一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备制造技术

本发明专利技术涉及一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，包括构成密封空间的试验土槽和土槽盖板，以及于试验土槽内的弹簧加载装置；设于弹簧加载装置上的耙齿固定装置；设于耙齿固定装置上的耙齿；设于土槽盖板上的孔隙水汽化观测装置；试验土槽内依次填入试验土体和密封水体，耙齿通过耙齿固定装置调节耙齿安装角度，并通过弹簧加载装置的作用切削试验土体，孔隙水汽化观测装置观测试验土体切削过程中的汽化程度。与现有技术相比，本发明专利技术构造简单，易于改造，可靠性强，适用性广，成本低；能直观再现水下土体切削过程与切削阻力形成机制；容易实现水下土体切削所需最低牵引动力、耙齿最佳行进速度、孔隙水汽化的定量测试。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备
本专利技术涉及水利工程中的疏浚工程领域，尤其是涉及一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备。
技术介绍
现代疏浚工程的快速发展，使得挖掘深度变深、规模增大，这对挖泥船的疏浚能力和疏浚技术改进的需求越来越高。同时，我国漫长海岸线上的主要港口与进港航道的底质复杂多变，经常会遇到密实板结粉土、细沙和硬质粘土的情况，这种难挖的土质直接影响挖泥船的生产效率和施工进度。如何提高挖泥船的泥沙挖掘效率，是一个亟待解决的问题。耙吸式挖泥船所用耙头的性能直接影响其施工效率，因此，如何科学模拟水下土体切削过程和进行高效能耙齿的自主研发，已经成为我国疏浚
亟待解决的难点问题。然而，目前国内外还缺乏实用有效的分析方法，通常是依靠工程经验设计耙齿，具有很大的盲目性。为弥补理论分析的局限性，对于新型耙齿的自主研发，迫切需要结合简单易行的室内模型试验进行分析，其中的关键技术是如何有效模拟水下土体切削过程中的孔隙水高负压及定量分析孔隙水汽化强度，从水下土体切削阻力形成机制的模型试验进行新型耙齿的研发，目前尚未发现该类模拟装置的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，可以实现水下土体切削阻力形成机制的模拟、剪胀特性的测试、孔隙水汽化规律的观测以及对耙齿优化设计提供试验依据。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备包括构成密封空间的试验土槽和土槽盖板，还包括：设于试验土槽内的弹簧加载装置；设于弹簧加载装置上的耙齿固定装置；设于耙齿固定装置上的耙齿；设于土槽盖板上的孔隙水汽化观测装置；试验土槽内依次填入试验土体和密封水体，耙齿通过耙齿固定装置调节耙齿安装角度，并通过弹簧加载装置的作用切削试验土体，孔隙水汽化观测装置观测试验土体切削过程中的汽化程度。所述弹簧加载装置包括弹簧移动端滑块、加载弹簧、弹簧固定端滑块、滑块固定螺丝、水平加载滑杆和弹簧张拉固定机构，所述弹簧移动端滑块、加载弹簧、弹簧固定端滑块依次连接并套设在水平加载滑杆上，所述滑块固定螺丝分别设于弹簧移动端滑块和弹簧固定端滑块上，旋转滑块固定螺丝使其压紧水平加载滑杆，所述水平加载滑杆的两端设于试验土槽内，所述弹簧张拉固定机构设于试验土槽上，弹簧张拉固定机构固定弹簧移动端滑块的初始位置，所述耙齿固定装置设于弹簧移动端滑块上。所述弹簧移动端滑块、弹簧固定端滑块与水平加载滑杆的接触面上均设有滚珠。所述弹簧张拉固定机构包括夹线螺栓、螺母和连接钢丝，所述试验土槽上设有与夹线螺栓配合连接的螺纹孔，所述螺母设于螺纹孔上，并与夹线螺栓配合连接，所述夹线螺栓的螺杆端部设有开口，所述连接钢丝的一端连接弹簧移动端滑块，旋转夹线螺栓使得连接钢丝的另一端固定于闭合的开口内。所述耙齿固定装置包括耙齿固定支架和耙齿安装角度调节螺栓，所述耙齿固定支架设于弹簧加载装置上，并与耙齿的端部铰接，所述耙齿安装角度调节螺栓一端与耙齿固定支架螺纹配合连接，另一端与耙齿的中部铰接，通过调节耙齿安装角度调节螺栓进而调节耙齿安装角度。所述耙齿安装角度为耙齿与水平线的夹角，取值范围为30°～120°。所述孔隙水汽化观测装置为固定在土槽盖板上的细玻璃管，所述细玻璃管一端开口连通试验土槽的内腔，细玻璃管侧面上刻有刻度标识。所述试验土槽和土槽盖板通过地脚螺栓固定连接，试验土槽和土槽盖板之间设有密闭橡胶垫。所述试验土槽的一侧板和土槽盖板采用供试验摄像与观测的钢化玻璃。所述土槽盖板上设有用于抽真空的真空抽气管路。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)试验土体置于试验土槽中，土体可以是现场原状取土，也可以是按设计要求填筑土体。耙齿固定装置与弹簧加载装置为刚性连接，在弹簧加载装置的水平牵引动力下产生运动，并带动耙齿水平切削土体。因此本专利技术能直观再现水下土体切削过程与切削阻力形成机制。若采用现场原状土样，则测试结果更具生产指导意义，适用于水利工程中的疏浚工程领域的研究开发。2)耙齿切削土体的速度可通过变换加载弹簧初始张拉力实现，弹簧加载能连续可调。水下土体切削牵引动力可通过改变加载弹簧伸长量和刚度进行调节。通过孔隙水汽化观测装置可以定量观测水下土体切削过程中的孔隙水汽化强度。因此本专利技术容易实现水下土体切削所需最低牵引动力、耙齿最佳行进速度、孔隙水汽化等的定量测试。3)耙齿为凿型齿模型，耙齿安装在耙齿固定装置上，其切削土体的角度可通过连接螺栓调节。因此本专利技术易于定量测试耙齿的工作性能，实现研发新型、高性能耙齿。4)本专利技术构造简单，易于改造，可靠性强，适用性广，成本低。5)弹簧移动端滑块与弹簧固定端滑块内有滑动滚珠，可有效地消除其与水平加载滑杆的摩擦阻力，保证耙齿顺利切削水下土体。6)土槽盖板与试验土槽以地脚螺栓固定，并以密封橡胶垫进行密封，形成刚性密闭容器，真空抽气管路进一步进行真空抽气，使得土体饱和，保证试验测试的精准，且试验土槽的一面侧板和土槽盖板为透明的钢化玻璃，以提供试验中的摄像与观测之用，直观性好。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术的俯视结构示意图；图3为本专利技术的侧视结构示意图；图4为弹簧张拉固定机构部分的局部放大图；图5为耙齿部分的局部放大图。图中：1、试验土槽，2、试验土体，3、耙齿，4、耙齿固定支架，5、耙齿安装角度调节螺栓，6、弹簧移动端滑块，7、加载弹簧，8、弹簧固定端滑块，9、滑块固定螺丝，10、水平加载滑杆，11、土槽盖板，12、螺孔，13、密封橡胶垫，14、弹簧张拉固定机构，15、孔隙水汽化观测装置，16、密封水体，17、真空抽气管路，18、阀门，51、夹线螺栓，52、螺母，53、连接钢丝。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1、图2、图3所示，一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备包括试验土槽1、土槽盖板11、弹簧加载装置、耙齿3固定装置、耙齿3和孔隙水汽化观测装置15，具体连接关系如下：试验土体2置于试验土槽1中，试验土体2可以是现场原状取土，也可以是按设计要求填筑土体。试验土槽1和土槽盖板11通过螺孔12以地脚螺栓固定，并以密封橡胶垫13进行密封，且土槽盖板11上设有用于抽真空的真空抽气管路17。耙齿3固定装置包括耙齿固定支架4和耙齿安装角度调节螺栓5，耙齿固定支架4并与耙齿3的端部铰接，可自由转动，耙齿安装角度调节螺栓5一端与耙齿固定支架4螺纹配合连接，另一端与耙齿3的中部铰接，通过调节耙齿安装角度调节螺栓5的长度进而实现耙齿3的不同安装角度。弹簧加载装置包括弹簧移动端滑块6、加载弹簧7、弹簧固定端滑块8、滑块固定螺丝9、水平加载滑杆10和弹簧张拉固定机构14，弹簧移动端滑块6、加载弹簧7、弹簧固定端滑块8依次连接并套设在水平加载滑杆10上，滑块固定螺丝9分别设于弹簧移动端滑块6和弹簧固定端滑块8上，旋转滑块固定螺丝9使其压紧水平加载滑杆10，水平加载滑杆10的两端设于试验土槽1内，弹簧张拉固定机构14设于试验土槽1上，弹簧张拉固定机构14固定弹簧移动端滑块6的初始位置，耙齿固定支架4设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，包括构成密封空间的试验土槽和土槽盖板，其特征在于，还包括：设于试验土槽内的弹簧加载装置；设于弹簧加载装置上的耙齿固定装置；设于耙齿固定装置上的耙齿；设于土槽盖板上的孔隙水汽化观测装置；试验土槽内依次填入试验土体和密封水体，耙齿通过耙齿固定装置调节耙齿安装角度，并通过弹簧加载装置的作用切削试验土体，孔隙水汽化观测装置观测试验土体切削过程中的汽化程度。

【技术特征摘要】
1.一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，包括构成密封空间的试验土槽和土槽盖板，其特征在于，还包括：设于试验土槽内的弹簧加载装置；设于弹簧加载装置上的耙齿固定装置；设于耙齿固定装置上的耙齿；设于土槽盖板上的孔隙水汽化观测装置；试验土槽内依次填入试验土体和密封水体，耙齿通过耙齿固定装置调节耙齿安装角度，并通过弹簧加载装置的作用切削试验土体，孔隙水汽化观测装置观测试验土体切削过程中的汽化程度；所述弹簧加载装置包括弹簧移动端滑块、加载弹簧、弹簧固定端滑块、滑块固定螺丝、水平加载滑杆和弹簧张拉固定机构，所述弹簧移动端滑块、加载弹簧、弹簧固定端滑块依次连接并套设在水平加载滑杆上，所述滑块固定螺丝分别设于弹簧移动端滑块和弹簧固定端滑块上，旋转滑块固定螺丝使其压紧水平加载滑杆，所述水平加载滑杆的两端设于试验土槽内，所述弹簧张拉固定机构设于试验土槽上，弹簧张拉固定机构固定弹簧移动端滑块的初始位置，所述耙齿固定装置设于弹簧移动端滑块上。2.根据权利要求1所述的一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，其特征在于，所述弹簧移动端滑块、弹簧固定端滑块与水平加载滑杆的接触面上均设有滚珠。3.根据权利要求1所述的一种模拟水下土体切削与耙齿优化的多功能设备，其特征在于，所述弹簧张拉固定机构包括夹线螺栓、螺母和连接钢丝，所述试验土槽上设有与夹线螺栓配合连接的螺纹孔，所述螺母设于螺纹孔上，并与夹线螺栓配合连接，所述夹线...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢立全，洪国军，刘功勋，张晴波，江帅，郝宇驰，树伟，王健，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31