一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置的製作方法

2023-06-13 20:31:06

專利名稱：一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學演示裝置，尤其是涉及一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置。
背景技術：
土工離心模擬試驗技術是當前國內外巖土工程界競相研究和採用的一項物理模擬技術，利用土工離心機產生的離心加速度可以將原型構築物縮小η倍，研究構築物的變形、應力等變化，其試驗內容幾乎已應用到巖土工程的所有領域。國際上已建成的土工離心機近百臺，我國多家高校和科研單位也相繼建成了十多臺大中型土工離心機。隨著離心模擬技術的日臻成熟，離心模擬技術不但成為巖土工程科學研究的重要手段，而且成為解決重大工程關鍵技術問題的有效工具。向工程界和職能部門介紹和推廣離心模擬技術、向巖土專業學生和專業技術人員傳授相關知識和技能、向青少年展示神奇的超重力和有趣的土力學現象，成為巖土教學工作的一項重要任務。由於大中型土工離心機投資大、技術要求高，絕大多數高校無法建設；試驗規模大、運轉時間長，作為大面積的教學和試驗演示並不適合，因此開發同教學和試驗演示要求相適應的教學裝置成為現實需要。目前，已有學者嘗試將微型離心機應用於本科或研究生實驗教學活動中，獲得較好效果。所採用的裝置或結構簡單或利用其它設備改造而成，僅能滿足專業教學需要，功能單一。尚無一種適合不同背景人員的，集展示、教學和實驗於一體的成套裝置。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置。它能夠介紹離心模擬技術和離心模擬試驗基本原理，演示離心機運轉過程中土體及構築物破壞現象，為教師講授巖土類專業知識提供了一種有效的手段，也為普及有關離心模擬知識和學術交流建立一個平臺。本實用新型採用的技術方案是:本實用新型的離心機試驗演示部分布置在整個展示臺的右側，計算機、顯示屏、直流電源、控制面板以及操作室模型、電控櫃模型、操作臺模型布置在展示臺的左側；其中:該離心機試驗演示部分；包括轉臺、轉臂、兩個吊籃、直流電機、減速轉向器，以及稀油站模型、供氣站模型、儀器艙模型和高壓油源模型；離心機的轉臺固定在支撐隔板中央，轉臺上下中心部位安裝軸承，主軸穿過轉臺中心，轉臂置於轉臺上方，轉臂中部與主軸用鍵鎖定，轉臂上方設置儀器艙模型，儀器艙模型和轉臂能隨主軸轉動，兩個吊籃與轉臂兩端分別通過吊籃轉軸連接，兩個微型攝像頭分別裝在轉臂兩端；主軸下端穿過支撐隔板與安裝在下層的減速轉向器的輸出端連接，在主軸與減速轉向器之間設置單向軸承，減速轉向器的輸入端與直流電機連接，離心機外部設置透明罩；直流電機由計算機或通過控制手動控制，在計算機顯示屏設定離心機轉動參數，並顯示吊籃底板處離心加速度。
所述的兩個吊籃，其中一個吊籃設有試驗演示模型，另一個吊籃設有與試驗演示模型重量相等的平衡配重塊。所述的試驗演示模型為軟土地基、堤填邊坡。本實用新型具有的有益效果是:(I)各離心試驗中心在不同場合對自身設備介紹和展示。(2)向非專業人士或學生展示該設備組成和原理。(3)針對非專業人士或學生演示巖土體變形和破壞過程，直觀了解土的基本特性。(4)能夠結合土力學和基礎工程課程開展試驗教學，通過學生的主動參與到達高效學習的效果。(5)通過將控制計算機與外部顯示設備連接，可以直接用於研究成果介紹、學生課堂教學等。綜述所述，本裝置功能齊全，簡單直觀，操作方便，能夠滿足巖土類試驗演示與展示教學的要求。

圖1是本實用新型的結構原理示意圖。圖2是圖1的中心局部放大圖。圖3是圖1的A向視圖。圖4是圖1的D向視圖。圖5是圖1的B-B剖視圖。
圖6是圖1的C-C剖視圖。圖中:1、計算機，2、展示臺，3、電控櫃模型，4、操作室模型，5、操作臺模型，6、顯示屏，7、吊籃，8、上支撐板，9、高強度透明罩，10、滑環，11、儀器艙模型，12、轉臂，13、向心軸承，14、透明隔板，15、稀油站模型，16、主軸，17、單向軸承，18、減速轉向器，19、向心推力軸承，20、直流電機，21、支撐隔板，22、展臺框架，23、直流電源，24、轉臺，25、供氣站模型，26、試驗演示模型，27、微型攝像頭，28、吊籃轉軸，29、高壓油源模型，30、轉速顯示器，31、控制面板。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本實用新型中離心機試驗演示部分布置在整個展示臺2的右側，計算機1、顯示屏6、直流電源23、控制面板31以及操作室模型4、電控櫃模型3、操作臺模型5布置在展示臺2的左側；該離心機試驗演示部分；包括轉臺24、轉臂12、兩個吊籃7、直流電機20、減速轉向器18，以及稀油站模型15、供氣站模型25、儀器艙模型11和高壓油源模型29 ;離心機有效旋轉半徑450mm(旋轉中心至吊籃7放置試件演示模型26的底板)，其旋轉空間高度440mm。該試驗演示部分分為上下2層，上層布置可以轉動的離心機模型，其中，轉臺24、主軸16等用鋼鐵等金屬製成，轉臂12和吊籃7等用輕質金屬(合金鋁)製成。下層布置小離心機模型驅動裝置等，其中包括直流電機20、減速轉向器18，同時在該層還擺放有稀油站模型15、供氣站模型25和高壓油源模型29。小離心機的轉臺24固定在支撐隔板21中央，轉臺24上下中心部位安裝向心軸承13和向心推力軸承19，主軸16通過向心軸承13和向心推力軸承19穿過轉臺24中心，轉臂12置於轉臺24上方，與主軸16用鍵鎖定，轉臂12上方設置儀器艙模型11，儀器艙模型11和轉臂12可以隨主軸16轉動，吊籃7與轉臂12通過吊籃轉軸28連接，離心機靜止時吊籃7下垂，當轉臂12旋轉後，吊籃7隨轉動而擺起，見圖1所示。主軸16下端穿過支撐隔板21與安裝在下層的減速轉向器18的輸出端連接，在主軸16與減速轉向器18之間設置單向軸承17，以防轉臂12和吊籃7旋轉時的轉動慣量損壞設備，減速轉向器18的輸入端與直流電機20連接，當直流電機20轉動，則主軸16也隨之轉動，帶動轉臂12、吊籃7轉動，轉動的吊籃7繞吊籃轉軸28擺起。離心機外部設置高強度的透明罩9，透明罩9上安裝支撐板8，上下層之間除設置支撐板21的部分外其餘部分用透明隔板14隔開。直流電源23和計算機I放置在展示臺2左側中間，22為展臺框架，直流電源23為直流電機20提供動力，直流電機20由計算機I控制，在計算機顯示屏6設定轉動參數，並在控制面板31上的轉速顯示器30顯示離心機轉速。同時還可通過吊籃7附近的微型攝像頭27監視吊籃7上的演示模型26的變化現象。通過計算機I可以介紹離心機試驗原理、已完成試驗的成果等。滑環10安裝在上支撐板8上，滑環10頂部以及稀油站模型15、供氣站模型25和高壓油源模型29內部設置LED演示指示燈。整個展示臺2為框架結構，展示臺2高1000mm、寬1160mm、長2050mm。展示臺2左側臺面布置有操作室4模型和計算機顯示屏6，中間隔板上放置計算機I。演示輔助系統包括離心機各離心試驗輔助系統模型、演示指示燈、轉速顯示器和控制計算機。各離心試驗輔助系統模型包括操作室模型4、操作臺模型5、電控櫃模型3、稀油站模型15、供氣站模型25、高壓油源模型29和儀器艙模型11等。其中，操作室模型4用透明的有機玻璃製成，其他模型可採用塑料。操作臺模型5和電控櫃模型等擺放在操作室內；稀油站模型15、試驗氣站和試驗油站等模型放置在離心機下層的空間；儀器艙模型11放置在離心機轉臂中心上部。上述各模型並不參與到採用微型離心機開展的試驗中，主要是用於介紹離心機及其附屬設 備的組成和安裝位置。演示指示燈安裝在需要演示的各個部位，在控制計算機的控制下發出閃爍，輔助教學演示和設備介紹。如，當介紹離心機吊籃時，計算機控制安裝在吊籃上的指示燈有規律的閃爍，指示吊籃所在位置。轉速顯示器能夠同時顯示微型離心機的轉速和對應離心機加速度與重力加速度的比值，形象化講解離心模擬基本原理。控制計算機可以同微型離心機的控制計算機共用，通過計算機操作界面控制演示指示燈開關和轉速顯示器讀數，介紹離心機組成、工作原理和離心模擬基本原理；另外，該計算機還能用於學術交流中的研究成果介紹。下面是本實用新型的實施例:實施例1:用作試驗演示:將試驗演示模型(如軟土地基、堤填邊坡等)26放置在一個吊籃7底板並固定牢固，在另一個吊籃7放置同樣的重量的配重物體，設置轉動速度啟動離心機，開啟微型攝像頭監控軟體，通過計算機顯示屏6觀察模型變化。實施例2:用作展示:開啟計算機1，通過依次點選計算機顯示屏6上顯示的控制按鈕控制不同位置演示指示燈閃爍，依次介紹離心機各部分名稱和功能；啟動微型離心機介紹離心機工作原理，通過轉速顯示器30上離心加速度。
權利要求1.一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置，其特徵在於:離心機試驗演示部分布置在整個展示臺(2)的右側，計算機(I)、顯示屏(6)、直流電源(23)、控制面板(31)以及操作室模型(4)、電控櫃模型(3)、操作臺模型(5)布置在展示臺(2)的左側； 該離心機試驗演示部分；包括轉臺(24)、轉臂(12)、兩個吊籃(7)、直流電機(20)、減速轉向器(18)，以及稀油站模型(15)、供氣站模型(25)、儀器艙模型(11)和高壓油源模型(29);離心機的轉臺(24)固定在支撐隔板(21)中央，轉臺(24)上下中心部位安裝軸承，主軸(16)穿過轉臺(24)中心，轉臂(12)置於轉臺(24)上方，轉臂(12)中部與主軸(16)用鍵鎖定，轉臂(12)上方設置儀器艙模型(11)，儀器艙模型(11)和轉臂(12)能隨主軸(16)轉動，兩個吊籃(7 )與轉臂(12 )兩端分別通過吊籃轉軸(28 )連接，兩個微型攝像頭(27 )分別裝在轉臂(12)兩端；主軸(16)下端穿過支撐隔板(21)與安裝在下層的減速轉向器(18)的輸出端連接，在主軸(16 )與減速轉向器(18 )之間設置單向軸承(17 )，減速轉向器(18 )的輸入端與直流電機(20)連接，離心機外部設置透明罩(9);直流電機(20)由計算機(I)或通過控制手動控制，在計算機顯示屏(6 )設定離心機轉動參數，並顯示吊籃(7 )底板處離心加速度。
2.根據權利要求1所述的一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置，其特徵在於:所述的兩個吊籃(7)，其中一個吊籃設有試驗演示模型，另一個吊籃設有與試驗演示模型重量相等的平衡配重塊。
3.根據權利要求2所述的一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置，其特徵在於:所述的試驗演示模型為軟土`地基、堤壩邊坡。
專利摘要本實用新型公開了一種土工離心模擬技術試驗演示與展示教學裝置。離心機試驗演示部分布置在整個展示臺的右側，計算機、顯示屏、直流電源、控制面板以及操作室模型、電控櫃模型、操作臺模型布置在展示臺的左側。本實用新型針對非專業人士或學生演示巖土體變形和破壞過程，直觀了解土的基本特性；能夠結合土力學和基礎工程課程開展試驗教學，通過學生的主動參與到達高效學習的效果；通過將控制計算機與外部顯示設備連接，可以直接用於研究成果介紹、學生課堂教學等。綜述所述，本裝置功能齊全，簡單直觀，操作方便，能夠滿足巖土類試驗演示與展示教學的要求。
文檔編號G09B23/10GK203102687SQ201220727609
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者孔令剛, 陳雲敏, 韓連兵, 安玉鵬, 邵康, 姚罡, 黃錦舒 申請人:浙江大學