三維可操控強(qiáng)夯模擬離心機(jī)試驗(yàn)機(jī)械手裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬巖土離心機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維可操控模擬強(qiáng)夯的離心機(jī)試驗(yàn)機(jī)械手裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)夯法又叫動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)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(fù)將重錘起吊到高處然后利用自動(dòng)脫鉤裝置使其自由下落，給地基以強(qiáng)大的沖擊能量的夯擊，從而提高地基土的強(qiáng)度，降低壓縮性，消除濕陷性，改善抗震動(dòng)液化能力，提高土層的均勻性，減小不均勻沉降。強(qiáng)夯法在工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對強(qiáng)夯法做了很多的研宄，但是對強(qiáng)夯法的實(shí)踐仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在理論前面。目前，國內(nèi)外學(xué)者常采用縮尺室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)夯機(jī)理的探討，但是Ig下的縮尺模型的應(yīng)力水平與現(xiàn)場原型的應(yīng)力水平不同，不能真實(shí)的再現(xiàn)現(xiàn)場的應(yīng)力水平，這樣直接影響水土壓力荷載的試驗(yàn)可靠性。離心模型試驗(yàn)則利用高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，在模型上施加超過重力η倍的離心慣性力，補(bǔ)償模型因縮尺I/η所造成的自重應(yīng)力的損失，能真實(shí)的再現(xiàn)現(xiàn)場的應(yīng)力水平，并使模型與原型應(yīng)力、應(yīng)變相等、變形相似(1/η)、破壞機(jī)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(shí)際，因此它對模擬以自重為主要荷載的巖土結(jié)構(gòu)物性狀的研宄就顯得特別有效。目前離心模型試驗(yàn)已經(jīng)在地下工程的研宄中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
[0003]近二三十年以來，我國巖土工程實(shí)踐的促進(jìn)了離心模擬試驗(yàn)技術(shù)的長足進(jìn)步，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、南京水利科學(xué)院、長江水利科學(xué)院等科研院所都建有先進(jìn)的離心試驗(yàn)設(shè)備。近些年新建的離心機(jī)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(shè)備性能越加完備。然后，在實(shí)踐中施工簡單的強(qiáng)夯法卻很難在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)模擬，本專利結(jié)合強(qiáng)夯施工工法的特點(diǎn)開發(fā)出一套三維可操控強(qiáng)夯模擬機(jī)械手裝置，以填補(bǔ)離心試驗(yàn)?zāi)M在強(qiáng)夯模擬方面的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種三維可操控模擬強(qiáng)夯的離心機(jī)試驗(yàn)機(jī)械手裝置。
[0005]本發(fā)明提出的一種三維可操控模擬強(qiáng)夯的離心機(jī)試驗(yàn)機(jī)械手裝置，由裝置底座、模型箱、三維位移系統(tǒng)和自動(dòng)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(yùn)動(dòng)模塊、水平橫向運(yùn)動(dòng)模塊及豎向運(yùn)動(dòng)模塊組成，水平縱向運(yùn)動(dòng)模塊由第一軌道4、第一運(yùn)動(dòng)履帶5、滑塊6、支架7、加強(qiáng)支架8、第一電動(dòng)機(jī)9、電動(dòng)機(jī)固定板10、傳動(dòng)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(shè)置第一運(yùn)動(dòng)履帶5，在第一軌道4的端頭設(shè)置有第一電動(dòng)機(jī)9，所述第一電動(dòng)機(jī)9通過電動(dòng)機(jī)固定板10固定于模型箱的鋼框架3上；所述第一電動(dòng)機(jī)9通過傳動(dòng)軸11連接第一運(yùn)動(dòng)履帶5，第一運(yùn)動(dòng)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(qiáng)支架8，所述滑塊6能在第一運(yùn)動(dòng)履帶5上來回移動(dòng)，通過控制第一電動(dòng)機(jī)9及傳動(dòng)軸11帶動(dòng)第一運(yùn)動(dòng)履帶5，從而帶動(dòng)位于滑塊6及固定于滑塊上的支架格加強(qiáng)支架8進(jìn)行水平縱向運(yùn)動(dòng)；水平橫向運(yùn)動(dòng)模塊由一條第二軌道13、第二運(yùn)動(dòng)履帶14、作業(yè)平臺15和第二電動(dòng)機(jī)16組成，水平橫向運(yùn)動(dòng)模塊兩端通過支架7和加強(qiáng)支架8固定于水平縱向運(yùn)動(dòng)模塊中的滑塊6上，第二軌道13上設(shè)置第二運(yùn)動(dòng)履帶14，第二軌道13的端頭設(shè)置有第二電動(dòng)機(jī)16，所述第二電動(dòng)機(jī)16通過傳動(dòng)軸連接第二運(yùn)動(dòng)履帶14，所述第二運(yùn)動(dòng)履帶14上設(shè)置作業(yè)平臺15，所述作業(yè)平臺15能在第二運(yùn)動(dòng)履帶14上來回移動(dòng)，所述作業(yè)平臺15通過控制第二電動(dòng)機(jī)16及傳動(dòng)軸帶動(dòng)第二運(yùn)動(dòng)履帶14，從而帶動(dòng)位于滑塊上的作業(yè)平臺15進(jìn)行水平橫向運(yùn)動(dòng)；豎向運(yùn)動(dòng)模塊由第三電動(dòng)機(jī)17、位移桿18和變速箱19組成，所述豎向運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)17通過變速箱19連接位移桿18，通過第三電動(dòng)機(jī)17實(shí)現(xiàn)帶有螺紋的位移桿18的上下移動(dòng)；
自動(dòng)落錘系統(tǒng)由電磁繼電器20、鐵質(zhì)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(zhì)微型夯錘21位于滑桿22內(nèi)，當(dāng)電磁繼電器20通電時(shí)，可以吸住鐵制微型夯錘21，當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，鐵質(zhì)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(gè)試驗(yàn)裝置至于其上，制作完成后由起重機(jī)將整個(gè)試驗(yàn)裝置吊離底座，放置于離心機(jī)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(yàn)方案，在模型箱中制作好地基土樣，在土樣相應(yīng)位置埋設(shè)振動(dòng)、位移、孔壓、水壓傳感器，并固定好上部強(qiáng)夯機(jī)械手部分，通過室內(nèi)吊機(jī)將整個(gè)模型箱吊至土工離心機(jī)吊籃上，固定模型箱，并連接好機(jī)械手部分的電氣裝置，電磁繼電器通電，吸住夯錘，并將機(jī)械手調(diào)節(jié)至首次夯擊位置。啟動(dòng)土工離心機(jī)，在離心機(jī)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，在實(shí)驗(yàn)室影像系統(tǒng)的監(jiān)視下，調(diào)整機(jī)械手至預(yù)設(shè)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(jī)附屬各傳感器分別記錄土樣振動(dòng)、夯坑深度、孔壓、水壓等相關(guān)參數(shù)及其變化。帶各物理力學(xué)參數(shù)采集完成并穩(wěn)定后，控制豎向運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)高度后，再次切斷電源，重復(fù)夯擊作業(yè)。在土樣一點(diǎn)夯擊完成后，可控制水平縱向及橫向運(yùn)動(dòng)模塊選擇新的夯擊試驗(yàn)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠通過在模型箱上安裝三維可操控模擬強(qiáng)夯離心機(jī)試驗(yàn)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)在土樣設(shè)定的任意位置、及夯錘任意高度，反復(fù)實(shí)現(xiàn)模擬強(qiáng)夯夯擊地面試驗(yàn)?zāi)康?，從而為正確揭示強(qiáng)夯機(jī)理，對比優(yōu)化試驗(yàn)方案提供了一條切實(shí)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(biāo)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(yùn)動(dòng)履帶，6為滑塊，7為支架，8為加強(qiáng)支架，9為第一電動(dòng)機(jī)，10為電動(dòng)機(jī)固定板，11為傳動(dòng)軸，12為固定螺栓，13為第二軌道，14為第二運(yùn)動(dòng)履帶，15為作業(yè)平臺，16為第二電動(dòng)機(jī)，17為第三電動(dòng)機(jī)，18為位移桿，19為變速箱，20為電磁繼電器，21為鐵質(zhì)微型夯錘，22為滑桿。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0018]實(shí)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(yùn)動(dòng)履帶5，滑塊6，支架7，加強(qiáng)支架8，第一電動(dòng)機(jī)9，電動(dòng)機(jī)固定板10，傳動(dòng)軸11，為固定螺栓12，第二軌道13，第二運(yùn)動(dòng)履帶14，作業(yè)平臺15，第二電動(dòng)機(jī)16，第三電動(dòng)機(jī)17，變速箱18，位移桿19，電磁繼電器20，鐵質(zhì)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(gòu)成，作為模型箱制作土樣時(shí)暫時(shí)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)的吊機(jī)將整個(gè)模型箱連同強(qiáng)夯機(jī)械手吊至離心機(jī)吊籃處安裝固定。模型箱外部尺寸為900mm