专利名称：离心机土料抛填装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离心机土料抛填装置，特别是涉及一种能实现移动式抛填、土料的分层抛填和动态成型的离心机土料抛填装置。
背景技术：
为了研究土坝和路堤的变形、稳定等问题，土工离心模型试验成为一种可行的方法，应用于土工离心机上的各种专用设备也应运而生。离心机土料抛填设备是一套可在离心场下工作的试验设备，当离心机运行时，能通过该设备将无粘性土料受控抛入模型箱中，形成不同的断面和厚度，给试验者提供一种动态下的模型成型手段。目前离心机上使用的土料抛填装置主要有两种一种是固定式一次性抛填，另一 种是移动式多次抛填。图9是固定式一次性抛填装置，将内置多层隔板的大料箱固定在模型箱上。首先在不同的隔板层预装不同量的土料，一次性将土坝或路堤的模型做好；当离心机运转后，液压缸打开闸门，土料模型全部被抛入模型箱中，一次成型。固定式一次性抛填装置的抛填断面效果好，大G值重力场下料箱强度与稳定性好、可抛土料多；但由于是一次性抛填，无法实现分层抛填和动态成型。图10是料箱移动式多次抛填装置，设计了可移动的小料箱结构。首先在小料箱中装入一定的土料；当离心机运转后，料箱在主液压缸的作用下移动到某个位置，液压缸打开闸门，土料被抛入模型箱中；下次再移动到其他位置进行抛填。移动式抛填装置抛填断面效果好，可实现分层及动态抛填；但由于大G值重力场下移动装置的强度与稳定行差，料箱及预装的土料不能太重，每次土料抛填完毕需要停机才能预装土料。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种能实现移动式抛填、土料的分层抛填、动态成型，而且断面成型效果好、一次性可装土料多的离心机土料抛填装置。本发明是通过以下技术方案实现的一种离心机土料抛填装置，包括储料装置、抛料装置和支撑装置，所述储料装置安装于离心机中的转臂上，所述抛料装置安装于所述支撑装置上方，所述抛料装置和所述支撑装置安装在模型箱上并放置在吊篮内，所述吊篮的离心场大于所述转臂的离心场。通过设置大容量储料装置和小容量抛料装置，可实现移动式抛填。这种双料箱结构在大G值重力场环境下稳定性好、强度高，不会引起移动机构的过负载等问题。支撑装置用来控制抛料箱的运动和位置，来实现模型箱长度方向上土料的分层抛填、动态成型。作为本发明的优选是，所述储料装置包括储料箱，所述储料装置包括储料箱，所述储料箱的一侧设有出料口，所述出料口安装有由第一液压驱动系统控制开闭的储料箱闸门，所述第一液压驱动系统包括第一液压缸和第一导轨和安装于第一导轨上的第一滑块，所述第一液压缸通过第一液压缸安装座与设有出料口一端的储料箱固定连接，所述第一液压缸的活塞杆与所述储料箱闸门通过连接螺母连接，所述储料箱闸门固定于所述第一滑块上，所述第一导轨安装在设有出料口一端的储料箱的外壁上，所述储料箱的底部安装有能够检测储料箱闸门开口大小的第一位移传感器。通过第一液压缸控制储料箱闸门开闭，离心机运转后，第一液压缸打开储料箱闸门，储料箱中土料进入抛料箱中。抛料箱上安装了称重传感器，可检测从储料箱进入抛料箱中的土料量，当达到需要的土料量时，第一液压驱动系统控制储料箱闸门关闭。作为本发明的优选是，所述抛料装置包括抛料箱，所述抛料装置包括抛料箱，所述抛料箱的底端设有抛料口，所述抛料口安装有由第二液压驱动系统控制开闭的抛料箱闸门，所述第二液压驱动系统包括第二液压缸和第二导轨和安装于第二导轨上的第二滑块，所述第二液压缸通过第二液压缸安装座与所述抛料箱的底板固定连接，所述第二液压缸的活塞杆与所述抛料箱闸门通过螺母连接，所述抛料箱闸门固定于所述第二滑块上，所述第二导轨安装于所述抛料箱的底板上，所述抛料箱的底板上安装有能够检测抛料箱闸门开口大小的第二位移传感器。
通过第二液压缸控制抛料箱闸门的开闭，离心机运转后，第二液压缸打开抛料箱闸门，抛料箱中土料抛入模型箱内。需要给抛料箱中供给土料时，第一液压驱动系统控制储料箱闸门的开启，土料进入抛料箱中。作为本发明的优选是，所述支撑装置包括支撑架、第三液压缸、第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器、第四称重传感器和第三位移传感器，所述支撑架的一侧设有第三导轨和位于第三导轨上的第三滑块和第四滑块，所述第三滑块和第四滑块与所述第三液压缸的下侧固定连接，所述第三液压缸两侧的活塞杆分别与液压缸支架的两端固定连接，所述第三液压缸上侧的两端分别与所述第一称重传感器和第二称重传感器连接，所述支撑架另一侧设有辅助梁，所述辅助梁的一端与所述支撑架连接，所述辅助梁的另一端与第四导轨连接，所述第四导轨上安装有第五滑块和第六滑块，所述第五滑块和第六滑块与所述第三称重传感器和第四称重传感器固定连接，所述第三位移传感器为2个，两个所述第三位移传感器分别安装于所述液压缸支架的两端。在支撑架上设置双导轨，一边通过单液压缸驱动，另一边通过辅助梁浮动连接，由于不存在油缸同步问题，所以能保证运动顺畅，采用位移传感器检测和反馈控制油缸行走位置。支撑装置上安装有液压缸及位移传感器检测系统，用来控制抛料装置的行程和抛填。本发明的有益效果是通过设置大容量储料装置和小容量抛料装置，可实现移动式抛填。这种双料箱结构在大G值重力场环境下稳定性好、强度高，不会引起移动机构的过负载等问题，并采用液压驱动的方式来实现供料、定位、抛料等动作。支撑装置上的液压缸和位移传感器，用来控制抛料箱的运动和位置，来实现模型箱长度方向上土料的分层抛填、动态成型，而且断面成型效果好、一次性可装土料多。本发明能在O IOOg离心场下实现O 400kg无粘性土料的分层抛填与动态成型试验。
图I是本发明离心机土料抛填装置的结构示意图；图2是本发明离心机土料抛填装置中储料装置的主视图；图3是本发明离心机土料抛填装置中储料装置的右视图4是本发明离心机土料抛填装置中抛料装置沿X向的剖视图；图5是图4沿A-A剖视线的剖视图；图6是本发明离心机土料抛填装置中支撑装置的主视图；图7是图6沿B-B剖视线的剖视放大图；图8本发明离心机土料抛填装置的工作原理示意图；图9是固定式一次性抛填装置的结构示意图；图10是料箱移动式多次抛填装置的结构示意图。图中1-储料装置，101-第一液压缸，102-第一液压缸安装座，103-储料箱，104-储料箱盖，105-第一液压缸的活塞杆，106-连接螺母，107-储料箱闸门，108-出料口， 109-第一导轨，110-第一位移传感器，2-抛料装置，201-抛料箱，202-抛料口，203-抛料箱闸门，204-螺母，205-第二液压缸的活塞杆，206-第二液压缸，207-第二导轨，208-第二滑块，209-第二位移传感器，210-第二液压缸安装座，3-支撑装置，301-液压缸支架，302-第三液压缸的活塞杆，303-第三液压缸，304-第三滑块，305-第三导轨，306-第三位移传感器，307-支撑架，308-辅助梁，309-第四导轨，310-第四滑块，311-第一称重传感器，312-第二称重传感器，313-第五滑块，4-转臂，5-模型箱，6-吊篮，7-大料箱，8-隔板，9-土料，10-大料箱闸门，11-大料箱闸门液压缸，12-小料箱，13-小料箱闸门液压缸，14-主液压缸，15-小料箱闸门。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明目前离心机上使用的土料抛填装置主要有固定式一次性抛填装置和料箱移动式多次抛填装置，如图9所示，固定式一次性抛填装置包括大料箱7、隔板8、大料箱闸门10和大料箱闸门液压缸11，将内置多层隔板8的大料箱固定在模型箱5上。先在不同的隔板8预装不同量的土料9，一次性将土坝或路堤的模型做好；当离心机运转后，大料箱闸门液压缸11打开大料箱闸门10,土料模型全部被抛入模型箱5中，一次成型。固定式一次性抛填装置的抛填断面效果好，大G值重力场下料箱强度与稳定性好、可抛土料多；但由于是一次性抛填，无法实现分层抛填和动态成型。如图10所示，料箱移动式多次抛填装置包括小料箱12、小料箱闸门液压缸13、主液压缸14和小料箱闸门15，首先在小料箱12中装入一定的土料9 ;当离心机运转后，小料箱12在主液压缸14的作用下移动到某个位置，小料箱闸门液压缸13打开小料箱闸门15，土料9被抛入模型箱5中；下次再移动到其他位置进行抛填。移动式抛填装置抛填断面效果好，可实现分层及动态抛填；但由于大G值重力场下移动装置的强度与稳定行差，小料箱12及预装的土料9不能太重，每次土料9抛填完毕需要停机才能预装土料9。为了克服固定式一次性抛填装置和料箱移动式多次抛填装置进行土料抛填存在的缺点，设计了具有大容量储料装置I和小容量抛料装置2并且可实现移动式抛填的离心机土料抛填装置。如图I至图8所示，本发明所述离心机土料抛填装置，包括储料装置I、抛料装置2和支撑装置3，储料装置I安装于离心机中离心场较小的转臂4上，抛料装置2安装与支撑装置3上方，抛料装置2与支撑装置3安装在模型箱5上并放置在离心场较大的吊篮6内。通过设置大容量储料装置I和小容量抛料装置2，可实现移动式抛填。这种双料箱结构在大G值重力场环境下稳定性好、强度高，不会引起移动机构的过负载等问题。支撑装置3用来控制抛料箱的运动和位置，来实现模型箱5长度方向上土料的分层抛填、动态成型。储料装置I包括储料箱103，储料箱103的一侧设有出料口 108，出料口 108上安装有由第一液压驱动系统控制开闭的储料箱闸门107，第一液压驱动系统包括第一液压缸101、第一导轨109和安装于第一导轨109上的第一滑块(图中未示)，第一液压缸101通过第一液压缸安装座102与储料箱103上设有出料口 108的一端固定连接，第一液压缸的活塞杆105与储料箱闸门107通过螺母连接，储料箱闸门107固定于第一滑块(图中未示)上，第一导轨109安装在设有出料口 108 —端的储料箱103的外壁上，储料箱103的底部安装有能够检测储料箱闸门107开口大小的第一位移传感器110。通过第一液压缸101控制储料箱闸门107开闭，离心机运转后，第一液压缸101打开储料箱闸门107，储料箱103中土料进入抛料箱201中。抛料箱201上安装了称重传感器，可检测从储料箱103进入抛料箱201中的土料量，当达到需要的土料量时，第一液压驱动系统控制储料箱闸门107的关闭。
抛料装置2包括抛料箱201，抛料箱201的底端设有抛料口 202，抛料口 202安装有 由第二液压驱动系统控制开闭的抛料箱闸门203，第二液压驱动系统包括第二液压缸206、第二导轨207和安装于第二导轨207上的第二滑块208，第二液压缸206通过第二液压缸安装座210与抛料箱201的底板固定连接，第二液压缸的活塞杆205与抛料箱闸门203通过螺母204连接，抛料箱闸门203固定于第二滑块208上，第二导轨207安装于抛料箱201的底板上，抛料箱201的底板上安装有能够检测抛料箱闸门203开口大小的第二位移传感器209。通过第二液压缸206控制抛料箱闸门203的开闭，离心机运转后，第二液压缸206打开抛料箱闸门203，抛料箱201中土料抛入模型箱5内。需要给抛料箱201中供给土料时，第一液压驱动系统控制储料箱闸门107的开启，土料进入抛料箱201中。 支撑装置3包括支撑架307、第三液压缸303、第一称重传感器311、第二称重传感器312、第三称重传感器(图中未示)、第四称重传感器(图中未示)和第三位移传感器306，支撑架307的一侧设有第三导轨305和位于第三导轨305上的第三滑块304和第四滑块310，第三滑块304和第四滑块310与第三液压缸303的下侧固定连接，第三液压缸303两侧的活塞杆分别与液压缸支架301的两端固定连接，第三液压缸303上侧的两端分别与第一称重传感器311和第二称重传感器312连接，支撑架307另一侧设有辅助梁308，辅助梁308的一端与支撑架307连接，辅助梁308的另一端与第四导轨309连接，第四导轨309上安装有第五滑块313和第六滑块(图中未示),第五滑块313和第六滑块(图中未示)与第三称重传感器(图中未示)和第四称重传感器(图中未示)固定连接，第三位移传感器306为2个，两个第三位移传感器306分别安装于液压缸支架301的两端。在支撑架307上设置双导轨，一边通过单液压缸驱动，另一边通过辅助梁308浮动连接，由于不存在油缸同步问题，所以能保证运动顺畅，采用位移传感器检测和反馈控制油缸行走位置。支撑装置3上安装有液压缸及位移传感器检测系统，用来控制抛料装置2的行程和抛填。
权利要求
1.一种离心机土料抛填装置，其特征在于包括储料装置、抛料装置和支撑装置，所述储料装置安装于离心机中的转臂上，所述抛料装置安装于所述支撑装置上方，所述抛料装置和所述支撑装置安装在模型箱上并放置在吊篮内，所述吊篮的离心场大于所述转臂的离心场。
2.根据权利要求I所述的离心机土料抛填装置，其特征在于所述储料装置包括储料箱，所述储料箱的一侧设有出料口，所述出料口安装有由第一液压驱动系统控制开闭的储料箱闸门，所述第一液压驱动系统包括第一液压缸和第一导轨和安装于第一导轨上的第一滑块，所述第一液压缸通过第一液压缸安装座与设有出料口一端的储料箱固定连接，所述第一液压缸的活塞杆与所述储料箱闸门通过连接螺母连接，所述储料箱闸门固定于所述第一滑块上，所述第一导轨安装在设有出料口一端的储料箱的外壁上，所述储料箱的底部安装有能够检测储料箱闸门开口大小的第一位移传感器。
3.根据权利要求I所述的离心机土料抛填装置，其特征在于所述抛料装置包括抛料箱，所述抛料箱的底端设有抛料口，所述抛料口安装有由第二液压驱动系统控制开闭的抛料箱闸门，所述第二液压驱动系统包括第二液压缸和第二导轨和安装于第二导轨上的第二滑块，所述第二液压缸通过第二液压缸安装座与所述抛料箱的底板固定连接，所述第二液压缸的活塞杆与所述抛料箱闸门通过螺母连接，所述抛料箱闸门固定于所述第二滑块上，所述第二导轨安装于所述抛料箱的底板上，所述抛料箱的底板上安装有能够检测抛料箱闸门开口大小的第二位移传感器。
4.根据权利要求I所述的离心机土料抛填装置，其特征在于所述支撑装置包括支撑架、第三液压缸、第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器、第四称重传感器和第三位移传感器，所述支撑架的一侧设有第三导轨和位于第三导轨上的第三滑块和第四滑块，所述第三滑块和第四滑块与所述第三液压缸的下侧固定连接，所述第三液压缸两侧的活塞杆分别与液压缸支架的两端固定连接，所述第三液压缸上侧的两端分别与所述第一称重传感器和第二称重传感器连接，所述支撑架另一侧设有辅助梁，所述辅助梁的一端与所述支撑架连接，所述辅助梁的另一端与第四导轨连接，所述第四导轨上安装有第五滑块和第六滑块，所述第五滑块和第六滑块与所述第三称重传感器和第四称重传感器固定连接，所述第三位移传感器为2个，两个所述第三位移传感器分别安装于所述液压缸支架的两端。
全文摘要
本发明公开了一种离心机土料抛填装置，包括储料装置、抛料装置和支撑装置，所述储料装置安装于离心机中的转臂上，所述抛料装置安装与所述支撑装置上方，所述抛料装置和所述支撑装置安装在模型箱上并放置在吊篮内，所述吊篮的离心场大于所述转臂的离心场。通过设置大容量储料箱装置和小容量抛料箱装置，可实现移动式抛填。这种双料箱结构在大G值重力场环境下稳定性好、强度高，不会引起移动机构的过负载等问题，并采用液压驱动的方式来实现供料、定位、抛料等动作。本发明能在0～100g离心场下实现0～400kg无粘性土料的分层抛填与动态成型试验。
文档编号G01N33/24GK102830216SQ20121032151
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者刘显军, 王军, 李思忠, 程永辉, 刘伟, 程发斌, 杜寿兵, 杨玉明 申请人:中国工程物理研究院总体工程研究所