靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置及方法與流程
2023-09-16 21:57:45
本發明涉及地基-工具機系統中床身精度的領域，也涉及基礎與床身的連接結構-墊鐵，更涉及到墊鐵調控床身精度的實驗方法，可應用到實驗設備領域。
背景技術：
近幾年來，隨著國務院實施多個重點專項計劃，政府持續加大對航空航天、核電風電、鐵路機車、船舶艦艇、交通運輸等重點工程的投入力度。工程設備的關鍵零部件均為大尺寸、重噸位、高精度工件，要想承接加工這樣的典型零件，就必須開發高水平的大型、重型、超重型數控工具機。高精度工具機是加工零件的重要基礎，對精度要求很高。受外部載荷的作用，環境溫度，潮溼度等很多因素的影響，工具機的地基容易出現不均勻沉降的危害，地基的不均勻沉降可以通過不同的途徑進行防治。實驗方法是最節省時間，最有效的研究方法，其中，模型實驗室按照比例縮尺復原工程結構，可實現模擬對象的可監測、多條件控制，可重複，是研究工程結構受力變形的有效手段，通過對基礎模型及床身的變性調控實驗，可用於真實工具機-基礎系統中的床身變形調控。此案城測試雖然可以直觀反映不均勻沉降問題，但造價較高且難以進行多影響因素控制下的重複實驗，模型實驗則能保證這個優點，因此有必要研究可以調控床身精度的實驗方法。
傳統的基礎結構與工具機連接件-墊鐵是通過地腳螺栓直接放置，沒有調控功能，無法對床身微小的變化進行調控。本次發明的實驗裝置及方法採用新型的靜壓墊鐵調控裝置可以準確實現對床身精度的調控。
技術實現要素：
本發明的目的在於，克服現實工具機中的精度調控問題，提出了一種墊鐵調控床身精度的實驗方法。
本發明是採用以下技術手段實現的：
一種靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置，該實驗裝置包括靜壓系統1、豎向變形裝置2、位移傳感器a3、壓力傳感器a4、預製板5、軌道6、圓柱墊鐵7、位移傳感器b8、滑杆9、位移傳感器c10、位移傳感器d11、床身12、壓力傳感器b13、基礎模型箱14。
該實驗裝置中，基礎模型箱14置於水平面上，將基礎模型箱14劃分為多個小格室，預製板5置於每個小格室上部並且能夠在格室內豎向軌道6上滑動，小格室內部裝有豎向變形裝置2，其由旁邊的液壓系統1控制升降，位移傳感器a3與壓力傳感器a4分別被貼於豎向變形裝置2的左右兩側；在基礎模型箱14的上表面，床身由圓柱墊鐵7及其內部的滑杆9與基礎模型箱14連接，位移傳感器c10與位移傳感器d11均貼在床身12的外表面；滑杆9在圓柱墊鐵7內由液壓系統1控制升降，位移傳感器b8與壓力傳感器b13均貼於圓柱墊鐵7的外側。
本發明的實驗方法首先構造出工具機-基礎系統模型，包括床身、墊鐵調控裝置、基礎三部分結構；然後，墊鐵調控裝置是由圓柱形墊鐵及靜壓系統組成；基礎結構做成實驗模型箱，模型箱內部分為若干個土工格室，土工格室上層採用預製板，內部裝有多個豎向變形裝置，用來真實模擬基礎的不均勻沉降。然後，將初始狀態下，豎向變形裝置的上端在同一位置連成一個水平平面形成支撐；再將床身重載通過墊鐵調控裝置與基礎上平面連接；然後調節豎向變形裝置上下交錯，模擬不均勻沉降；最後，通過墊鐵調控裝置，靜壓系統調節圓柱墊鐵內部的滑杆，實現對床身的調控，從而保證了工具機加工精度。
工作機理：
1).建立基礎-工具機系統模型。根據實際的工具機與基礎的尺寸進行縮放比例，來達到符合實驗條件長、寬、高的模型；
2).構建基礎土工格室層。根據實驗方法設計的土工格室大小尺寸以及內部導軌結構，土工格室上層採用可以滑動的預製板，內部裝有多個豎向變形裝置，用來真實模擬基礎的不均勻變形；
3).填充地基層。選取合適的土質填充於基礎土工格室內，想成地基層，並在底基層土工格室內埋設壓力傳感器、位移傳感器；
4).構建靜壓墊鐵調控裝置。此裝置主要由靜壓系統和墊鐵部分組成，其中墊鐵做成空心圓柱體，旁邊裝有壓力傳感器、位移傳感器；內部滑杆根據傳感器數據由靜壓系統控制，上下滑動，調控床身的傾斜；
5).放置床身模型。床身初始狀態置於水平墊鐵上，由兩邊的吸鐵石緊密接觸，床身貼附有位移傳感器；
6).模擬基礎不均勻沉降。根據實驗中設定的沉降位置，同時調節多個豎向變形裝置交錯升降，模擬真實的基礎變形；
7).採集數據調控床身傾斜。在基礎變形的條件下，床身會發生傾斜，通過床身上的位移傳感器數據，靜壓系統根據墊鐵上壓力傳感器數據來調節滑杆的升降，最後由墊鐵上的位移傳感器數據顯示調節數據，使得床身恢復水平狀態。
實驗中採用以上設計方案，其優點是：
(1)基礎模型簡單模擬了基礎的不均勻沉降，可以根據不同的實驗要求，調節基礎的沉降量、沉降速度等。
(2)通過靜壓系統來控制調控裝置，可以實現對墊鐵滑杆的升降量的精確控制。
(3)一些影響工具機精度的環境因素可以在實驗模型中易於控制。
(4)測量傳感器易於監測整個實驗中受力以及位移數據。
(5)實驗裝置構造簡單，成本低，操作性強，可以廣泛用於實驗中。
附圖說明
圖1為靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置初始狀態圖；
圖2為靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置變形調節圖；
圖3為基礎土工格層；
圖中：1為靜壓系統、2為豎向變形裝置、3為位移傳感器、4為壓力傳感器、5為預製板、6為軌道、7為圓柱墊鐵、8為位移傳感器、9為滑杆、10，11為位移傳感器、12為床身、13為壓力傳感器、14為基礎模型箱。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本發明進行詳細描述。
圖1為靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置初始狀態，初始狀態時，基礎層豎向變形裝置處於同一水平位置，墊鐵內的滑杆也同時處於水平狀態。
圖2為靜壓墊鐵調控床身精度的實驗裝置變形後調節圖，當豎向變形相互交錯升降時，此時模擬了基礎的不均勻沉降；床身發生傾斜，靜壓墊鐵調控裝置中的滑杆進行升降，保證床身的水平狀態。
圖3為基礎土工格室層，基礎層模型劃分成多個格子，每個格子上層放置可以滑動的預製板，內部裝有豎向變形裝置，調節豎向變形裝置的交錯升降，真實模擬地基基礎的不均勻沉降。
本發明的靜壓墊鐵調控床身精度的實驗方法，通過以下步驟來實現：
1).建立基礎-工具機系統模型。根據實際的工具機與基礎的尺寸進行縮放比例，來達到符合實驗條件長、寬、高的模型；
2).構建基礎土工格室。根據實驗方法設計的土工格室大小尺寸以及內部導軌結構，土工格室上層採用可以滑動的預製板，內部裝有多個豎向變形裝置，用來真實模擬基礎的不均勻變形；
3).填充地基層。選取合適的土質填充於基礎土工格室內，想成地基層，並在底基層土工格室內埋設壓力傳感器、位移傳感器；
4).構建靜壓墊鐵調控裝置。此裝置主要由靜壓系統和墊鐵部分組成，其中墊鐵做成空心圓柱體，旁邊裝有壓力傳感器、位移傳感器；內部滑杆根據傳感器數據由靜壓系統控制，上下滑動，調控床身的傾斜；
5).放置床身模型。床身初始狀態置於水平墊鐵上，由兩邊的吸鐵石緊密接觸，床身貼附有位移傳感器；
6).模擬基礎不均勻沉降。根據實驗中設定的沉降位置，同時調節多個豎向變形裝置交錯升降，模擬真實的基礎變形；
7).採集數據調控床身傾斜。在基礎變形的條件下，床身會發生傾斜，通過床身上的位移傳感器數據，靜壓系統根據墊鐵上壓力傳感器數據來調節滑杆的升降，最後由墊鐵上的位移傳感器數據顯示調節數據，使得床身恢復水平狀態。