用於離心設備的顆粒狀物質供給裝置的製作方法
2023-10-25 18:52:42 2
專利名稱：用於離心設備的顆粒狀物質供給裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及巖土工程中的離心模型試驗裝置，尤其是涉及一種用於離心模型試驗 中的顆粒狀物質供給裝置。
背景技術：
離心模型試驗是巖土工程的重要研究手段之一，在國內外被廣泛採用。然而，由 於離心模型試驗中模型箱在離心機中高速運轉，土所受的離心加速度高達幾十甚至上百倍 的重力加速度，自由下落土粒在其作用下會高速運動，且相應的控制機構運動較Ig困難很 多，因此在離心模型試驗中控制砂土的供給速度、高度等方面面臨著較大挑戰。例如，在土木仿真實驗中，需要向高速旋轉的離心機中供給砂，以例如模擬高速旋 轉的鑽機中的實時沙土鑽探中鑽杆的力學分析。由於離心機的轉速很快，從而採用普通的 人為控制直接供砂或者進行電磁閥來控制供砂的方法難以滿足該工藝條件，因為在高速離 心機的工況下，電磁控制往往容易失靈。
發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的 在於提出一種可實現對例如砂土的顆粒狀物質供給速率的控制的用於離心模型試驗的離 心設備的顆粒狀物質供給裝置，該裝置可以滿足高速旋轉的離心設備的顆粒狀物質供給工 況。根據本發明的顆粒狀物質供給裝置，包括至少一個顆粒狀物質容器，所述顆粒狀 物質容器的底部設置有顆粒狀物質供給口，被容納於所述顆粒狀物質容器中的顆粒狀物質 通過所述顆粒狀物質供給口被向外供給；與顆粒狀物質容器對應並與所述顆粒狀物質容器 固定的至少一個顆粒狀物質埠開關單元，每個顆粒狀物質埠開關單元包括氣缸，所述 氣缸內設置有活塞；以及控制杆，所述控制杆的一端連接至所述活塞，以在氣缸的作用下控 制所述顆粒狀物質供給口的開閉。根據本發明的顆粒狀物質供給裝置，能夠在離心模型試驗過程中實現對顆粒狀物 質供給速率及流量的控制，並且系統簡單，控制方便，成本低。另外，根據本發明的顆粒狀物質供給裝置還具有如下附加技術特徵所述顆粒狀物質供給裝置進一步包括延長杆，所述延長杆連接在所述控制杆下 端，可隨控制杆的伸縮而上下移動，且其向下移動可封閉所述顆粒狀物質供給口。所述延長杆的直徑不小於所述顆粒狀物質供給口的直徑。所述顆粒狀物質供給口向下具有預定的錐度，且直徑向下逐漸變小，所述控制杆 的直徑大於所述顆粒狀物質供給口處的最小直徑。所述氣缸設置有設置在活塞兩側的第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口 和第二進氣口適於與外部氣壓力控制系統進行連通，以讓氣缸推動所述控制杆進行豎向伸 縮運動。
在本發明的一種實施方式中，所述顆粒狀物質供給裝置包括兩個顆粒狀物質容 器和與所述顆粒狀物質容器對應的顆粒狀物質埠開關單元，所述顆粒狀物質埠開關單 元的第一進氣口分別連接至第一氣壓力控制系統，所述顆粒狀物質埠開關單元的第二進 氣口分別連接至第二氣壓力控制系統，以對所述顆粒狀物質容器的顆粒狀物質供給口進行 同步地打開和關閉。所述顆粒狀物質容器的下端呈漏鬥形。所述顆粒狀物質容器為透明材質製成，便於在離心模型試驗中進行對顆粒狀物質 速度、流量等性狀的觀察。所述顆粒狀物質供給裝置進一步包括延長套，所述延長套的上端固定在顆粒狀物 質供給口處。可便於顆粒狀物質從顆粒狀物質供給口向外排出並直接供給到外部的容器 中，避免顆粒狀物質的洩漏。所述延長套由彈性材料製成。根據本發明的顆粒狀物質供給裝置可用於多種顆粒狀物質，通用性高，控制方便。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發明的實施例的砂供給裝置在離心模型試驗中的示意圖；圖2是根據本發明的砂供給裝置的第一個實施例在離心模型試驗中的剖面示意 圖；以及圖3是根據本發明的砂供給裝置在離心模型試驗中的第二個實施例的剖面示意 圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語「內」、「外」、「上」、「下」等指示的方位或位置關係為基於 附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方 位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。下面參考圖1-圖3描述根據本發明實施例的砂供給裝置。在本發明的描述中，顆 粒狀物質以砂土為例來進行說明。與顆粒狀物質相關聯的技術特徵均替換成砂土所對應的 技術特徵。此外，需要說明的是，本發明的顆粒狀物質供給裝置可以用於各種離心設備，用 於供給顆粒狀物質，例如土木模擬實驗中所使用的土工離心試驗機。如圖1所示，根據本發明的一種用於離心設備的砂供給裝置，包括至少一個砂容 器1和至少一個砂埠開關單元2，其中砂埠開關單元2與砂容器1相對應與砂容器1固 定。
砂容器1的底部設置有出砂口 11，被容納於砂容器1中的砂通過出砂口 11被向外 供給。可選地，砂容器1的下端呈漏鬥形，出砂口 11形成在該漏鬥形砂容器的最下端。在 本發明的一個示例中，砂容器1可由透明材質製成。這樣，可便於在離心模型試驗中進行對 砂土速度、流量等性狀的觀察。砂埠開關單元2包括氣缸21和控制杆22。其中，在氣缸21內設置有活塞211， 而在氣缸21外部通過離心機滑環6與氣壓力控制系統7相連接，從而通過氣壓力控制系統 7來控制氣缸21的活塞運動。控制杆22的一端連接至活塞211，以控制出砂口 11的開閉。 具體地，在控制杆22下端連接有延長杆23，延長杆23可隨控制杆22的伸縮而上下移動，且 其向下移動可封閉出砂口 11。延長杆23的直徑不小於出砂口 11的直徑。在本發明的另一個示例中，出砂口向下具有預定的錐度，且直徑向下逐漸變小，控 制杆22的直徑大於出砂口處的最小直徑。在本發明的再一個示例中，該砂供給裝置還進一步包括延長套3，延長套3的上端 固定在出砂口 11處。可選地，延長套3由彈性材料製成，可便於砂土從出砂口 11向外排出 並直接供給到外部的容器中，避免漏砂。下面將通過兩個實施例來介紹砂供給裝置在進行離心模型試驗時的控制過程。如圖2所示，根據本發明的第一個實施例的砂供給裝置，砂埠開關單元2中的氣 缸21上形成有第一進氣口 12和第二進氣口 13，其中第一進氣口 12和第二進氣口 13分別 形成在活塞211的上下兩側，且適於與外部第一氣壓力控制系統4和第二氣壓力控制系統 5分別進行連通，以讓氣缸21推動控制杆22進行豎向伸縮運動。第一個示例，當砂容器1的數目為1個時，則與其對應的砂埠開關單元2的數目 也為1個。在本示例中，根據本發明的砂供給裝置在離心模型試驗時，首先調整氣缸21及其 控制杆22，以推動延長杆23向下移動封閉出砂口。再在砂容器1中裝上所需量的砂土，並 將氣缸21通過離心機滑環與氣壓力控制系統相連通，其中，第一進氣口 12與第一氣壓力控 制系統4連通，而第二進氣口 13與第二氣壓力控制系統5連通。然後啟動離心機，開始增 加離心加速度至設定值。之後，再啟動第一、第二氣壓力控制系統，使得通過位於活塞211 上部的第一進氣口 12進入的氣壓低於位於活塞211下部的第二進氣口 13進入的氣壓，從 而使得活塞211向上移動，帶動了控制杆22向上移動，而後使得延長杆23開始上移，逐漸 脫離出砂口 11，這樣，砂土便能從出砂口 11中供給到外部。需要在砂容器1中繼續裝砂土時，可啟動第一、第二氣壓力控制系統，使得通過位 於活塞211上部的第一進氣口 12進入的氣壓高於位於活塞211下部的第二進氣口 13進入 的氣壓，從而使得活塞211向下移動，帶動了控制杆22向下移動，而後使得延長杆23開始 下移，逐漸封閉出砂口 11，封閉出砂口 11後即可裝砂。需要說明的是，砂容器1的數目為多個例如為兩個，則與其對應的砂埠開關單 元2的數目也為兩個(圖未示)。兩個砂容器1和與砂容器1對應的砂埠開關單元2，兩個砂埠開關單元2的第 一進氣口 12分別連接至第一氣壓力控制系統4，兩個砂埠開關單元2的第二進氣口 13分 別連接至第二氣壓力控制系統5，以對兩個砂容器1的出砂口 11進行同步地打開和關閉。本示例中的砂供給裝置的工作過程與上一個示例中一致，不同之處僅在於，第一氣壓力控制系統4與第二氣壓力控制系統5分別連通並同時控制兩個氣缸同步運動。如圖3所示，根據本發明的第二個實施例的砂供給裝置，氣缸21上只形成有第一 進氣口 12，該第一進氣口 12設在活塞的上側，與第一氣壓力控制系統4相連通。這樣，第一 氣壓力控制系統4可通過控制氣缸21，使得活塞211上下運動使得控制杆22帶動延長杆 23伸縮運動。根據本發明的砂供給裝置在離心模型試驗工作時，首先調整氣缸21及其控制杆 22，以推動延長杆23向下移動封閉出砂口。再在砂容器1中裝上所需量的砂土，將氣缸21 通過離心機滑環與第一氣壓力控制系統相連通。然後啟動離心機，開始增加離心加速度至 設定值。之後，再啟動氣壓力控制系統逐漸增大氣壓力，控制氣缸21的活塞211帶動控制 杆22向上移動，從而使得延長杆23開始上移，逐漸脫離出砂口 11，這樣，砂土便能從出砂口 11中供給到外部。同樣地，根據本發明的砂供給裝置的砂容器1和與其對應的砂埠開關單元2的 數目為多個例如為兩個時(圖未示)，其工作過程與砂容器1和砂埠開關單元2的數目 為1個時的工作過程一致，不同之處僅在於第一氣壓力控制系統連通並同時控制兩個氣缸 進行同步運動。另外，本發明的其中一個示例中，砂供給裝置的出砂口 11下端的直徑是可以調整 變化的，可以根據砂土的顆粒形狀、粒徑級配等特性以及離心加速度條件，調試合適的出砂 口尺寸，可用於調整合適的出砂速率，同時，延長杆23的直徑也隨之變化。而出砂量可通過 砂容器的裝砂量來控制。根據本發明的顆粒狀物質供給裝置，能夠在離心模型試驗過程中實現對例如砂土 的顆粒狀物質的供給速率及流量的控制，並且系統簡單，控制方便，成本低。另外，根據本發 明的顆粒狀物質供給裝置可用於多種砂土，通用性高。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不 脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
一種用於離心設備的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，包括至少一個顆粒狀物質容器，所述顆粒狀物質容器的底部設置有顆粒狀物質供給口，被容納於所述顆粒狀物質容器中的顆粒狀物質通過所述顆粒狀物質供給口被向外供給；與顆粒狀物質容器對應並與所述顆粒狀物質容器固定的至少一個顆粒狀物質埠開關單元，每個顆粒狀物質埠開關單元包括氣缸，所述氣缸內設置有活塞；以及控制杆，所述控制杆的一端連接至所述活塞，以在氣缸的作用下控制所述顆粒狀物質供給口的開閉。
2.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，進一步包括延長杆，所述 延長杆連接在所述控制杆下端，可隨控制杆的伸縮而上下移動，且其向下移動可封閉所述 顆粒狀物質供給口。
3.根據權利要求2所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述延長杆的直徑不小 於所述顆粒狀物質供給口的直徑。
4.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述顆粒狀物質供給口 向下具有預定的錐度，且直徑向下逐漸變小，所述控制杆的直徑大於所述顆粒狀物質供給 口處的最小直徑。
5.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述氣缸設置有設置在活塞兩側的第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口和第二進氣口適於與外部氣壓力控制系統進行連通，以讓氣缸推動所述控制杆進行豎向伸縮運動。
6.根據權利要求5所述的顆粒狀物質供給裝置，包括兩個顆粒狀物質容器和與所述 顆粒狀物質容器對應的顆粒狀物質埠開關單元，所述顆粒狀物質埠開關單元的第一進 氣口分別連接至第一氣壓力控制系統，所述顆粒狀物質埠開關單元的第二進氣口分別連 接至第二氣壓力控制系統，以對所述顆粒狀物質容器的顆粒狀物質供給口進行同步地打開 和關閉。
7.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述顆粒狀物質容器的 下端呈漏鬥形。
8.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述顆粒狀物質容器為 透明材質製成。
9.根據權利要求1所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，進一步包括延長套，所述 延長套的上端固定在顆粒狀物質供給口處。
10.根據權利要求9所述的顆粒狀物質供給裝置，其特徵在於，所述延長套由彈性材料 製成。
全文摘要
本發明公開了一種顆粒狀物質供給裝置，包括至少一個顆粒狀物質容器，所述顆粒狀物質容器的底部設置有顆粒狀物質供給口，被容納於所述顆粒狀物質容器中的顆粒狀物質通過所述顆粒狀物質供給口被向外供給；與顆粒狀物質容器對應並與所述顆粒狀物質容器固定的至少一個顆粒狀物質埠開關單元，每個顆粒狀物質埠開關單元包括氣缸，所述氣缸內設置有活塞；以及控制杆，所述控制杆的一端連接至所述活塞，以在氣缸的作用下控制所述顆粒狀物質供給口的開閉。根據本發明的顆粒狀物質供給裝置，能夠在離心模型試驗過程中實現對顆粒狀物質供給速率及流量的控制，並且系統簡單，控制方便，成本低。
文檔編號B04B11/00GK101912826SQ201010225660
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者張嘎, 張建民, 王麗萍, 王睿, 鄭瑞華 申請人:清華大學