一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，包括加载装置以及用于力学信号实时控制与监测的控制装置，所述的加载装置包括刚性梁、电磁线圈助动器、伺服电机和加载头，所述的电磁线圈助动器和伺服电机和通过螺栓固定在刚性梁上，所述的加载头安装在电磁线圈助动器正下方，所述的伺服电机连接控制装置并通过电流驱动电磁线圈助动器进行加载，加载时，所述的加载头直接作用在加载平面上，所述的加载装置质量小于35kg。与现有技术相比，本发明专利技术结构轻巧，操做简便，能够实现离心机航行状态下力学信号的伺服控制，最大适用于60g离心场，同时能够实现土工离心试验中任意波形的竖向动力加载，工作效率高，稳定性强，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统
本专利技术涉及一种动力加载系统，尤其是涉及一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统。
技术介绍
土工离心机试验作为岩土工程物理模拟试验的一种试验手段，可以通过模型缩尺来模拟原型土工结构的力学特征和变形特征，从而验证设计方案和数值分析结果，同时缩尺模型提高了材料参数研究的可行性，因此在岩土工程领域有较大的应用前景。目前，针对土工离心机试验的多种需要，研发了多种不同的试验设备，例如可实现地震模拟的振动台等。然而，在土工离心机内施加循环动力点荷载较为少见，尤其是受到离心场影响的竖向动力荷载。传统的偏心轮式加载器在离心场的作用下可能会无法工作，同时，一般的电磁加载器体积较大，质量较重，对离心试验有着很大的制约。另外，一般的电磁加载器由于电磁线圈在长时间工作下会过热，从而丧失精度甚至工作性能。由于一般的交通工程，如铁路工程和公路工程，以及有特殊要求的动力机器基础都会受到动荷载的影响，在试验中考虑动荷载是十分必要的。然而根据现有的试验条件，直接采用一般1g试验下的加载装置是不可行的，因此需要能考虑土工离心机航行状态下产生的离心力影响的动力加载装置。
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用于土工离心机的电磁式动力加载系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，包括加载装置以及用于力学信号实时控制与监测的控制装置，所述的加载装置包括刚性梁、电磁线圈助动器、伺服电机和加载头，所述的电磁线圈助动器和伺服电机和通过螺栓固定在刚性梁上，所述的加载头安装在电磁线圈助动器正下方，所述的伺服电机连接控制装置并通过电流驱动电磁线圈助动器进行加载，加载时，所述的加载头直接作用在加载平面上，所述的加载装置质量小于35kg。所述的伺服电机为1kW直流伺服电机，控制电磁线圈助动器牵引的最大质量为100kg，电磁线圈助动器在上述质量范围内且在60g以内的离心场中正常牵引和驱动加载头运动。所述的加载头包括S型拉压传感器，所述的S型拉压传感器通过螺纹杆连接电磁线圈助动器，S型拉压传感器长度为4±0.3cm。所述的控制装置通过集成电缆与伺服电机连接，所述的集成电缆包括通信电缆与电源电缆，用于提供220V电源并控制伺服电机。所述的控制装置通过电源电缆与离心机内置的220V直流电源相接，获得供电。所述的控制装置放置于土工离心机航行室内并位于土工离心机激流环附近。所述的控制装置设有用于动力档位调节的旋钮开关以及用于急停的急停按钮。该系统还包括信号可视化装置，所述的信号可视化装置通过通信电缆连接控制装置，所述的信号可视化装置放置在土工离心机主控室，用于加载头数据的可视化输出。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术结构轻巧，可直接通过模型箱来提供反力。可以根据实际试验条件来调节刚性梁与模型箱的相对位置，以此来满足不同的工况条件；(2)本专利技术可实现加载信号的伺服控制，通过合理布置控制系统与信号可视化系统，实现信号传输距离的最短化，从而更加精准的采集信号，满足动力荷载的伺服控制条件；(3)本专利技术涉及到的试验装置各试验部件均可拆卸、调节，操作性强，获取试验数据可靠性强，利用土工离心试验原理，能够有效缩短试验周期，提高试验效率。附图说明图1为本专利技术可用于土工离心机的电磁式动力加载装置的结构示意图。图中，1为刚性梁，2为电磁线圈助动器，3为螺纹孔，4为伺服电机，5为集成电缆，6为螺杆，7为控制装置，8为通信电缆，9为信号可视化装置，10为加载头，11为螺纹杆。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。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例如图1所示，一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，包括加载装置以及用于力学信号实时控制与监测的控制装置7，控制装置7包括控制器，加载装置包括刚性梁1、电磁线圈助动器2、伺服电机4和加载头11，电磁线圈助动器2和伺服电机4通过刚性梁1上的螺纹孔3，用螺杆6固定在刚性梁1上，螺纹孔3可根据实际情况在刚性梁1上进行调节，从而移动电磁线圈助动器2位置。伺服电机4连接控制装置7并牵引电磁线圈助动器2加载，加载头11安装在电磁线圈助动器2上，加载时，加载头11直接作用在加载平面上，加载装置质量小于35kg，可直接使用试验箱作用反力架。该系统还包括信号可视化装置9，信号可视化装置9通过通信电缆8连接控制装置7，信号可视化装置9放置在土工离心机主控室，用于力学信号的可视化输出。信号可视化装置9采用监控电脑等可视化设备，信号可视化装置9通过土工离心机航行室内小型电脑传输到主控室内的监控电脑中，从而实现实时控制与实时监测。本实施例中伺服电机4为1kW直流伺服电机，控制电磁线圈助动器2可牵引的最大质量为100kg，电磁线圈助动器2在上述质量范围内可在60g以内的离心场中正常牵引和驱动加载头11运动。加载头11包括S型拉压传感器，S型拉压传感器通过螺纹杆11连接电磁线圈助动器2，S型拉压传感器轻便小巧，长度为4±0.3cm。控制装置7内置用于控制的集成电路板以及用于散热的小型散热风扇，控制装置7通过集成电缆5与伺服电机4，集成电缆5包括通信电缆8与电源电缆，用于提供电源并控制伺服电机4。控制装置7放置于土工离心机航行室内并置于土工离心机激流环附近，从而减少离心场影响和通信电缆8长度。控制装置7设有用于动力档位调节的旋钮开关以及用于急停的急停按钮，提高整个系统的安全性。控制装置7可根据所设置力的大小调节伺服电机4对电磁线圈助动器2的牵引力，同时可通过集成电缆5采集加载头11数据来实现实时控制。伺服电机4可通过电压信号实时调节电机运行状态，以保证加载头11力学信号输出稳定。本专利技术试验系统基本参数包括，可应用离心场0-60g，动力幅值0-100kg，加载波形点间隔精度2ms，周期荷载最大控制点数100。采用本专利技术电磁式动力加载系统进行土工离心机内的加载试验，其方法包括如下步骤：步骤1：根据试验需求，将刚性梁1固定在模型箱上，将控制装置7固定在离心机激流环附近，接好集成电缆5；步骤2：在土工离心机的控制电脑中装载信号可视化系统，并通过通信电缆8连接控制系统；步骤3：预设加载波形，形成信号可视化系统中的固定格式的文本文件后输入，调试加载装置；步骤4：完成土工离心机装置调试后，关闭航行室，启动离心机；步骤5：等待土工离心机达到所需的离心场后，通过信号可视化系统启动上述试验装置进行加载；步骤6：试验完成后，通过数据可视化系统停止加载，停止离心机；还包括步骤7：根据试验设计，可预设多种加载波形和加载幅值，直接通过信号可视化系统进行荷载施加。上述实施方式仅为例举，不表示对本专利技术范围的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，包括加载装置以及用于力学信号实时控制与监测的控制装置(7)，其特征在于，所述的加载装置包括刚性梁(1)、电磁线圈助动器(2)、伺服电机(4)和加载头(10)，所述的电磁线圈助动器(2)和伺服电机(4)和通过螺栓固定在刚性梁(1)上，所述的加载头(11)安装在电磁线圈助动器(2)正下方，所述的伺服电机(4)连接控制装置(7)并通过电流驱动电磁线圈助动器(2)进行加载，加载时，所述的加载头(11)直接作用在加载平面上，所述的加载装置质量小于35kg。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，包括加载装置以及用于力学信号实时控制与监测的控制装置(7)，其特征在于，所述的加载装置包括刚性梁(1)、电磁线圈助动器(2)、伺服电机(4)和加载头(10)，所述的电磁线圈助动器(2)和伺服电机(4)和通过螺栓固定在刚性梁(1)上，所述的加载头(11)安装在电磁线圈助动器(2)正下方，所述的伺服电机(4)连接控制装置(7)并通过电流驱动电磁线圈助动器(2)进行加载，加载时，所述的加载头(11)直接作用在加载平面上，所述的加载装置质量小于35kg。


2.根据权利要求1所述的一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，其特征在于，所述的伺服电机(4)为1kW直流伺服电机，控制电磁线圈助动器(2)牵引的最大质量为100kg，电磁线圈助动器(2)在上述质量范围内且在60g以内的离心场中正常牵引和驱动加载头(11)运动。


3.根据权利要求1所述的一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统，其特征在于，所述的加载头(11)包括S型拉压传感器，所述的S型拉压传感器通过螺纹杆(12)连接电磁线圈助动器(2)，S型拉压传感器长度为4±0.3cm。

【专利技术属性】
技术研发人员：唐益群，肖思奇，赵文强，周洁，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31