[實(shí)用新型]高g值土工離心試驗(yàn)四維機(jī)械手

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220162801.4
• 申請(qǐng)日: 2012-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202577376U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊永生;劉小剛;宋瓊;黎啟勝;馮英偉;林明;彭麗瓊;趙寶忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號(hào): E02D33/00
• 分類號(hào): E02D33/00
• 代理公司: 北京中海智圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11282
• 代理人: 李奎書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及機(jī)械手，特別是涉及兩種高g值土工離心試驗(yàn)四維機(jī)械手。

背景技術(shù)

理論研究與工程實(shí)踐中，常應(yīng)用相似模型來(lái)研究某一物體的屬性。在土工模型試驗(yàn)中，以非線性彈塑性的土體為對(duì)象，用慣性離心力來(lái)模擬重力，改善模型的相似性，可克服理論計(jì)算中土性指標(biāo)與簡(jiǎn)化假定不符實(shí)際的影響，也可減少耗資，費(fèi)時(shí)的原型觀測(cè)。這樣的模型試驗(yàn)，稱之為土工離心模型試驗(yàn)，產(chǎn)生慣性力的設(shè)備就是離心機(jī)。

土工離心模型試驗(yàn)范圍相當(dāng)廣泛，如邊坡穩(wěn)定，壩體滲流、管涌、心墻裂縫、擋土墻壓力、隧洞巖土壓力、以及地基承載力等的靜力和動(dòng)力問(wèn)題。也可利用離心機(jī)研究土工建筑物的各類問(wèn)題，如加筋土、混凝土連續(xù)墻、樁基、錨樁、飽和砂基液化等。

土工離心模型試驗(yàn)中，傳統(tǒng)的方法一般是采用預(yù)埋傳感器及其它試驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)工程試驗(yàn)。隨著模擬技術(shù)、測(cè)試儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)極為迅速的發(fā)展。土工離心模型能否再現(xiàn)原型特性，以及能否從試驗(yàn)中取得更多信息和可靠的數(shù)據(jù)，成為土工離心模型試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。巖土工程的性狀在很大程度上與施工、運(yùn)行過(guò)程有關(guān)。也就是說(shuō)工程施工中諸如入樁方式、開(kāi)挖順序、分層填筑、受荷水位變化等因素將直接影響土體的應(yīng)力歷史、應(yīng)力水平和應(yīng)力路徑。為了更真實(shí)的反映實(shí)際工程的運(yùn)行情況，很多離心模型試驗(yàn)要求能在離心機(jī)高速運(yùn)行的條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬。

土工離心機(jī)機(jī)械手正是為了滿足完成土工離心試驗(yàn)中各種動(dòng)態(tài)施工過(guò)程模擬的專用設(shè)備，機(jī)械手在試驗(yàn)過(guò)程中可攜帶不同的工具，完成不同的過(guò)程模擬，并且可在規(guī)定的作業(yè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)操作。操作人員只需通過(guò)遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)輸入指令對(duì)機(jī)械手實(shí)施控制。這樣就大大提高了土工離心模型實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。為土木工程的設(shè)計(jì)、投標(biāo)評(píng)估和開(kāi)發(fā)新的施工技術(shù)研究提供可靠的技術(shù)支持。

由于在離心場(chǎng)下需要模擬的動(dòng)態(tài)過(guò)程種類繁多，有些需要用專門的設(shè)備來(lái)進(jìn)行模擬，但一些具有普遍性的工程模擬過(guò)程能夠采用通用的運(yùn)行機(jī)構(gòu)配以不同的工具及控制來(lái)完成。這種通用的運(yùn)行機(jī)構(gòu)即是離心機(jī)四維運(yùn)行機(jī)械手。這種機(jī)械手具備三軸平動(dòng)和一軸轉(zhuǎn)動(dòng)的基本功能。

土工離心機(jī)機(jī)械手的出現(xiàn)是最近二十多年的事情，主要為了滿足動(dòng)態(tài)離心模型試驗(yàn)要求，隨著動(dòng)態(tài)離心模型試驗(yàn)技術(shù)的逐漸成熟并廣泛應(yīng)用，離心機(jī)機(jī)械手在結(jié)構(gòu)功能上也得到了很快的發(fā)展。

離心機(jī)機(jī)械手最早應(yīng)用于樁基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)中。早期的機(jī)械手功能較單一。隨著試驗(yàn)的發(fā)展要求，離心機(jī)機(jī)械手逐漸發(fā)展為一種能在離心機(jī)高速運(yùn)行過(guò)程中連續(xù)完成多種試驗(yàn)操作的多功能四軸機(jī)械手系統(tǒng)或針對(duì)某些專門的試驗(yàn)要求開(kāi)發(fā)的專用設(shè)備。現(xiàn)在的離心機(jī)機(jī)械手一般能被遠(yuǎn)程控制，在操縱方面實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化。

典型的四軸機(jī)械手系統(tǒng)有四個(gè)自由度，分別是：沿X、Y、Z軸的線位移和垂直于X、Y平面的角位移。這種機(jī)械手能夠執(zhí)行多種試驗(yàn)動(dòng)作，而且更靈活有力。目前應(yīng)用比較成熟的離心機(jī)四維機(jī)械手多采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，X、Y、Z方向的平動(dòng)經(jīng)過(guò)絲桿螺母或齒輪齒條過(guò)行轉(zhuǎn)換，角位移直接采用電動(dòng)機(jī)輸出或氣動(dòng)馬達(dá)等。這種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四維運(yùn)行機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝配置相對(duì)方便，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行精度高，空間利用率大(相對(duì)整體結(jié)構(gòu)，有效行程大)等優(yōu)點(diǎn)。

成熟的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)四維機(jī)械手由于受到結(jié)構(gòu)空間和使用條件(高g值)限制，這類機(jī)械手不可能不受限制選用大尺寸電動(dòng)機(jī)，這樣就大大限制了此類機(jī)械手的動(dòng)作力度(各方向出力)，另外，由于電動(dòng)機(jī)本身以及復(fù)雜的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)變形的要求等，不能滿足Z方向一定角度可以變動(dòng)調(diào)節(jié)要求使得此類機(jī)械手的離心場(chǎng)適應(yīng)能力有限。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問(wèn)題而提供一種動(dòng)作力度大、液壓驅(qū)動(dòng)、能滿足高離心場(chǎng)試驗(yàn)條件、有效行程更長(zhǎng)、空間利用率大的的高g值土工離心試驗(yàn)四維機(jī)械手。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：