专利名称：地质构造变形模型表面画线设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在地质构造模拟实验中对模型表面进行画线的实验设备，其通过计算机控制“画笔”，根据实验者的意图，在模型表面上画出规则的几何图形，用来研究模型表面变形前、变形中和变形后的应变状态。
背景技术：
构造变形模拟是研究地质构造变形过程的一种重要的实验手段，精确测量模型表面的变形方式和变形量大小是整个模拟实验中的一项关键性技术，因而需要在模型表面刻画一定规则的几何图案，将模型分隔成一系列单元，观察和测量变形前后各个单元的变化。但现有的技术中，一般采用一根很细的金属杆，在模型表面用手动或机械控制刻画出线性凹槽，形成几何图形。这种方法的缺点是在变形前破坏了模型表层结构，不能真实反映模型表面受力变形情况，而且在模型变形过程中，图案容易被同种材料填充，不能准确地找到变形后刻有图案的位置，造成定量分析有限应变的误差。
发明内容
为了克服现有技术中存在的局限性，本发明的目的是提供一种由计算机控制的画线设备，从该设备中漏出极细的与模型表面颜色不同的细砂，在模型表面画出规则统一的几何图案，从而为实现模型表面有限应变的精确测量和定量分析提供条件。
为实现上述目的，本发明所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是它包括操作台、试验箱、砂斗架、漏砂装置、伺服电机以及由计算机控制的X方向直线行走机构和Y方向直线行走机构，所述试验箱固定在操作台上，X方向直线行走机构安装在操作台两侧，砂斗架支撑在X方向直线行走机构上并可以沿其移动，Y方向直线行走机构安装在砂斗架上，漏砂装置安装在Y方向直线行走机构上并可以沿其移动。工作时，在砂斗中装入彩色砂子，固定在模拟实验加砂装置上，加砂装置具有两维(X-Y)运动功能，由计算机控制其移动的方向和速度。砂斗下方开有直径为2mm的圆孔，保证漏下的砂子小于2mm，模型的脆性材料直径一般为大于2mm，这样使得漏下的砂子落在模型表面上不会滚动。
漏砂装置包括安装板、滑轨、固定座、砂斗，所述固定座设在Y方向直线行走机构上，滑轨通过安装板垂直安装在固定座上，砂斗通过滑块安装在导轨上并通过升降调节装置调节其垂直高度，在砂斗内部设有砂斗开闭装置。
升降调节装置包括转轴、升降手轮、升降皮带齿轮、转轴座、升降板、升降皮带，所述转轴通过转轴座水平安装在安装板上，转轴两端安装升降手轮，中间装有升降皮带齿轮，升降皮带一端与升降皮带齿轮连接，另一端连接砂斗。由于模型的厚度是不固定的，要求漏斗的高度可调，保证漏下的砂子不会因为漏斗位置太高，造成落在模型表面上的砂子反弹滚动，通过与漏斗外侧相连接的皮带和上下轮子，实现上下调节漏斗高度。
为了使砂斗在调节至合适位置后有效锁止，在升降皮带上可以设有皮带的锁紧装置，当到达所需的高度后锁止漏斗，防止下滑。
砂斗开闭装置包括阀杆、旋钮、阀杆锁，所述阀杆顶端具有和砂斗的漏砂孔相匹配的顶尖，阀杆以螺旋进给方式垂直安装在砂斗中，在阀杆底端装有用于调节高度的旋钮，在阀杆上还设有阀杆锁。螺旋进给方式是常见的调节装置，即阀杆的本身是一根金属丝杆，在砂斗上内部的对应位置固定有螺母，阀杆旋进螺母中，并可以通过调节阀杆上端的旋钮实现其在垂直方向上的进给，再利用顶尖实现开启与关闭砂斗的目的。
与现有技术相比较，本发明的优点在于能够保证模型表层不被破坏，同时可以画出非常规范和漂亮的彩色网格，试验模型变形后很容易根据彩色砂子的位移找到变形的位置。增加对有限应变量大小的精确测量和定量分析的要求。同时该装置结构简单，操作方便。
四
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中漏砂装置的结构示意图；图3是图2的左视图。
五具体实施例方式
如图1、图2和图3所示，本发明所述的地质构造变形模型表面画线设备，它包括操作台8、试验箱10、砂斗架1、漏砂装置3、伺服电机4以及由计算机控制的X方向直线行走机构7和Y方向直线行走机构9，其中试验箱10固定在操作台8上，在试验箱10中安置试验模型，试验箱10由通明材料制成以便于观察。X方向直线行走机构7中的导轨安装在操作台8两侧，砂斗架1可以利用滚动导轨副支撑在导轨上，由计算机程序控制行走机构中的伺服电机4控制其X向移动，Y方向直线行走机构9安装在砂斗架1上，其同样可以采用滚动导轨副，漏砂装置3安装在该行走机构9上并可以沿其移动。
漏砂装置3包括安装板14、滑轨18、固定座19和下部具有漏砂孔13的砂斗20，固定座19固定在Y方向直线行走机构9上，安装板14设置在固定座19上，滑轨18则垂直安装安装板14上，砂斗20侧面设有与导轨配合的滑块，砂斗20通过滑块安装在导轨18上，并通过升降调节装置调节其垂直高度，该升降调节装置包括转轴、升降手轮11、升降皮带齿轮12、转轴座13、升降板14、升降皮带15，转轴通过转轴座13水平安装在安装板14上，转轴两端安装升降手轮11，中间装有升降皮带齿轮12，升降皮带15一端与升降皮带齿轮12连接，另一端连接砂斗20，在升降皮带15上设有皮带的锁紧装置21。砂斗20内部设有砂斗开闭装置，砂斗开闭装置包括阀杆17、旋钮、阀杆锁16，阀杆17顶端具有和砂斗的漏砂孔23相匹配的顶尖，阀杆17以螺旋进给方式垂直安装在砂斗20中，在阀杆17底端装有用于调节高度的旋钮，在阀杆17上还设有阀杆锁16。砂斗20底部漏砂孔13的直径是2mm。
本发明利用地质构造变形模拟实验仪材料添加装置中的X方向直线直线行走机构7作为一个基本单元(X方向)，在此基础上再加装另一个(Y)方向的直线行走机构9(见附图1)。工作时X-Y方向的直线行走机构由计算机控制伺服电机，在程序的控制下，画线砂斗作协调运动，此时打开砂斗阀门，画线用的彩色砂按一定的要求布撒在实验材料表面，形成所需图案。根据需要可画出各种图案。根据模型表面变形前高度，调节画线砂斗的位置，直到获得满意的画线效果。
其基本参数分别为①X方向直线行走机构(直线单元7)有效行程1800mm，移动速度在1mm/s～360mm/s可调；②Y方向直线行走机构(直线单元9)有效行程800mm、载荷平台额定垂直载荷300公斤。载荷平台的移动速度在1mm/s～360mm/s可调。位移显示精度均不低于0.1mm，速度显示精度不低于0.01mm/s。
漏砂装置工作原理将彩色砂子倒入砂斗20内(见附图2)，当画线装置开始工作时，转动阀杆17，打开阀门，砂子在重力的作用下从直径为2mm的漏砂孔23漏下。由于漏砂装置在X-Y方向的协调移动，则可画出所需的图案。如需停止画线，只要转动阀杆17，关闭阀门，即可停止画线。关闭画线装置的程序，即可结束画线工作。根据试验材料布置的多少，模型表面高度不同，可转动升降手轮11，带动升降皮带齿轮，再带动固定在皮带上的砂斗来调节漏砂孔的高低，然后再用锁紧装置21锁住漏砂装置，从而达到最佳的画线效果。漏砂装置通过装置固定座19与Y方向直线行走机构上的载荷平台相连接，使得漏砂装置能随载荷平台的移动而移动。
权利要求
1.一种地质构造变形模型表面画线设备，其特征是它包括操作台(8)、试验箱(10)、砂斗架(1)、漏砂装置(3)以及由计算机控制的X方向直线行走机构(7)和Y方向直线行走机构(9)，所述试验箱(10)固定在操作台(8)上，X方向直线行走机构(7)安装在操作台(8)两侧，砂斗架(1)支撑在X方向直线行走机构(7)上并可以沿其移动，Y方向直线行走机构(9)安装在砂斗架(1)上，漏砂装置(3)安装在Y方向直线行走机构(9)上并可以沿其移动。
2.根据权利要求1所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是漏砂装置(3)包括安装板(14)、滑轨(18)、固定座(19)和下部具有漏砂孔(13)的砂斗(20)，所述固定座(19)设在Y方向直线行走机构(9)上，滑轨(18)通过安装板(14)垂直安装在固定座(19)上，砂斗(20)通过滑块安装在导轨(18)上并通过升降调节装置调节其垂直高度，在砂斗(20)内部设有砂斗开闭装置。
3.根据权利要求2所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是升降调节装置包括转轴、升降手轮(11)、升降皮带齿轮(12)、转轴座(13)、升降板(14)、升降皮带(15)，所述转轴通过转轴座(13)水平安装在安装板(14)上，转轴两端安装升降手轮(11)，中间装有升降皮带齿轮(12)，升降皮带(15)一端与升降皮带齿轮(12)连接，另一端连接砂斗(20)。
4.根据权利要求2所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是所述砂斗开闭装置包括阀杆(17)、旋钮、阀杆锁(16)，所述阀杆(17)顶端具有和砂斗的漏砂孔(23)相匹配的顶尖，阀杆(17)以螺旋进给方式垂直安装在砂斗(20)中，在阀杆(17)底端装有用于调节高度的旋钮，在阀杆(17)上还设有阀杆锁(16)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是在升降皮带(15)上设有皮带的锁紧装置(21)。
6.根据权利要求2、3或4所述的地质构造变形模型表面画线设备，其特征是砂斗(20)底部漏砂孔(13)的直径是2mm。
全文摘要
本发明公开了一种在地质构造变形模型的表面进行画线的设备，其试验箱固定在操作台上，X向行走机构安装在操作台两侧，砂斗架支撑在X向行走机构上并可沿其移动，Y向行走机构安装在砂斗架上，漏砂装置安装在Y向行走机构上并可沿其移动。漏砂装置上的固定座设在Y向行走机构上，滑轨通过安装板安装在固定座上，砂斗通过滑块安装在导轨上并通过调节装置调节垂直高度，砂斗内部设有开闭装置。升降调节装置通过升降皮带带动砂斗上下移动。本发明能够保证模型表层不被破坏，同时画出非常规范和漂亮的彩色网格，试验模型变形后很容易根据砂子的位移找到变形的位置.增加了对有限应变量大小的精确测量和定量分析的要求；而且该装置结构简单，操作方便。
文档编号G01B21/32GK1971201SQ20061009820
公开日2007年5月30日 申请日期2006年12月4日 优先权日2006年12月4日
发明者解国爱, 贾东, 吴晓俊, 刘正, 张庆龙, 朱文斌, 卢华复, 舒良树, 张岳桥, 杨振宇 申请人:南京大学