图1-图7所示，装置由底座1，钢框架2，透明玻璃观察窗3，水箱支架4，水箱进水口 5，储水箱6，集水漏斗7，输水管8，喷头9，电磁阀10，摄像装置11，加载水箱12，刻度线13，垫板14，电动水泵15，抽水管16组成。其中，底座可由普通混凝土块浇筑构成，作为模型箱制作土样时暂时存放的平台，底座需确保水平，模型箱制作完成后，采用土工离心实验室内的吊机将整个模型箱连同自动加载及卸载装置吊至离心机吊篮处安装固定。模型箱外部尺寸为900mX 700mmX 700mm，为了减小在高应力作用下的变形，钢框架采用高碳钢，玻璃采用加厚钢化玻璃。为确保整体试验装置在高速旋转的离心机中稳定工作，模型箱与水箱支架以及储水箱与水箱支架可采用焊接或高强螺栓连接。堆载及卸载系统主要由水箱支架4、水箱进水口 5、储水箱6、集水漏斗7、输水管8、喷头9、电磁阀10、摄像装置11、加载水箱12、刻度线13、垫板14、电动水泵15和抽水管16组成，模型地基土样放置加载水箱的下部，离心试验开始前，通过水箱进水口 5将计算好的水量存储在储水箱6中，并确保水箱密封。进行离心试验时，当离心机达到预设离心加速度时，控制电磁阀10，通过摄像装置11及加载水箱12中的刻度线13，将储水箱中的水输送到加载水箱12中，从而实现对模型地基土样的加载。本发明不但可以模拟堆载预压施工，同时也可以用于卸载施工工况的模拟。当堆载预压模拟完成后，可通过电动水泵15、抽水管16将加载水箱中的水抽至储水箱中，从而实现的卸载的模拟。
[0020]本发明底座1:由C30混凝土浇筑而构成，尺寸为100mmX800mmX200mm，底座表面保持水平。模型箱中尺寸为900mmX700mmX700mm，可采用土工离心室配套的模型箱。模型箱上部开口，前后面采用高强度钢化玻璃，底部采用厚钢板封底，整体模型箱要求较好的密封性，确保土样及水在高应力场作用下不从四周及底部渗出，储水箱尺寸为900mmX 700mmX 300mm，采用厚度为10_的钢板焊接而成，上部开300mmX 200mm可闭合进水口，便于水流注入及装置检修，储水箱最大容积为168L。加载水箱尺寸为880mmX680mmX250mm，水箱放置于模型地基土样之上，并避免与模型箱内部摩擦接触。电动控制阀门采用浙江余姚舜通电磁阀有限公司生产的STDF-25电磁阀，该电磁阀专门为自动化程度要求高的管路通断切换，采用直动隔膜操作结构，能够在8kg/cm2的压力差下工作。图中喷头下部采用多孔结构，避免水流在离心作用下对加载水箱形成额外冲击。
[0021]自动堆载及卸载离心机试验机械手装置工作过程如下:根据试验方案，在模型箱中制作好地基土样，在土样相应位置埋设位移、孔压、水压传感器，将加载水箱平稳放置于地基土样之上，然后固定好上部自动堆载及卸载离心机试验机械手装置，通过室内吊机将整个模型箱吊至土工离心机吊篮上，固定模型箱，并连接好机械手部分的电气装置，闭合水流控制阀门，通过水箱进水口将计算好的水量存储在储水箱中，并检查水箱密封的密闭性。启动土工离心机，在离心机达到预定转速后，在实验室影像系统及设置与加载水箱之上的摄像装置的监视下，给电磁阀供电，将储水箱中的水输送到加载水箱中，当通过摄像装置观察到水位已经到达设定的水位线时，及时闭合电磁阀，切断水流输送。当堆载预压模拟完成后，可通过电动水泵、抽水管将加载水箱中的水抽至储水箱中，从而模拟卸载的施工工况。本机械手需结合离心试验才能实现其设计功能，离心试验目前为最为先进的土工试验之一，在进行上述试验时，科研人员需具备土工离心机的原理及操作等相关知识。
【主权项】
1.一种自动堆载及卸载离心机试验机械手装置，由模型箱、堆载及卸载系统组成，其特征在于: 模型箱由钢框架(2)和透明玻璃观察窗(3)连接组成，所述模型箱位于底座(I)上；当进行试验时，起重机将模型箱连同机械手装置吊离底座，安装于离心机吊篮中，实验中模型箱及机械手装置处于高速旋转的吊篮中，在离心力的作用下，绕离心机呈水平圆周转动.；堆载及卸载系统由水箱支架(4)、储水箱(6)、集水漏斗(7)、喷头(9)、电磁阀(10)、摄像装置(11)、加载水箱(12)、垫板(14)、电动水泵(15)和抽水管(16)组成，水箱支架(4)固定于模型箱上方，水箱支架(4)上方设置储水箱￠)，水箱支架(4)下方为加载水箱(12)，使用时，模型地基土样放置于模型箱内，加载水箱(12)放置于模型地基土样上方；垫板(14) 一侧固定于钢框架(2)上，电动水泵(15)固定于垫板(14)上，电动水泵(15)连接抽水管(16)，抽水管(16) —端连接储水箱￠)，另一端连接加载水箱(12)，通过电动水泵(15)和抽水管(16)将加载水箱(12)中的水抽至储水箱(6)中，实现卸载模拟；储水箱(6)顶部设有水箱进水口(5)，储水箱(6)底部设有出水口，所述出水口对准集水漏斗(7)，集水漏斗(7)通过输水管(8)连接喷头(9)，所述喷头(9)出水口对准加载水箱(12)顶部进水口，所述输水管⑶上设有电磁阀(10)和摄像装置(11)，加载水箱(12)中设有刻度线(13);离心试验开始前，通过水箱进水口(5)将计算好的水量存储在储水箱￠)中，并确保储水箱(6)密封；进行离心试验时，当离心机达到预设离心加速度时，控制电磁阀(10)，通过摄像装置(11)及加载水箱(12)中的刻度线(13)，将储水箱中的水输送到加载水箱(12)中，从而实现对模型地基土样的加载。
【专利摘要】本发明属岩土离心机技术领域，是一种自动堆载及卸载离心机试验机械手装置。由模型箱、堆载及卸载系统两部分组成，在模型箱上安装自动堆载及卸载离心机试验机械手装置，实现了在高速运转的离心机上模拟堆载预压加载及卸载工况的试验目的，本发明结合离心实验室提供的离心机装置、影像系统、传感器系统可以模拟堆载预压施工工法、揭示堆载预压机理、优化施工方案。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN104749342
【申请号】CN201510109578
【发明人】冯世进, 毛健智, 杜风雷
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月13日