[发明专利]一种用于土工离心机的电磁式动力加载系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明具有如下优点：

(1)本发明结构轻巧，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；