用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及計(jì)量固體形變技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的 沖擊裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 仰拱是為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)，是隧道 結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一。仰拱通俗解釋為向上仰的拱，一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其與二 次襯砌構(gòu)成隧道整體，用于增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及防水。仰拱一方面要將隧道上部的地層壓 力通過(guò)隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系暮奢d有效的傳遞到地下，另一方面，其還有效的抵抗隧 道下部地層傳來(lái)的反力。
[0003] 對(duì)于重載線路來(lái)說(shuō)，列車對(duì)仰拱結(jié)構(gòu)的沖擊作用嚴(yán)重，因此，開(kāi)展重載鐵路隧道仰 拱病害機(jī)理以及仰拱結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的研宄，對(duì)于提高仰拱結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少仰拱病 害的發(fā)生率，保證隧道整體安全具有非常重要的實(shí)際意義。
[0004] 在開(kāi)展重載鐵路隧道仰拱抗沖擊性能的研宄試驗(yàn)當(dāng)中，目前國(guó)內(nèi)外采用最多的方 法就是屬于低速率沖擊范疇內(nèi)的落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)方法以及基于落錘法衍生出的各種沖擊 試驗(yàn)方法，具有代表性有落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)法、沖壓沖擊試驗(yàn)法、彎曲沖擊試驗(yàn)法等幾種。但 是國(guó)內(nèi)外研宄實(shí)驗(yàn)所使用的沖擊裝置存在以下缺點(diǎn)急需改進(jìn)：
[0005] 一、鋼質(zhì)沖擊錘下落點(diǎn)的初始位置和下落的初始速度不易準(zhǔn)確控制，不能消除人 為因素的影響。
[0006] 二、撞擊點(diǎn)難對(duì)準(zhǔn)，美國(guó)釆用的沖擊錘為球形，而傳力球也為球形，兩者的撞擊為 點(diǎn)與點(diǎn)的撞擊，比較難控制。
[0007] 三、沖擊錘無(wú)保護(hù)，傳力球未定位，沖擊錘對(duì)鋼球進(jìn)行沖擊后，會(huì)跌落到底板產(chǎn)生 二次的無(wú)規(guī)律的沖擊，也會(huì)對(duì)試驗(yàn)人員的安全產(chǎn)生威脅。
[0008] 四、底座未固定，未固定的底座在沖擊過(guò)程中會(huì)損耗一部分能量，影響試驗(yàn)精確 度。
[0009] 五、某些裝置雖然非常先進(jìn)，但是體積龐大，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)所、試驗(yàn)費(fèi)用等要求較高，不 利于推廣使用。
[0010] 六、在多次反復(fù)沖擊時(shí)，人工操作的簡(jiǎn)易裝置很難保證沖擊錘落點(diǎn)一致，沖擊高度 一致。有些裝置在使用時(shí)，沖擊錘的球面直接沖擊試件表面，易造成沖擊點(diǎn)的應(yīng)力集中，無(wú) 法確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。人為手動(dòng)釋放沖擊錘時(shí)，會(huì)影響其初始速度和初始加速度，很難 保證沖擊錘的自由落體運(yùn)動(dòng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置，以為隧道仰 拱沖擊試驗(yàn)提供科學(xué)可靠的裝置，提高試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置的技術(shù) 方案如下：
[0013] -種用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置，包括：支架，用于提供支撐作用；驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)，用于輸出動(dòng)力，設(shè)置于所述支架上；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于傳輸所述驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)輸出的動(dòng)力；落錘組件，包括錘頭，所述落錘組件與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，并通過(guò)所述傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)接收來(lái)自于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出的動(dòng)力，以使所述錘頭能夠在自由落體之后回復(fù)原位 置。
[0014] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、與 所述電機(jī)電連接的電機(jī)控制器，所述電機(jī)固定在所述支架上，所述電機(jī)的動(dòng)力輸出端經(jīng)所 述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述落錘組件連接，所述電機(jī)控制器用于控制所述電機(jī)的輸出動(dòng)力大小和方 向。
[0015] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述支架包括兩根立柱和 連接于兩根所述立柱之間的架頂橫梁、架中橫梁，且所述架中橫梁位于所述架頂橫梁下方。
[0016] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在 所述支架上的卷?yè)P(yáng)筒、鋼絞線，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并與所述卷?yè)P(yáng)筒的旋轉(zhuǎn)軸固定 連接；所述鋼絞線一端纏繞在所述卷?yè)P(yáng)筒上，另一端與所述落錘組件連接。
[0017] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括固定 在所述支架上的滑輪，所述滑輪設(shè)置在所述支架上并位于所述沖擊模型試驗(yàn)槽上方，所述 卷?yè)P(yáng)筒的高度低于所述滑輪，所述鋼絞線經(jīng)所述滑輪與所述落錘組件固定連接。
[0018] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述落錘組件包括塊狀的 錘身、錘頭，所述錘身與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接連接，所述錘頭可拆卸地固定在所述錘身的下 端，以便于更換。
[0019] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述落錘組件還包括豎直 設(shè)置的兩根導(dǎo)軌，所述錘身的兩側(cè)設(shè)有兩翼，所述兩翼的端部與所述導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，以為所 述錘身的上下移動(dòng)提供導(dǎo)向作用。
[0020] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述落錘組件還包括用于 調(diào)整所述錘頭及所述錘身重力的砝碼，所述砝碼可拆卸地固定于所述錘身的上端。
[0021] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述錘身的上方設(shè)有螺旋 拉桿和固定螺母，用以固定所述砝碼。
[0022] 優(yōu)選地，在上述用于隧道仰拱沖擊試驗(yàn)的沖擊裝置中，所述電機(jī)控制器包括力矩 自動(dòng)感應(yīng)裝置，所述力矩自動(dòng)感應(yīng)裝置與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于檢測(cè)所述電機(jī)的力矩變 化。
[0023] 分析可知，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易，而且能夠快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行沖擊試驗(yàn)， 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施例的隧道仰拱沖擊模型系統(tǒng)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2是圖1所示系統(tǒng)的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖5是圖1所示系統(tǒng)的沖擊模型試驗(yàn)槽的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖6是圖2所示系統(tǒng)的沖擊模型試驗(yàn)槽的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于一自動(dòng)式隧道仰拱沖擊模型系統(tǒng)時(shí)， 該系統(tǒng)應(yīng)主要包括兩大部分：圖3和圖4詳示的本實(shí)用新型實(shí)施例提供的沖擊裝置、圖5和 圖6詳示的沖擊模型試驗(yàn)槽。如圖1所示，應(yīng)用時(shí)，沖擊裝置和沖擊模型試驗(yàn)槽相鄰設(shè)置， 沖擊模型試驗(yàn)槽位于沖擊裝置下方，且主視觀之，二者的豎向中軸線相重合。
[0032] 如圖1-圖4所示，沖擊裝置包括支架1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3和落錘組件4。支 架1呈框架式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、落錘組件4皆直接或間接地設(shè)置在支架1上。
[0033] 具體而言，沖擊支架1主要用于為沖擊裝置的其他部件提供支撐，其包括立柱11、 架中橫梁12和架頂橫梁13。一對(duì)立柱11分布于兩側(cè)，豎直、平行設(shè)置。架中橫梁12及架 頂橫梁13水平平行設(shè)置，二者的兩端分別連接于立柱11的中部、頂部。高度及寬度可以根 據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)置，例如，將其總體高度設(shè)置為170cm，總寬度設(shè)置為100cm。立柱11、架 中橫梁12和架頂橫梁13的材質(zhì)可以選用鐵質(zhì)方管，并焊接而成，整體強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0034] 架中橫梁12為電機(jī)21 (例如步進(jìn)電機(jī)）和卷?yè)P(yáng)筒31提供固定平臺(tái)，架頂橫梁13 則為滑輪32提供固定平臺(tái)。滑輪32雖然高于電機(jī)21、卷?yè)P(yáng)筒31等，但是并不上下對(duì)應(yīng)，滑 輪32基本位于沖擊模型試驗(yàn)槽上方。
[0035] 如圖1-圖4所示，沖擊裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括電機(jī)21、電機(jī)控制器22,電機(jī)控制 器22與電機(jī)21連接，以控制、記錄電機(jī)21正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等。優(yōu)選地，電機(jī)21為步進(jìn)電機(jī)。 應(yīng)用時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)21的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3連接的落錘組件4的提升與下降，例如， 通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)提升落錘組件4時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)η來(lái)實(shí)現(xiàn)落錘組件4不同的提升高度，反之，也 可以實(shí)現(xiàn)不同的下落高度。
[0036] 電機(jī)控制器22包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、運(yùn)行程序部分和控制面板。控制面板可以上設(shè) 置開(kāi)關(guān)按鈕、提升高度調(diào)節(jié)按鈕、提升高度顯示窗口和沖擊次數(shù)顯示窗口等，便于操作、顯 示參數(shù)。
[0037] 在一具體設(shè)計(jì)中，電機(jī)21為110BYGH1502型步進(jìn)電機(jī)，并通過(guò)SH-20403驅(qū)動(dòng)器給 予驅(qū)動(dòng)，通過(guò)AT89C51單片機(jī)控制高低脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能。單片機(jī)Ρ0.0 口與驅(qū) 動(dòng)器2Η130Α方向端口相連，發(fā)出方向信號(hào)。通過(guò)改變輸出電平的高低，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 單片機(jī)P〇~l 口與驅(qū)動(dòng)器2Η130Α的脈沖端口相連，發(fā)出脈沖信號(hào)，通過(guò)改變脈沖信號(hào)頻率控 制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
[0038] 更具體而言，電機(jī)控制器22包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路和按鍵電 路，與單片機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)。其中，復(fù)位電路由一個(gè)彈性按鍵、一個(gè)10ΚΩ電 阻及一個(gè)22uF電解電容組成；時(shí)鐘電路由一個(gè)12MHz晶振和兩個(gè)30pF瓷片電容CU C2組 成；單片機(jī)的EA引腳連接+5V電源，表示程序?qū)⑾螺d到單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中；單片機(jī) 的Vcc引腳連接到+5V電源，Vss引腳接地，從而構(gòu)成電源電路；單片機(jī)并行端口 PO的P0.0 引腳連接驅(qū)動(dòng)器的方向端口，當(dāng)端口 PO. 〇引腳輸出高電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出低電平 時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；單片機(jī)端口 PO的PO. 1引腳連接驅(qū)動(dòng)器的脈沖端口，通過(guò)改變輸出脈沖的頻 率可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；按鍵電路通過(guò)采用中斷程序?qū)崿F(xiàn)按鍵控制電機(jī)工作狀態(tài)。
[0039] 優(yōu)選地，為了提高本實(shí)施例的自動(dòng)化測(cè)試水平，電機(jī)控制器22還可以包括力矩自 動(dòng)感應(yīng)裝置，當(dāng)落錘組件4沖擊到試件時(shí)，鋼絞線處于松弛的臨界狀態(tài)，拉伸力為零，對(duì)電 機(jī)轉(zhuǎn)軸的力矩為零，力矩自動(dòng)感應(yīng)裝置對(duì)此刻狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)，在設(shè)計(jì)程序的控制下，步 進(jìn)電機(jī)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)落錘組件4的自動(dòng)提升。
[0040] 進(jìn)一步優(yōu)選地，為了進(jìn)一步提高本實(shí)施例電機(jī)的控制自動(dòng)化水平，本實(shí)施例還包 括兩個(gè)位置傳感器，用于檢測(cè)落錘組件4的位置，例如設(shè)置在立柱11上的兩個(gè)光電感應(yīng)探 頭，可以稱之為上探頭、下探頭。其中，下探頭固定設(shè)置，靠近并位于沖擊模型試