[实用新型]高g值土工离心试验四维机械手

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械手，特别是涉及两种高g值土工离心试验四维机械手。

背景技术

理论研究与工程实践中，常应用相似模型来研究某一物体的属性。在土工模型试验中，以非线性弹塑性的土体为对象，用惯性离心力来模拟重力，改善模型的相似性，可克服理论计算中土性指标与简化假定不符实际的影响，也可减少耗资，费时的原型观测。这样的模型试验，称之为土工离心模型试验，产生惯性力的设备就是离心机。

土工离心模型试验范围相当广泛，如边坡稳定，坝体渗流、管涌、心墙裂缝、挡土墙压力、隧洞岩土压力、以及地基承载力等的静力和动力问题。也可利用离心机研究土工建筑物的各类问题，如加筋土、混凝土连续墙、桩基、锚桩、饱和砂基液化等。

土工离心模型试验中，传统的方法一般是采用预埋传感器及其它试验装置进行测试，无法实现动态工程试验。随着模拟技术、测试仪器和数据采集系统极为迅速的发展。土工离心模型能否再现原型特性，以及能否从试验中取得更多信息和可靠的数据，成为土工离心模型试验技术发展和应用的关键。岩土工程的性状在很大程度上与施工、运行过程有关。也就是说工程施工中诸如入桩方式、开挖顺序、分层填筑、受荷水位变化等因素将直接影响土体的应力历史、应力水平和应力路径。为了更真实的反映实际工程的运行情况，很多离心模型试验要求能在离心机高速运行的条件下进行动态过程模拟。

土工离心机机械手正是为了满足完成土工离心试验中各种动态施工过程模拟的专用设备，机械手在试验过程中可携带不同的工具，完成不同的过程模拟，并且可在规定的作业范围内实现不停机操作。操作人员只需通过远程的计算机输入指令对机械手实施控制。这样就大大提高了土工离心模型实验的准确性和可靠性。为土木工程的设计、投标评估和开发新的施工技术研究提供可靠的技术支持。

由于在离心场下需要模拟的动态过程种类繁多，有些需要用专门的设备来进行模拟，但一些具有普遍性的工程模拟过程能够采用通用的运行机构配以不同的工具及控制来完成。这种通用的运行机构即是离心机四维运行机械手。这种机械手具备三轴平动和一轴转动的基本功能。

土工离心机机械手的出现是最近二十多年的事情，主要为了满足动态离心模型试验要求，随着动态离心模型试验技术的逐渐成熟并广泛应用，离心机机械手在结构功能上也得到了很快的发展。

离心机机械手最早应用于桩基础的模型试验中。早期的机械手功能较单一。随着试验的发展要求，离心机机械手逐渐发展为一种能在离心机高速运行过程中连续完成多种试验操作的多功能四轴机械手系统或针对某些专门的试验要求开发的专用设备。现在的离心机机械手一般能被远程控制，在操纵方面实现了完全自动化。

典型的四轴机械手系统有四个自由度，分别是：沿X、Y、Z轴的线位移和垂直于X、Y平面的角位移。这种机械手能够执行多种试验动作，而且更灵活有力。目前应用比较成熟的离心机四维机械手多采用电动机驱动，X、Y、Z方向的平动经过丝杆螺母或齿轮齿条过行转换，角位移直接采用电动机输出或气动马达等。这种电动机驱动的四维运行机械手具有结构紧凑，安装配置相对方便，驱动简单，运行精度高，空间利用率大(相对整体结构，有效行程大)等优点。

成熟的电动机驱动四维机械手由于受到结构空间和使用条件(高g值)限制，这类机械手不可能不受限制选用大尺寸电动机，这样就大大限制了此类机械手的动作力度(各方向出力)，另外，由于电动机本身以及复杂的传动结构对变形的要求等，不能满足Z方向一定角度可以变动调节要求使得此类机械手的离心场适应能力有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题而提供一种动作力度大、液压驱动、能满足高离心场试验条件、有效行程更长、空间利用率大的的高g值土工离心试验四维机械手。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：