[發明專利]一種超重力場振動臺試驗加卸載裝置和方法

有效

• 申請號: 201710157442.0
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107044906B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 武穎利;徐鍇;張兆省;張世殊;張耀中;吳志強;皇甫澤華;黃英豪;鐘啟明;耿之周;沈捷;李益;徐海洋;歷從實
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01N3/12
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

1.一種超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，包括模型箱（1）、反力框架（3）、加載裝置、數據采集裝置、機械鎖止裝置和位置控制裝置；

所述加載裝置包括加載板（4）、氣壓缸（5）、氣壓缸上部管路（7）和壓力總管路（8），壓力總管路（8）上設有穩壓器；

所述數據采集裝置包括傾角傳感器（61）、壓力傳感器（62）、位移傳感器（63）、控制器（64）和計算機（6）；

所述機械鎖止裝置包括機械鎖止氣壓缸（9）、常閉式兩位三通閥、推桿、鎖止片、齒輪和齒輪槽；

所述反力框架（3）固定設置于模型箱（1）上部，由井字相交的鍛件梁組成；所述鍛件梁交匯處設置通孔，通孔內固定設置氣壓缸（5），所述氣壓缸（5）上部設置排氣閥，每個氣壓缸（5）連接的上部管路（7）上依次設置電磁閥（73）、穩壓閥（74）和分流閥（75）；反力框架（3）中心增設鍛件梁，用于固定機械鎖止氣壓缸（9），增設的鍛件梁上設置通孔，機械鎖止氣壓缸（9）連接的上部管路（7）上設置常閉式兩位三通閥（91）；每條上部管路（7）最后經由壓力總管路（8）連接至穩壓器（81）和壓力源；

所述反力框架（3）的下表面與加載板（4）接觸，氣壓缸（5）和機械鎖止氣壓缸（9）穿過通孔固定于加載板（4）上表面；

所述加載板（4）下表面安裝傾角傳感器（61）、壓力傳感器（62）和位移傳感器（63）；

所述加載板（4）上表面與機械鎖止氣壓缸（9）接觸點處以及與所述上表面接觸點對應的加載板（4）下表面接觸點處開設十字形凹槽，十字形凹槽從機械鎖止氣壓缸（9）與加載板（4）上表面接觸點處延伸至模型箱（1）壁面；十字形凹槽內埋設推桿（92），推桿（92）與壁面接觸的一端連接鎖止片（93）；模型箱（1）內壁與十字形凹槽四個接觸點處垂直開設齒輪槽（95），齒輪槽（95）內設置齒輪（94）；

所述計算機（6）采集傳感器數據，用于數據分析，并通過控制器監測傳感器數據，控制壓力加載的方向和大小；

所述位置控制裝置包括比例閥（71）和限位器（72）；

每個氣壓缸（5）連接的上部管路（7）上依次設置比例閥（71）、限位器（72）、電磁閥（73）、穩壓閥（74）和分流閥（75），后通過壓力總管路（8）連接至穩壓器（81）和壓力源；

位移傳感器（63）和比例閥（71）輸入端相連，比例閥（71）采集位移傳感器信號并將信號傳輸至控制器（64），控制器通過電磁閥（73）、比例閥（71）和限位器（72）調節氣壓缸活塞（51）的位置。

2.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，所述鍛件梁交匯處設置為圓盤形，圓盤上設置圓形通孔，圓形通孔周圍設置螺栓盲孔；氣壓缸活塞（51）向下豎直安裝在反力框架（3）預留通孔內，氣壓缸（5）通過螺栓和通孔周圍的螺栓盲孔固定，氣壓缸活塞（51）下部的加壓頭（52）與加載板（4）的上表面通過銷釘以鉸接的方式連接；所述機械鎖止氣壓缸（9）與氣壓缸（5）以相同方式固定在增設的鍛件梁上；所述反力框架（3）通過高強螺栓安裝在模型箱（1）上部為氣壓缸（5）提供反力。

3.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，壓力源和穩壓器（81）之間還設有自動開關閥門（82），壓力源的接口依次通過自動開關閥門（82）、穩壓器（81）、連接至氣壓缸（5）和機械鎖止氣壓缸（9），為氣壓缸（5）和機械鎖止氣壓缸（9）提供壓力。

4.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，所述壓力源由離心機氣壓系統提供或外接電動液壓泵。

5.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，所述位移傳感器（63）為LVDT位移傳感器。

6.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，在模型箱（1）中設置的模型土體（2）內設置高頻動孔隙水壓力傳感器，用于監測土體孔隙水壓力。

7.根據權利要求1所述的超重力場振動臺試驗加卸載裝置，其特征在于，所述鍛件梁選用鋁鍛件梁。

8.使用權利要求1~7任一項所述裝置的超重力場振動臺試驗加卸載方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將井字相交的鍛件梁作為反力框架（3），在鍛件梁交匯處設置通孔，固定氣壓缸（5），反力框架（3）中心增設鍛件梁，上設置通孔固定機械鎖止氣壓缸（9）；將加載板（4）與氣壓缸（5）活塞和機械鎖止氣壓缸（9）活塞的下部連接，加載板（4）與固定機械鎖止氣壓缸（9）接觸點的上下表面處開設十字形凹槽，十字形凹槽內埋設推桿（92），推桿（92）遠離固定機械鎖止氣壓缸（9）的一端連接鎖止片（93）；在加載板（4）下部與氣壓缸（5）活塞對應位置與模型土體（2）接觸的下表面安裝傾角傳感器（61）、壓力傳感器（62）和位移傳感器（63），并使傳感器與加載板（4）的下表面平齊；在氣壓缸（5）的上部管路（7）上依次安裝比例閥（71），限位器（72），電磁閥（73），穩壓閥（74），分流閥（75）；機械鎖止氣壓缸（9）的上部管路（7）上安裝常閉式兩位三通閥（91）；氣壓缸（5）的上部管路和機械鎖止氣壓缸（9）的上部管路交匯并入壓力總管路（8），并由壓力總管路（8）連接至穩壓器（81）和自動開關閥門（82）通至壓力源；傾角傳感器（61）、壓力傳感器（62）、位移傳感器（63）和穩壓器（81）通過控制器（64）連接計算機（6）；

步驟2：在模型箱（1）與加載板（4）十字形凹槽的接觸處設置垂直的齒輪槽（95），齒輪槽內設置齒輪（94）；后在模型箱（1）內設置模型土體（2），將反力框架（3）通過螺栓固定于模型箱（1）的上部，然后將模型箱（1）放置在振動臺臺面上，并放置在吊籃中；安裝完畢后對加載裝置進行調試；

步驟3：調整加載板（4）與模型土體（2）的加載前的接觸；通過計算機（6）將模型土體（2）表面的傾斜或水平狀況換算為加載板（4）下表面傾角傳感器（61）和氣壓缸（5）的位移，控制器（64）向氣壓缸（5）發出指令調整氣壓缸（5）的位移，加載板（4）行進與模型土體（2）接觸，壓力傳感器（62）達到控制器（64）設置接觸閾值之后，電磁閥（73）關閉，限位器（72）啟動，氣壓缸（5）活塞停止行進位置鎖定；

步驟4：對模型土體（2）施加上覆壓力；根據試驗要求將上覆壓力輸入計算機，控制器（64）發出指令，電磁閥（73）開啟，氣壓缸（5）行進，加載板（4）下表面的壓力傳感器（62）實時反饋加載板（4）施加給模型土體（2）的上覆壓力，控制器（64）在壓力傳感器（62）測值達到設定值之后，發出信號，加載停止；

步驟5：上覆壓力施加結束之后，常閉式兩位三通閥（91）觸發啟動，機械鎖止氣壓缸（9）驅動活塞向下運動推動推桿（92），推桿另一端的鎖止片（93）向前深入齒輪槽（95）中，當機械鎖止氣壓缸（9）活塞行進至設定值之后停止運動，加載板（4）的位置經機械鎖止裝置固定，裝置進入試驗就緒狀態。