技术领域
[0001] 本
发明涉及土工离心试验设备技术领域，具体涉及一种用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置。
背景技术
[0002] 土工离心模拟试验是利用离心机提供的离心
力模拟重力，按相似准则设计的相似模型试验。土工离心模型技术由于能模拟
原型应力，在隧道与岩土工程的许多领域都得到广泛关注和应用。目前，在隧道开挖、近接施工等离心模型试验中，多是通过液压伺服等将预埋在土体中的
钢管抽出来模拟隧道的开挖，且均为地表以下
地层的开挖，针对航道、基坑开挖等涉及地表土体移除的离心模型试验较少，试验中需在离心机高速旋转的同时完成地层的开挖，相应试验装置很少。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种能够在试验中在离心机高速旋转的同时完成地层开挖卸载的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置，以解决上述背景技术中在离心机高速旋转的同时不能完成土体移出卸载的技术问题。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
[0005] 一种用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置，包括试验
框架，所述试验框架的顶端安装有三维移动装置，所述三维移动装置连接有抓斗机构；
[0006] 还包括控制装置，用于控制所述三维移动装置带动所述抓斗机构实现移动
定位。
[0007] 进一步的，所述三维移动装置包括安装于所述试验框架顶端两侧的两根相互平行的纵向滑轨，所述两根纵向滑轨之间连接有纵向滑
块，所述纵向滑块的顶端设有横向滑轨，所述横向滑轨上设有横向滑块，所述横向滑块上设有竖向滑轨，所述竖向滑轨上设有竖向滑块，所述抓斗机构固定在所述竖向滑块上。
[0008] 进一步的，所述纵向滑轨的一侧横向固定有第一滚珠
丝杠驱动器，所述纵向滑块与所述第一滚珠丝杠驱动器的丝杠连接；所述纵向滑块的一侧纵向固定有第二滚珠丝杠驱动器，所述横向滑块与所述第二滚珠丝杠驱动器的丝杠连接；所述横向滑块的中部设有通孔，所述通孔内竖向设有第三滚珠丝杠驱动器，所述竖向滑块与所述第三滚珠丝杠驱动器的丝杠连接。
[0009] 进一步的，所述抓斗机构包括安装
支架，所述安装支架上竖直安装有伺服
电机，所述
伺服电机连接有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上设有丝杠滑块；所述安装支架的下端固定有连接板，所述连接板的下端通过连接柱
枢接有两个对应的分抓斗，所述丝杠滑块的两侧分别枢接有T型杆，所述T型杆的
横杆两端与所述分抓斗的
侧壁枢接。
[0010] 进一步的，所述控制装置包括后台总控、运动
控制器、伺服驱动器，所述运动控制器的输入端与所述后台总控通信连接，所述运动控制器的输出端与所述伺服驱动器的输入端通信连接，所述伺服驱动器与所述第一滚珠丝杠驱动器、第二滚珠丝杠驱动器、第三滚珠丝杠驱动器、伺服电机分别通信连接。
[0011] 进一步的，所述后台总控包括
数据处理终端、显示装置、控制信息输入装置；所述数据处理终端分别与所述显示装置、控制信息输入装置通信连接，所述数据处理终端与所述运动控制器通信连接。
[0012] 进一步的，所述安装支架包括竖板和
底板，所述竖板固定在所述竖向滑块上，所述伺服电机固定在底板上，所述滚珠丝杠穿过所述底板连接所述丝杠滑块。
[0013] 本发明有益效果：能够在离心机高速旋转的同时实现土体移出卸载，试验周期短，
费用低，能够准确再现原型，获得与原型较相似的试验结果。
[0014] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0015] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置立体结构图。
[0017] 图2为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置的抓斗结构图。
[0018] 图3为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试样装置控制原理
框图。
[0019] 其中：1-试验框架；2-抓斗机构；3-纵向滑轨；4-纵向滑块；5-横向滑轨；6-横向滑块；7-竖向滑轨；8-竖向滑块；9-第一滚珠丝杠驱动器；10-第二滚珠丝杠驱动器；11-通孔；12-第三滚珠丝杠驱动器；13-安装支架；14-伺服电机；15-滚珠丝杠；16-丝杠滑块；17-连接板；18-连接柱；19-分抓斗19；20-T型杆；21-后台总控；22-运动控制器；23-伺服驱动器；
210-数据处理终端；220-显示装置；230-控制信息输入装置；131-竖板；132-底板。
具体实施方式
[0020] 下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0021] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意
声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的
说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0022] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与
现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0023] 为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0024] 图1为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置立体结构图，图2为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置的抓斗结构图，图3为本发明实施例所述的用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试样装置控制原理框图。
[0025] 本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
[0026] 如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种用于土工离心试验的航道、基坑开挖卸载模拟试验装置，包括试验框架1，所述试验框架1的顶端安装有三维移动装置，所述三维移动装置连接有抓斗机构2；
[0027] 还包括控制装置，用于控制所述三维移动装置带动所述抓斗机构2在所述试验框架1的空间内完成移动定位。
[0028] 在本发明的一个具体实施例中，所述三维移动装置包括安装于所述试验框架顶端两侧的两根相互平行的纵向滑轨3，所述两根纵向滑轨3之间连接有纵向滑块4，所述纵向滑块4的顶端设有横向滑轨5，所述横向滑轨5上设有横向滑块6，所述横向滑块6上设有竖向滑轨7，所述竖向滑轨7上设有竖向滑块8，所述抓斗机构2固定在所述竖向滑块8上。
[0029] 在本发明的一个具体实施例中，所述纵向滑轨3的一侧横向固定有第一滚珠丝杠驱动器9，所述纵向滑块4与所述第一滚珠丝杠驱动器9的丝杠连接；所述纵向滑块4的一侧纵向固定有第二滚珠丝杠驱动器10，所述横向滑块6与所述第二滚珠丝杠驱动器10的丝杠连接；所述横向滑块6的中部设有通孔11，所述通孔11内竖向设有第三滚珠丝杠驱动器12，所述竖向滑块8与所述第三滚珠丝杠驱动器12的丝杠连接。
[0030] 在本发明的一个具体实施例中，所述抓斗机构2包括安装支架13，所述安装支架13上竖直安装有伺服电机14，所述伺服电机14连接有滚珠丝杠15，所述滚珠丝杠15上设有丝杠滑块16；所述安装支架13的下端固定有连接板17，所述连接板17的下端通过连接柱18枢接有两个对应的分抓斗19，所述丝杠滑块16的两侧分别枢接有T型杆20，所述T型杆20的横杆两端与所述分抓斗19的侧壁枢接。
[0031] 在本发明的一个具体实施例中，所述控制装置包括后台总控21、运动控制器22、伺服驱动器23，所述运动控制器22的输入端与所述后台总控21通信连接，所述运动控制器22的输出端与所述伺服驱动器23的输入端通信连接，所述伺服驱动器23与所述第一滚珠丝杠驱动器9、第二滚珠丝杠驱动器10、第三滚珠丝杠驱动器12、伺服电机14分别通信连接。
[0032] 在本发明的一个具体实施例中，所述后台总控包括数据处理终端210、显示装置220、控制信息输入装置230；所述数据处理终端210分别与所述显示装置220、控制信息输入装置230通信连接，所述数据处理终端210与所述运动控制器22通信连接。
[0033] 在本发明的一个具体实施例中，所述安装支架13包括竖板131和底板132，所述竖板131固定在所述竖向滑块8上，所述伺服电机14固定在底板132上，所述滚珠丝杠15穿过所述底板132连接所述丝杠滑块16。
[0034] 本发明在具体使用中，包括试验框架、移动平台、机械抓斗，还包括有主控制箱、分控制箱和遥控盒。移动平台安装在试验框架的顶端，机械抓斗固定在移动平台上，所述试验框架1为长方体，由钢板
焊接而成，内部可放置离心试验箱，所述移动平台包括X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动装置。
[0035] X轴移动装置由纵向滑轨、纵向滑块、第一滚珠丝杠驱动器组成。纵向滑轨
水平固定于试验框架1上，纵向滑块设置在纵向滑轨上，在第一滚珠丝杠驱动器的驱动下纵向滑块沿纵向滑轨前后移动。
[0036] Y轴移动装置由横向滑轨、横向滑块、第二滚珠丝杠驱动器组成。横向滑轨水平固定于纵向滑块上且与横向滑轨垂直，横向滑块设置在横向滑轨上，在第二滚珠丝杠驱动器的驱动下横向滑块沿横向滑轨左右移动。
[0037] Z轴移动装置由竖向滑轨、竖向滑块、第三滚珠丝杠驱动器组成。竖向滑轨固定于横向滑块上且与水平面垂直，竖向滑块安装在竖向滑轨上，在第三滚珠丝杠驱动器的驱动下竖向向滑块沿竖向滑轨上下移动。
[0038] 抓斗机构2由安装支架、伺服电机、滚珠丝杠、连接板和两片分抓斗组合而成。
[0039] 安装支架为
铝合金，整体外形为一棱柱，侧面为直
角三角形，靠直角边一侧通过
螺栓与竖向滑块连接，靠斜边的侧面开口，底面开洞。
[0040] 伺服电机固定在安装支架内，旋
转轴垂直于水平面。
[0041] 滚珠丝杠与伺服电机的转轴相连，向下穿过连接板。随着伺服电机转轴转动，滚珠丝杠上的丝杠滑块沿滚珠丝杠上下移动。
[0042] 连接板为
不锈钢，底板形状与安装支架底面相同，并通过螺栓固定在一起，两个侧板形状为梯形与矩形组合，矩形底端通过两根螺栓与两片分抓斗铰接。
[0043] 两片分抓斗为不锈钢，外形为铲斗形。两片分抓斗顶端通过连接柱与连接板铰接，可绕连接柱旋转。每个分抓斗外侧边都通过两根T型
连杆与丝杠滑块相连。随着丝杠滑块上下移动，两片分抓斗张开与闭合，从而实现铲土。
[0044] 主控制箱是整个装置的中心控制系统，由控制计算机、显示屏、控制面板、旋钮
开关、
鼠标、
键盘等组成。控制面板上的按钮用于控制各装置的电源通断及紧急停止，通过
计算机程序指令控制设备工作状态。
[0045] 分控制箱包括分控制箱A和分控制箱B。分控制箱A安装运动控制器，附带有电源与
散热风扇，安装在离心机旋臂吊篮内。分控制箱B安装伺服驱动器，附带有散热风扇，安装于离心机旋臂吊篮内。分控制箱A与分控制箱B通过
信号线与主控制箱连接，从而完成电机控制与
传感器信号传输等。
[0046] 所述遥控盒指可供操作员手持的便携式遥控装置，可用于控制各装置的电源通断及紧急停止。
[0047] 综上所述，本发明提供了一种用于大型土工离心试验中进行航道、基坑开挖卸载及加载模拟的试验装置，使得在离心机高速旋转的同时进行航道、基坑开挖卸载，为航道和基坑开挖的动力模型试验提供了一种方式。
[0048] 本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
[0049] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求的保护范围为准。
