機17通過變速箱19連接位移桿18,通過第三電動機17實現(xiàn)帶有螺紋的位移桿18的上下移動;
自動落錘系統(tǒng)由電磁繼電器20、鐵質微型夯錘21和滑桿22組成,所述滑桿22上部連接于作業(yè)平臺15,下部插入模型箱土樣中;所述電磁繼電器20位于位移桿18底部,鐵質微型夯錘21位于滑桿22內,當電磁繼電器20通電時,可以吸住鐵制微型夯錘21,當電源關閉時,鐵質微型夯錘21在離心力作用下脫離電磁繼電器20,沿著滑桿22,夯擊模型箱中的土樣。
[0006]裝置底座I起襯墊作用,整個試驗裝置至于其上,制作完成后由起重機將整個試驗裝置吊離底座,放置于離心機吊籃中并固定。
[0007]本發(fā)明的工作過程:
將模型箱放置于水平底座I上,根據(jù)試驗方案,在模型箱中制作好地基土樣,在土樣相應位置埋設振動、位移、孔壓、水壓傳感器,并固定好上部強夯機械手部分,通過室內吊機將整個模型箱吊至土工離心機吊籃上,固定模型箱,并連接好機械手部分的電氣裝置,電磁繼電器通電,吸住夯錘,并將機械手調節(jié)至首次夯擊位置。啟動土工離心機,在離心機達到預定轉速后,在實驗室影像系統(tǒng)的監(jiān)視下,調整機械手至預設位置后,切斷電磁繼電器電源,釋放夯錘,使其在離心力下夯擊模型土樣。夯擊后,離心機附屬各傳感器分別記錄土樣振動、夯坑深度、孔壓、水壓等相關參數(shù)及其變化。帶各物理力學參數(shù)采集完成并穩(wěn)定后,控制豎向運動模塊,自上而下放下電磁繼電器,并接通電磁繼電器電源,吸住夯錘,并將其提升至設計高度后,再次切斷電源,重復夯擊作業(yè)。在土樣一點夯擊完成后,可控制水平縱向及橫向運動模塊選擇新的夯擊試驗點。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明裝置的最大優(yōu)點是能夠通過在模型箱上安裝三維可操控模擬強夯離心機試驗機械手,實現(xiàn)在土樣設定的任意位置、及夯錘任意高度,反復實現(xiàn)模擬強夯夯擊地面試驗目的,從而為正確揭示強夯機理,對比優(yōu)化試驗方案提供了一條切實可行的途徑。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的俯視圖。
[0011]圖3為本發(fā)明的左視圖。
[0012]圖4為本發(fā)明的右視圖。
[0013]圖5為本發(fā)明的前視圖。
[0014]圖6為本發(fā)明的后視圖。
[0015]圖7為本發(fā)明的夯錘局部示意圖。
[0016]圖中標號:1為底座,2為透明玻璃觀察窗,3為鋼框架,4為第一軌道,5為第一運動履帶,6為滑塊,7為支架,8為加強支架,9為第一電動機,10為電動機固定板,11為傳動軸,12為固定螺栓,13為第二軌道,14為第二運動履帶,15為作業(yè)平臺,16為第二電動機,17為第三電動機,18為位移桿,19為變速箱,20為電磁繼電器,21為鐵質微型夯錘,22為滑桿。
【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
[0018]實施例1
如圖1-圖7所示,裝置由底座1,透明玻璃觀察窗2,鋼框架3,第一軌道4,第一運動履帶5,滑塊6,支架7,加強支架8,第一電動機9,電動機固定板10,傳動軸11,為固定螺栓12,第二軌道13,第二運動履帶14,作業(yè)平臺15,第二電動機16,第三電動機17,變速箱18,位移桿19,電磁繼電器20,鐵質微型夯錘21和滑桿22組成。其中,底座I可由普通混凝土塊澆筑構成,作為模型箱制作土樣時暫時存放的平臺,底座I需確保水平,模型箱制作完成后,采用土工離心實驗室內的吊機將整個模型箱連同強夯機械手吊至離心機吊籃處安裝固定。模型箱外部尺寸為900mm