步电机作为驱动源，经齿轮箱和蜗轮蜗杆的机械减速和螺旋升降结构传递荷载，实现等应变速率模式通过涡轮轴施加水平力，安装在涡轮轴上的荷重传感器准确测量所施加的水平力。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述离心模型试验侧向静力加荷装置还设有导向支座，所述导向支座竖直设置，荷重传感器支撑于导向支座之上。导向支座托住荷重传感器，避免涡轮轴在高重力场中受传感器自重而产生的过大桡度。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述离心模型试验侧向静力加荷装置还设有控制系统，所述控制系统包括单片机，用于采集荷重传感器的数据，控制永磁低速同步电机的加荷速率，以恒定加荷速率(等应变速率控制模式)工作。
[0011]完成本申请第二个发明任务的技术方案是:使用上述离心模型侧向静力加荷装置的测试方法，步骤如下:
(1).首先确定需要模拟的侧向力幅值，按离心模型试验相似率进行换算； ⑵.制备模型，安装本装置，将电源线、传感器线通过离心机滑环连接至控制室内；
(3).启动电机，调整涡轮轴和荷重传感器的位置，使其处于模型的附近后关闭电机；
(4).在离心机高重力场下，启动电机，驱动涡轮轴和荷重传感器向模型匀速运动(等应变速率模式)，接触模型后，荷重传感器开始记录施加的侧向静力荷载，根据应变速率计算模型在荷载下的位移，得到侧向荷载-位移曲线，直至试验结束。
[0012]换言之，本项发明是通过以下关键技术得以实现:
1.本装置由以下部分组成:永磁低速同步电机、齿轮箱、蜗轮蜗杆、涡轮轴、荷重传感器、导向支座。
[0013]2.永磁低速同步电机作为驱动源，经齿轮箱和蜗轮蜗杆的机械减速和螺旋升降结构传递荷载，实现等应变速率模式通过涡轮轴施加水平力，安装在涡轮轴上的荷重传感器准确测量所施加的水平力，导向支座托住荷重传感器，避免涡轮轴在高重力场中受传感器自重而产生的过大桡度。
[0014]3.试验时，将本发明装置安装于模型上，调整涡轮轴和荷重传感器的位置，使其处于模型的附近。
[0015]4.在离心机高重力场下，启动电机，对模型施加侧向静力荷载，记录侧向荷载-位移曲线，直至试验结束。
[0016]本发明的装置与方法具有以下特点:
1.能在离心机高重力场下正常运行；有利于土工离心模型的布置；本发明的操作十分安全；本发明能够实现精确控制。
[0017]2.能够提供较大幅值的侧向静力，最大侧向推力是15 kN。
[0018]3.采用应变式控制法，能够持续稳定地对试验研究目标施加侧向荷载，等应变加载速率是1.2 mm/min。
[0019]4.能够即时测得侧向荷载-位移曲线。
[0020]本发明能够模拟的侧向静力幅值大；采用应变式控制，能够持续稳定地施加侧向荷载；能够在加载同时测得侧向荷载-位移曲线；有利于土工离心模型的布置；本发明的操作十分安全；本发明能够实现精确控制。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
请参见附图1所示，离心模型试验侧向静力加荷装置10由永磁低速同步电机1、齿轮箱2、蜗轮蜗杆3、荷重传感器4、导向支座5和控制系统8组成。永磁低速同步电机I立式设置在齿轮箱上2，永磁低速同步电机I的输出，经齿轮箱2内的齿轮减速后平行输出至蜗杆，涡轮轴31水平设置，涡轮轴31末端设有水平方向的荷重传感器4。导向支座5竖直设置，荷重传感器4支撑于导向支座5之上。
[0023]控制系统8，包括单片机，用于采集荷重传感器的数据，控制永磁低速同步电机的加荷速率，以恒定加荷速率(等应变速率控制模式)工作。
[0024]永磁低速同步电机I作为驱动源，经齿轮箱2和蜗轮蜗杆3的机械减速和螺旋升降结构传递荷载，实现等应变速率模式通过涡轮轴施加水平力，安装在涡轮轴31上的荷重传感器4准确测量所施加的水平力，导向支座5托住荷重传感器，避免涡轮轴31在高重力场中受传感器自重而产生的过大桡度。
[0025]离心模型试验侧向静力加荷测试方法，包括以下步骤:
(I)试验时确定需要模拟的侧向力幅值，按离心模型试验相似率进行换算；(2)制备模型，安装本设备，将电源线、传感器线通过离心机滑环连接至控制室内；(3 )启动电机，调整传力杆和荷重传感器的位置，使其处于模型的附近后关闭电机；(4)开启离心机，施加高重力场；启动电机，驱动传力杆和荷重传感器向模型匀速运动(等应变速率模式)，接触模型后，荷重传感器开始记录施加的侧向静力荷载，根据应变速率计算模型在荷载下的位移，得到侧向荷载-位移曲线，直至试验结束。
【主权项】
1.离心模型试验侧向静力加荷装置，由永磁低速同步电机、齿轮箱、蜗轮蜗杆和荷重传感器组成，其特征是，所述永磁低速同步电机立式设置在齿轮箱上，永磁低速同步电机的输出，经齿轮箱内的齿轮减速后平行输出至蜗杆，涡轮轴水平设置，涡轮轴末端设有水平方向的荷重传感器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述离心模型试验侧向静力加荷装置还设有导向支座，所述导向支座竖直设置，荷重传感器支撑于导向支座之上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述离心模型试验侧向静力加荷装置还设有控制系统，所述控制系统包括单片机，用于采集荷重传感器的数据，控制永磁低速同步电机的加荷速率，以恒定加荷速率工作。
4.根据权利要求1所述的装置的测试方法，其特征在于，步骤如下: 步骤I首先确定需要模拟的侧向力幅值，按离心模型试验相似率进行换算； 步骤2制备模型，安装本装置，将电源线、传感器线通过离心机滑环连接至控制室内； 步骤3启动电机，调整涡轮轴和荷重传感器的位置，使其处于模型的附近后关闭电机； 步骤4在离心机高重力场下，启动电机，驱动涡轮轴和荷重传感器向模型匀速运动，接触模型后，荷重传感器开始记录施加的侧向静力荷载，根据应变速率计算模型在荷载下的位移，得到侧向荷载-位移曲线，直至试验结束。
【专利摘要】离心模型试验侧向静力加荷装置，由永磁低速同步电机、齿轮箱、蜗轮蜗杆和荷重传感器组成，所述永磁低速同步电机立式设置在齿轮箱上，永磁低速同步电机的输出，经齿轮箱内的齿轮减速后平行输出至蜗杆，涡轮轴水平设置，涡轮轴末端设有水平方向的荷重传感器。本发明能够模拟的侧向静力幅值大，持续稳定地施加侧向荷载；能够在加载同时测得侧向荷载-位移曲线；有利于土工离心模型的布置；本发明的操作十分安全，能够实现精确控制。
【IPC分类】E02B1-02, G01N33-24
【公开号】CN104535738
【申请号】CN201410292470
【发明人】徐光明, 顾行文, 蔡正银, 任国峰, 关云飞, 黄英豪, 徐惠, 李嫦玲, 侯伟
【申请人】水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年6月26日