专利名称：一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学演示装置，尤其是涉及一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置。
背景技术：
土工离心模拟试验技术是当前国内外岩土工程界竞相研究和采用的一项物理模拟技术，利用土工离心机产生的离心加速度可以将原型构筑物缩小η倍，研究构筑物的变形、应力等变化，其试验内容几乎已应用到岩土工程的所有领域。国际上已建成的土工离心机近百台，我国多家高校和科研单位也相继建成了十多台大中型土工离心机。随着离心模拟技术的日臻成熟，离心模拟技术不但成为岩土工程科学研究的重要手段，而且成为解决重大工程关键技术问题的有效工具。向工程界和职能部门介绍和推广离心模拟技术、向岩土专业学生和专业技术人员传授相关知识和技能、向青少年展示神奇的超重力和有趣的土力学现象，成为岩土教学工作的一项重要任务。由于大中型土工离心机投资大、技术要求高，绝大多数高校无法建设；试验规模大、运转时间长，作为大面积的教学和试验演示并不适合，因此开发同教学和试验演示要求相适应的教学装置成为现实需要。目前，已有学者尝试将微型离心机应用于本科或研究生实验教学活动中，获得较好效果。所采用的装置或结构简单或利用其它设备改造而成，仅能满足专业教学需要，功能单一。尚无一种适合不同背景人员的，集展示、教学和实验于一体的成套装置。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置。它能够介绍离心模拟技术和离心模拟试验基本原理，演示离心机运转过程中土体及构筑物破坏现象，为教师讲授岩土类专业知识提供了一种有效的手段，也为普及有关离心模拟知识和学术交流建立一个平台。本实用新型采用的技术方案是:本实用新型的离心机试验演示部分布置在整个展示台的右侧，计算机、显示屏、直流电源、控制面板以及操作室模型、电控柜模型、操作台模型布置在展示台的左侧；其中:该离心机试验演示部分；包括转台、转臂、两个吊篮、直流电机、减速转向器，以及稀油站模型、供气站模型、仪器舱模型和高压油源模型；离心机的转台固定在支撑隔板中央，转台上下中心部位安装轴承，主轴穿过转台中心，转臂置于转台上方，转臂中部与主轴用键锁定，转臂上方设置仪器舱模型，仪器舱模型和转臂能随主轴转动，两个吊篮与转臂两端分别通过吊篮转轴连接，两个微型摄像头分别装在转臂两端；主轴下端穿过支撑隔板与安装在下层的减速转向器的输出端连接，在主轴与减速转向器之间设置单向轴承，减速转向器的输入端与直流电机连接，离心机外部设置透明罩；直流电机由计算机或通过控制手动控制，在计算机显示屏设定离心机转动参数，并显示吊篮底板处离心加速度。
所述的两个吊篮，其中一个吊篮设有试验演示模型，另一个吊篮设有与试验演示模型重量相等的平衡配重块。所述的试验演示模型为软土地基、堤填边坡。本实用新型具有的有益效果是:(I)各离心试验中心在不同场合对自身设备介绍和展示。(2)向非专业人士或学生展示该设备组成和原理。(3)针对非专业人士或学生演示岩土体变形和破坏过程，直观了解土的基本特性。(4)能够结合土力学和基础工程课程开展试验教学，通过学生的主动参与到达高效学习的效果。(5)通过将控制计算机与外部显示设备连接，可以直接用于研究成果介绍、学生课堂教学等。综述所述，本装置功能齐全，简单直观，操作方便，能够满足岩土类试验演示与展示教学的要求。
图1是本实用新型的结构原理示意图。图2是图1的中心局部放大图。图3是图1的A向视图。图4是图1的D向视图。图5是图1的B-B剖视图。
图6是图1的C-C剖视图。图中:1、计算机，2、展示台，3、电控柜模型，4、操作室模型，5、操作台模型，6、显示屏，7、吊篮，8、上支撑板，9、高强度透明罩，10、滑环，11、仪器舱模型，12、转臂，13、向心轴承，14、透明隔板，15、稀油站模型，16、主轴，17、单向轴承，18、减速转向器，19、向心推力轴承，20、直流电机，21、支撑隔板，22、展台框架，23、直流电源，24、转台，25、供气站模型，26、试验演示模型，27、微型摄像头，28、吊篮转轴，29、高压油源模型，30、转速显示器，31、控制面板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实用新型中离心机试验演示部分布置在整个展示台2的右侧，计算机1、显示屏6、直流电源23、控制面板31以及操作室模型4、电控柜模型3、操作台模型5布置在展示台2的左侧；该离心机试验演示部分；包括转台24、转臂12、两个吊篮7、直流电机20、减速转向器18，以及稀油站模型15、供气站模型25、仪器舱模型11和高压油源模型29 ;离心机有效旋转半径450mm(旋转中心至吊篮7放置试件演示模型26的底板)，其旋转空间高度440mm。该试验演示部分分为上下2层，上层布置可以转动的离心机模型，其中，转台24、主轴16等用钢铁等金属制成，转臂12和吊篮7等用轻质金属(合金铝)制成。下层布置小离心机模型驱动装置等，其中包括直流电机20、减速转向器18，同时在该层还摆放有稀油站模型15、供气站模型25和高压油源模型29。小离心机的转台24固定在支撑隔板21中央，转台24上下中心部位安装向心轴承13和向心推力轴承19，主轴16通过向心轴承13和向心推力轴承19穿过转台24中心，转臂12置于转台24上方，与主轴16用键锁定，转臂12上方设置仪器舱模型11，仪器舱模型11和转臂12可以随主轴16转动，吊篮7与转臂12通过吊篮转轴28连接，离心机静止时吊篮7下垂，当转臂12旋转后，吊篮7随转动而摆起，见图1所示。主轴16下端穿过支撑隔板21与安装在下层的减速转向器18的输出端连接，在主轴16与减速转向器18之间设置单向轴承17，以防转臂12和吊篮7旋转时的转动惯量损坏设备，减速转向器18的输入端与直流电机20连接，当直流电机20转动，则主轴16也随之转动，带动转臂12、吊篮7转动，转动的吊篮7绕吊篮转轴28摆起。离心机外部设置高强度的透明罩9，透明罩9上安装支撑板8，上下层之间除设置支撑板21的部分外其余部分用透明隔板14隔开。直流电源23和计算机I放置在展示台2左侧中间，22为展台框架，直流电源23为直流电机20提供动力，直流电机20由计算机I控制，在计算机显示屏6设定转动参数，并在控制面板31上的转速显示器30显示离心机转速。同时还可通过吊篮7附近的微型摄像头27监视吊篮7上的演示模型26的变化现象。通过计算机I可以介绍离心机试验原理、已完成试验的成果等。滑环10安装在上支撑板8上，滑环10顶部以及稀油站模型15、供气站模型25和高压油源模型29内部设置LED演示指示灯。整个展示台2为框架结构，展示台2高1000mm、宽1160mm、长2050mm。展示台2左侧台面布置有操作室4模型和计算机显示屏6，中间隔板上放置计算机I。演示辅助系统包括离心机各离心试验辅助系统模型、演示指示灯、转速显示器和控制计算机。各离心试验辅助系统模型包括操作室模型4、操作台模型5、电控柜模型3、稀油站模型15、供气站模型25、高压油源模型29和仪器舱模型11等。其中，操作室模型4用透明的有机玻璃制成，其他模型可采用塑料。操作台模型5和电控柜模型等摆放在操作室内；稀油站模型15、试验气站和试验油站等模型放置在离心机下层的空间；仪器舱模型11放置在离心机转臂中心上部。上述各模型并不参与到采用微型离心机开展的试验中，主要是用于介绍离心机及其附属设 备的组成和安装位置。演示指示灯安装在需要演示的各个部位，在控制计算机的控制下发出闪烁，辅助教学演示和设备介绍。如，当介绍离心机吊篮时，计算机控制安装在吊篮上的指示灯有规律的闪烁，指示吊篮所在位置。转速显示器能够同时显示微型离心机的转速和对应离心机加速度与重力加速度的比值，形象化讲解离心模拟基本原理。控制计算机可以同微型离心机的控制计算机共用，通过计算机操作界面控制演示指示灯开关和转速显示器读数，介绍离心机组成、工作原理和离心模拟基本原理；另外，该计算机还能用于学术交流中的研究成果介绍。下面是本实用新型的实施例:实施例1:用作试验演示:将试验演示模型(如软土地基、堤填边坡等)26放置在一个吊篮7底板并固定牢固，在另一个吊篮7放置同样的重量的配重物体，设置转动速度启动离心机，开启微型摄像头监控软件，通过计算机显示屏6观察模型变化。实施例2:用作展示:开启计算机1，通过依次点选计算机显示屏6上显示的控制按钮控制不同位置演示指示灯闪烁，依次介绍离心机各部分名称和功能；启动微型离心机介绍离心机工作原理，通过转速显示器30上离心加速度。
权利要求1.一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置，其特征在于:离心机试验演示部分布置在整个展示台(2)的右侧，计算机(I)、显示屏(6)、直流电源(23)、控制面板(31)以及操作室模型(4)、电控柜模型(3)、操作台模型(5)布置在展示台(2)的左侧； 该离心机试验演示部分；包括转台(24)、转臂(12)、两个吊篮(7)、直流电机(20)、减速转向器(18)，以及稀油站模型(15)、供气站模型(25)、仪器舱模型(11)和高压油源模型(29);离心机的转台(24)固定在支撑隔板(21)中央，转台(24)上下中心部位安装轴承，主轴(16)穿过转台(24)中心，转臂(12)置于转台(24)上方，转臂(12)中部与主轴(16)用键锁定，转臂(12)上方设置仪器舱模型(11)，仪器舱模型(11)和转臂(12)能随主轴(16)转动，两个吊篮(7 )与转臂(12 )两端分别通过吊篮转轴(28 )连接，两个微型摄像头(27 )分别装在转臂(12)两端；主轴(16)下端穿过支撑隔板(21)与安装在下层的减速转向器(18)的输出端连接，在主轴(16 )与减速转向器(18 )之间设置单向轴承(17 )，减速转向器(18 )的输入端与直流电机(20)连接，离心机外部设置透明罩(9);直流电机(20)由计算机(I)或通过控制手动控制，在计算机显示屏(6 )设定离心机转动参数，并显示吊篮(7 )底板处离心加速度。
2.根据权利要求1所述的一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置，其特征在于:所述的两个吊篮(7)，其中一个吊篮设有试验演示模型，另一个吊篮设有与试验演示模型重量相等的平衡配重块。
3.根据权利要求2所述的一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置，其特征在于:所述的试验演示模型为软土`地基、堤坝边坡。
专利摘要本实用新型公开了一种土工离心模拟技术试验演示与展示教学装置。离心机试验演示部分布置在整个展示台的右侧，计算机、显示屏、直流电源、控制面板以及操作室模型、电控柜模型、操作台模型布置在展示台的左侧。本实用新型针对非专业人士或学生演示岩土体变形和破坏过程，直观了解土的基本特性；能够结合土力学和基础工程课程开展试验教学，通过学生的主动参与到达高效学习的效果；通过将控制计算机与外部显示设备连接，可以直接用于研究成果介绍、学生课堂教学等。综述所述，本装置功能齐全，简单直观，操作方便，能够满足岩土类试验演示与展示教学的要求。
文档编号G09B23/10GK203102687SQ201220727609
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者孔令刚, 陈云敏, 韩连兵, 安玉鹏, 邵康, 姚罡, 黄锦舒 申请人:浙江大学