一种模拟粉土地面塌陷的装置

1.本发明涉及道路工程试验设备技术领域，具体涉及一种模拟粉土地面塌陷的装置。


背景技术：

2.随着社会的进步、国家的发展和城市化进程的不断推进，地下空间被大量开发，城市地下工程的建设越来越多，规模也越来越大。在城市地下工程建设过程中，地下结构的变形与施工质量缺陷，极易导致土体流失与松动，当交通荷载长时间作用在松动区上方时，将会导致路面结构塌陷，造成严重后果。因此，需要进行大量的实验对土体松动直致引发路面塌陷的机理进行研究和探索，以为施工提供有效指导。
3.模拟粉土地面塌陷的实验通常在实验箱中进行，在实验的过程中，将实验箱放置的实验平台上进行，水平度要求较高。现有的试验装置在保证支撑实验箱的实验平台的水平度时通常调节困难、操作繁琐，尤其是在室外或施工现场进行实验时，更加难以保证实验平台的水平精度。


技术实现要素：

4.根据现有技术的至少一个不足之处，本发明提出了一种模拟粉土地面塌陷的装置，以解决现有的试验装置操作平台调节繁琐，水平精度低的问题。
5.本发明的一种模拟粉土地面塌陷的装置采用如下技术方案：包括：
6.底座，其设置于地面且顶端设置有前后延伸的转轴；
7.旋转支架，其上端可转动且可锁紧的设置于转轴，用于实验的平台垂直安装于旋转支架的前侧，旋转支架的下端设置轴线垂直于旋转支架的安装块；
8.前旋转块，可转动地设置于安装块的前侧，前旋转块和安装块之间设置有第一扭簧，前旋转块的下端设置有相对于竖直平面绕预设方向旋转倾斜的前风阻板；
9.后旋转块，可转动地设置于安装块的后侧，后旋转块和安装块之间设置有第二扭簧，后旋转块的下端设置有后风阻板，后风阻板与前风阻板基于竖直平面对称设置；
10.驱动装置，配置成在旋转支架往复摆动且摆动范围处于预设角度之外时，旋转支架每摆动一次驱动前旋转块绕所述预设方向转动一次，使第一扭簧蓄力；前旋转块通过传动装置带动后旋转块以与前旋转块转动方向相反的方向转动，使第二扭簧蓄力；和
11.转动控制装置，配置成在旋转支架的摆动范围处于预设角度之外时，阻碍前旋转块反转，在旋转支架的摆动范围处于所述预设角度之内时，允许前旋转块反转；以在旋转支架的摆动范围处于预设角度之内时，第一扭簧和第二扭簧蓄力释放带动前旋转块和后旋转块反向转动转，使前风阻板和后风阻板受到向上的作用力。
12.可选地，驱动装置包括主动齿轮、重物、驱动杆和大弹簧，旋转支架上沿其延伸方向设置有导向槽；
13.重物可上下滑动地设置于导向槽，大弹簧设置在重物和导向槽的下底面之间并促
使重物向上运动，驱动杆设置于旋转支架的前侧并与重物相连接，驱动杆的下端部设置有齿牙；
14.主动齿轮可单向转动地安装于前旋转块，驱动杆与主动齿轮啮合后通过推动主动齿轮使前旋转块绕所述预设方向转动。
15.可选地，转动控制装置包括转向选择组件和限位组件，转向选择组件包括单向卡齿以及相连接的第一通过槽和第二通过槽；
16.单向卡齿沿周向均布设置于前旋转块的前表面，单向卡齿为楔形结构且尖端指向圆周方向；第一通过槽和第二通过槽设置于驱动杆的后表面，且第一通过槽位于第二通过槽的上方；第二通过槽的深度大于单向卡齿的高度，允许单向卡齿双向通过；第一通过槽的深度小于单向卡齿的高度，驱动杆具有弹性，第一通过槽仅允许单向卡齿单向通过；在重物处于导向槽的顶端时，第二通过槽与单向卡齿配合；
17.限位组件配置成在旋转支架处于所述预设角度之外时，阻碍重物运动至导向槽的顶端，在旋转支架处于所述预设角度之内时，允许重物运动至导向槽的顶端。
18.可选地，限位组件包括定位支架、限位框和小弹簧；
19.限位框可前后滑动的设置于导向槽的顶端且限位框的后边框位于旋转支架的后侧，小弹簧位于旋转支架和限位框的后边框之间且促使限位框向后移动，使得限位框的前边框缩进导向槽的内部；
20.定位支架的上端可转动且可锁定的设置于转轴，定位支架间隔设置于旋转支架的后侧，在旋转支架摆动至定位支架与限位框的后边框接触，定位支架克服小弹簧的弹力推动限位框向前运动，使得限位框的前边框伸出导向槽；
21.定位支架停摆后处于所述预设角度之内。
22.可选地，传动装置包括前传动齿轮、中传动齿轮和后传动齿轮；
23.前传动齿轮沿前后方向固定设置于前旋转块的中心；后传动传轮设置于后旋转块的中心且为内齿环，中传动齿轮设置于安装块且与前传动齿轮外啮合、与后传动齿轮内啮合；
24.前传动齿轮的前端同轴设置有齿轮轴，主动齿轮通过单向轴承安装于齿轮轴。
25.可选地，前旋转块的下端设置有竖直向下延伸的第一连接块，前风阻板倾斜设置于第一连接块；
26.后旋转块的下端设置有竖直向下延伸的第二连接块，后风阻板倾斜设置于第二连接块。
27.可选地，定位支架的前表面位于转轴处设置有向前延伸的定位圈，定位圈的前表面与旋转支架的后表面接触，定位圈的厚度等于限位框后边框的最大厚度。
28.可选地，导向槽的上端向左右两侧延伸有放置空间，导向槽的后方设置有两个贯通放置空间和旋转支架后表面的连通孔，限位框的左边框和右边框穿过连通孔和放置空间，限位框的前边框或者后边框为可拆卸结构。
29.可选地，旋转支架上设置有用于将旋转支架和转轴锁紧的第一锁定旋钮；
30.定位支架上设置有于将定位支架支架和转轴锁紧的第二锁定旋钮。
31.可选地，底座包括底盘和支撑柱，底盘设置于地面，支撑柱垂直设置于底盘且向上延伸，转轴设置于支撑柱的顶端。
32.本发明的有益效果是：本发明的一种模拟粉土地面塌陷的装置，设置了前旋转块、后旋转块、前风阻板、后风阻板、第一扭簧、第二扭簧、驱动装置和转向控制装置。在旋转支架往复摆动且摆动范围处于预设角度之外时，旋转支架每摆动一次驱动装置驱动前旋转块绕预设方向转动一次，使得第一扭簧蓄力；前旋转块通过传动装置带动后旋转块以与前旋转块转动方向相反的方向转动，使得第二扭簧蓄力，重力势能转化为弹性势能；在旋转支架的摆动范围处于预设角度之内时，转动控制装置允许第一扭簧和第二扭簧蓄力释放带动前旋转块和后旋转块反向转动，推动空气流动，因为前风阻板和后风阻板倾斜设置，使得空气在前风阻板和后风阻板的导向下运动至前风阻板和后风阻板的下方，使前风阻板和后风阻板受到向上的作用力，旋转支架受到的正压力减小，由正压力产生的摩擦阻力减小，最终旋转支架停止后可以更趋近于竖直位置，保证平台更加水平。进一步地，在旋转支架降落过程中前风阻板和后风阻板也减小了降落速度，防止旋转支架摆动幅度过大，减少行程，提高效率，防止移动轴的磨损。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。
34.图1为本发明的一种模拟粉土地面塌陷的装置的结构示意图；
35.图2为本发明的一种模拟粉土地面塌陷的装置的侧向剖视图；
36.图3为本发明中旋转支架、前旋转块、后旋转块等零件的爆炸图；
37.图4为本发明中前旋转块以及前风阻板的结构示意图；
38.图5为本发明中旋转支架后视角度的结构示意图；
39.图6为本发明中后旋转块和后风阻板后视角度的结构示意图；
40.图7为本发明中定位支架的结构示意图；
41.图8为本发明中底座及转轴的结构示意图；
42.图9为本发明中重物及驱动杆的结构示意图。
43.图中：1、前旋转块；11、前传动齿轮；12、齿轮轴；13、单向卡齿；14、前环槽；15、前风阻板；2、旋转支架；21、第一轴孔；22、大弹簧；23、小弹簧；24、限位框；25、第一中环槽；26、第二中环槽；27、中传动齿轮；28、导向槽；29、平台；210、第一锁定旋钮；211、安装块；3、后旋转块；31、后传动齿轮；32、后环槽；33、后风阻板；4、定位支架；41、第二锁定旋钮；42、定位圈；43、第二轴孔；51、底盘；52、支撑柱；53、转轴；6、主动齿轮；7、重物；71、驱动杆；72、第一通过槽；73、第二通过槽；8、第一扭簧；81、第二扭簧；9、单向轴承。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.如图1至图9所示，本发明的一种模拟粉土地面塌陷的装置，包括底座、旋转支架2、前旋转块1、后旋转块3、驱动装置和转动控制装置，用于实验的平台29垂直且可拆卸的安装于旋转支架2的前侧。
46.底座设置于地面且其顶端设置有前后延伸的转轴53。旋转支架2的上端设置有第一轴孔21，旋转支架2通过第一轴孔21可转动且可锁紧的设置于转轴53，旋转支架2的下端设置有轴线垂直于旋转支架2的安装块211。
47.前旋转块1可转动地设置于安装块211的前侧，前旋转块1和安装块211之间设置有第一扭簧8，前旋转块1的下端设置有竖直向下延伸的第一连接块，第一连接块上设置有前风阻板15，前风阻板15相对于第一连接块绕预设方向旋转倾斜设置。后旋转块3可转动的设置于安装块211的后侧，后旋转块3和安装块211之间设置有第二扭簧81，后旋转块3的下端设置有竖直向下延伸第二连接块，第二连接块上设置有后风阻板33，后风阻板33与前风阻板15基于竖直平面对称设置。
48.驱动装置设置于旋转支架2和前旋转块1，驱动装置配置成在旋转支架2往复摆动且摆动范围处于预设角度之外时，旋转支架2每摆动一次驱动前旋转块1绕前述预设方向转动一次，使得第一扭簧8蓄力；前旋转块1通过传动装置带动后旋转块3以与前旋转块1转动反向相反的方向转动，使得第二扭簧81蓄力。需要说明的是，预设角度处于竖直位置附近，且相对于竖直位置左右对称。
49.转动控制装置配置成在旋转支架2的摆动范围处于预设角度之外时，阻碍前旋转块1反转，在旋转支架2的摆动范围处于预设角度之内时，允许前旋转块1反转。以在旋转支架2的摆动范围处于预设角度之内时，第一扭簧8和第二扭簧81蓄力释放带动前旋转块1和后旋转块3反向转动转，使前风阻板15和后风阻板33受到向上的作用力，进而使旋转支架2受到的正压力减小，由正压力产生的旋转支架2与转轴53之间的摩擦阻力减小，最终旋转支架2停止后可以更趋近于竖直位置。
50.在本实施例中，驱动装置包括主动齿轮6、重物7、驱动杆71和大弹簧22，旋转支架2上沿其延伸方向设置有前端敞口的导向槽28。
51.重物7可上下滑动地设置于导向槽28，大弹簧22设置在重物7和导向槽28的下底面之间并促使重物7向上运动，驱动杆71设置于旋转支架2的前侧并与重物7相连接，以随重物7上下运动，驱动杆71的下端部设置有齿牙。主动齿轮6可单向转动地安装于前旋转块1，驱动杆71与主动齿轮6啮合通过推动主动齿轮6使前旋转块1绕预设方向转动。
52.在本实施例中，转动控制装置包括转向选择组件和限位组件，转向选择组件包括单向卡齿13以及相连接的第一通过槽72和第二通过槽73。
53.单向卡齿13沿周向均布设置于前旋转块1的前表面，单向卡齿13为楔形结构，单向卡齿13的尖端指向圆周方向且朝向与上述预设方向相同。具体地说，单向卡齿13的前表面为向前拱起的弧形楔面，弧形楔面预设方向侧的后方连接有止挡面。
54.第一通过槽72和第二通过槽73设置于驱动杆71的后表面，且第一通过槽72位于第二通过槽73的上方。第二通过槽73的深度大于单向卡齿13的高度，允许单向卡齿13双向通过；第一通过槽72的深度小于单向卡齿13的高度，驱动杆71具有一定的弹性，第一通过槽72仅允许单向卡齿13单向通过，也就是单向卡齿13的弧形楔面能够沿预设方向进入第一通过
槽72并将驱动杆71向前推动后越过第一通过槽72，单向卡齿13的止挡面阻碍单向卡齿13以与预设方向相反的方向通过第一通过槽72。在重物7处于导向槽28的顶端时，第二通过槽73与单向卡齿13配合。
55.限位组件配置成在旋转支架2处于预设角度范围之外时，阻碍重物7运动至导向槽28的顶端，在旋转支架2处于预设角度范围之内时，允许重物7运动至导向槽28的顶端。
56.在本实施例中，限位组件包括定位支架4、限位框24和小弹簧23。
57.限位框24可前后滑动的设置于导向槽28的顶端且限位框24的后边框位于旋转支架2的后侧，小弹簧23位于旋转支架2和限位框24的后边框之间且促使限位框24向后移动，使得限位框24的前边框缩进导向槽28的内部，以阻挡重物7向上运动至导向槽28的顶部。
58.定位支架4的上端设置有第二轴孔43，定位支架4通过第二轴孔43可转动且可锁定的设置于转轴53，定位支架4位于旋转支架2的后侧且与旋转支架2之间具有间隙，间隙的大小等于限位框24后边框的最大厚度，定位支架4停摆后处于上述预设角度范围之内。在旋转支架2摆动至定位支架4与限位框24的后边框接触，定位支架4克服小弹簧23的弹力推动限位框24向前运动，使得限位框24的前边框伸出导向槽28，以允许重物7在大弹簧22的复位作用下运动至导向槽28的最上端。
59.导向槽28的上端向左右两侧延伸有放置空间，导向槽28的后方设置有两个贯通放置空间和旋转支架2后表面的连通孔，限位框24的左边框和右边框穿过连通孔和放置空间，限位框24的前边框或者后边框为可拆卸结构，便于限位框24的安装。
60.定位支架4的前表面位于第二轴孔43处设置有向前延伸的定位圈42，定位圈42与旋转支架2的后表面接触使得定位支架4和旋转支架2之间具有间隙。
61.在本实施例中，传动装置包括前传动齿轮11、中传动齿轮27和后传动齿轮31。前旋转块1呈环状，其内周壁连接有指向其圆心的连接杆，前传动齿轮11通过连接杆沿前后方向设置于前旋转块1的中心。后传动齿轮31设置于后旋转块3的中心且为内齿环，中传动齿轮27设置于安装块211且与前传动齿轮11外啮合、与后传动齿轮31内啮合。
62.前传动齿轮11的前端同轴设置有齿轮轴12，主动齿轮6通过单向轴承9安装于齿轮轴12。本发明中上述预设方向为顺时针方向，前旋转块1顺时针转动第一扭簧8蓄力。单向轴承9仅能绕齿轮轴12逆时针转动。
63.在本实施例中，旋转支架2上设置有第一锁定旋钮210，旋紧第一锁定旋钮210能够将旋转支架2和转轴53锁死。
64.定位支架4上设置有第二锁定旋钮41，旋紧第二锁定旋钮41能够将定位支架4和转轴53锁死。
65.在本实施例中，前旋转块1的后表面设置有前环槽14，后旋转块3的前表面设置有后环槽32，安装块211的前表面和后表面分别设置有第一中环槽25和第二中环槽26，第一扭簧8安装于前环槽14和第一中环槽25，第一扭簧8安装于后环槽32和第二中环槽26。
66.在本实施例中，底座包括底盘51和支撑柱52，底盘51设置于地面，支撑柱52垂直设置于底盘51且向上延伸，转轴53设置于支撑柱52的顶端。
67.结合上述实施例，本发明的使用原理和工作过程为：
68.将底座放置于地面，旋转第二锁定旋钮41松动定位支架4使其自由摆动，定位支架4最终在竖直位置左右两侧预设角度范围内停止，拧紧第一锁定旋钮210，使定位支架4固
定。
69.松动第一锁定旋钮210，抬高旋转支架2，确保限位框24的前边框处于导向槽28内部，松开旋转支架2使其自由降落，往复摆动。需要说明的是，在旋转支架2往复摆动的过程，越靠近最低点的位置(竖直位置)重物7受到的离心力越大，在竖直位置处重物7运动至离旋转中心最远的地方。
70.当旋转支架2摆动至经过竖直位置时，重物7在离心力的作用下压缩大弹簧22带动驱动杆71向下运动至与主动齿轮6啮合，因单向轴承9的作用，主动齿轮6与齿轮轴12顺时针锁紧，驱动杆71通过主动齿轮6推动前旋转块1顺时针转动(对应前述预设方向)，第一扭簧8蓄力，同时前旋转块1通过传动装置带动后旋转块3逆时针转动，使得第二扭簧81蓄力。在旋转支架2摆过竖直位置，因离心力的作用，重物7无法回到最高位置；在旋转支架2摆出预设角度范围以后，定位支架4与旋转支架2错位，限位框24在小弹簧23的作用下缩回至导向槽28内部挡在重物7的上方，避免重物7回到最高位置，以此保证前旋转块1上的单向齿在旋转支架2大幅摆动的过程中均与第一通过槽72配合，前旋转块1无法反向转动，进而确保第一扭簧8和第二扭簧81不会释放蓄力。
71.旋转支架2大幅摆动的过程中，每一次往复均能使第一扭簧8和第二扭簧81蓄积一定能量，直至旋转支架2摆幅减小，最终在竖直位置预设角度范围之内摆动。此时旋转支架2与定位支架4接触，定位支架4克服小弹簧23的弹力将限位框24向前推动，限位框24的前边框伸出导向槽28，允许重物7向上运动。同时因旋转支架2摆动速度降低，摆幅减小，重物7所受离心力大大减小，不足以克服大弹簧22的弹力，大弹簧22复位带动重物7向上运动至导向槽28的顶端(最高位置)，驱动杆71随重物7向上运动使得第二通过槽73与单向卡齿13配合。单向卡齿13能够双向通过第二通过槽73，第一扭簧8和第二扭簧81蓄力释放，前旋转块1逆时针转动，后旋转块3顺时针转动，前风阻板15和后风阻板33在前旋转块1和后旋转块3的带动下转动且上端相互靠近，因为前风阻板15和后风阻板33倾斜设置，使得空气在前风阻板15和后风阻板33的导向下运动至前风阻板15和后风阻板33的下方，前风阻板15和后风阻板33受到一个向上的作用力，使旋转支架2受到的正压力减小，由正压力产生的旋转支架2与转轴53之间的摩擦阻力减小，最终旋转支架2停止后可以更趋近于竖直位置。
72.在旋转支架2停止后锁紧第一锁定旋钮210，使旋转支架2的位置固定，然后将平台29垂直安装于旋转支架2，因旋转支架2无限趋近于竖直，此时平台29水平。水平的平台29可以为模拟粉土塌陷实验提供实验场所，提高试验结果的可靠性。本发明不受地面限制，地面可以为平面也可以为具有坡度的斜面，适应性强，使用时仅需要摆动旋转支架2即可自行找平，操作便捷。
73.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。