一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置,重型機(jī)床與基礎(chǔ)采用栓接方式連接，橫梁與立柱滑動連接來引入結(jié)合面特性，可實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的立柱與橫梁的更換，膠接有基礎(chǔ)邊界模擬橡膠的基礎(chǔ)填埋在填土腔內(nèi)的填土中，填土腔中的填土可更換，采用帶有圓錐的人工截取區(qū)作為填土腔的邊界，實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)平裝置支撐，可以用于研究重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)靜、動特性及不均勻沉降的影響，便于更換不同類型機(jī)床、不同土壤進(jìn)行試驗(yàn)。
【專利說明】一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于重型機(jī)床制造與地基基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]重型機(jī)床是衡量一個(gè)國家技術(shù)平和綜合國力的戰(zhàn)略物資，因其具有大自重、大載荷等特點(diǎn)，床身、立柱等大尺度構(gòu)件的工作精度和壽命均直接受地基與土的影響。由于未考慮重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基相互之間的作用，工程實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)受周邊環(huán)境振動引起的崩刀、地基沉降導(dǎo)致加工精度無法保證等現(xiàn)象，而且無論是對于靜力還是動力特性研究，考慮重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基相互之間的作用計(jì)算出的結(jié)果與假定地基為剛性所得到的結(jié)論差距較大，因此,需要將重型機(jī)床-復(fù)合地基-土整體考慮建立系統(tǒng)模型。
[0003]為了提高重型機(jī)床的加工精度，考慮外界環(huán)境因素(臨近機(jī)床、建筑施工、天吊等)對重型機(jī)床運(yùn)動精度的影響，研究重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，需要建立一種基于重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004]為了預(yù)測重型機(jī)床不均勻沉降對機(jī)床精度的影響規(guī)律，因重型機(jī)床載荷分布不均造成地基-基礎(chǔ)系統(tǒng)隨時(shí)間的不均勻沉降，工作臺在局部產(chǎn)生變形，從而引起靜壓導(dǎo)軌的變形，破壞靜壓導(dǎo)軌油膜形成條件，重型機(jī)床不能正常工作。
[0005]為了節(jié)約重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置因不通用而帶來的資源浪費(fèi)，需要建立一種可實(shí)現(xiàn)不同重型機(jī)床、不同形式基礎(chǔ)、不同土層具有互換性的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]為了真實(shí)的反應(yīng)重型數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)之間栓接結(jié)合面、橫梁與立柱靜壓導(dǎo)軌結(jié)合面、基礎(chǔ)與地基結(jié)合面、人工邊界等結(jié)合部對機(jī)床精度的影響，需要構(gòu)建一種考慮結(jié)合面特性的重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。
[0007]因此，為了建立更加符合現(xiàn)實(shí)工況的分析實(shí)驗(yàn)裝置，提高重型機(jī)床的加工精度，節(jié)約因地基不均勻沉降帶來的維修成本，需要將重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基整體考慮建立系統(tǒng)相互作用實(shí)驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提出了一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置，其通過實(shí)驗(yàn)裝置研究基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)對重型機(jī)床精度的影響，針對不同重型機(jī)床、不同形式基礎(chǔ)、不同土壤，可實(shí)現(xiàn)互換性的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置包括調(diào)平底座、調(diào)平螺母、人工邊界模擬橡膠、填土腔、上端蓋開啟鉸鏈、激振口、基礎(chǔ)邊界模擬橡膠、重型機(jī)床立柱、重型機(jī)床橫梁、立柱栓接孔、混凝土基礎(chǔ)、上端蓋、上端蓋鎖緊螺母、地基支撐裝置、上端蓋鎖緊孔、上端蓋基礎(chǔ)孔、橫梁燕尾槽、位移傳感器、應(yīng)變傳感器，位移傳感器包括位移傳感器a以及一組位移傳感器b。
[0010]重型機(jī)床橫梁通過橫梁燕尾槽與重型機(jī)床立柱連接，同時(shí)保證重型機(jī)床立柱與立柱栓接孔同心栓接；人工邊界模擬橡膠膠接在地基支撐裝置上，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠膠接在混凝土基礎(chǔ)上，混凝土基礎(chǔ)與基礎(chǔ)邊界模擬橡膠固定于填土腔的填土中；在上端蓋兩側(cè)挖出激振口 ；位移傳感器a固定于重型機(jī)床橫梁幾何中心，用以實(shí)現(xiàn)重型機(jī)床刀尖點(diǎn)的動態(tài)特性檢測的目的，位移傳感器b為一組位移傳感器，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)承載變形檢測的目的；應(yīng)變傳感器同樣為一組應(yīng)變傳感器，與位移傳感器b并列布置于混凝土基礎(chǔ)中，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)靜態(tài)特性檢測的目的；為保證傳感器的準(zhǔn)確測量，將上述傳感器布置于混凝土基礎(chǔ)中距離上表面為基礎(chǔ)高度的1/4處。
[0011]實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)平螺母帶動調(diào)平螺母完成裝置的調(diào)平，上端蓋與地基支撐裝置通過上端蓋開啟鉸鏈鉸接，拆下上端蓋鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)上端蓋的開啟，混凝土基礎(chǔ)上表面與上端蓋的上端蓋基礎(chǔ)孔大小相同，人工邊界模擬橡膠用以模擬粘-彈性人工截取的邊界條件，相當(dāng)于在人工邊界上同時(shí)設(shè)置阻尼器和彈簧；然后，將人工填土置于填土腔中并夯實(shí)，在填土腔中預(yù)埋傳感器，填土腔內(nèi)的填土可根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行更換以研究不同土壤系統(tǒng)的靜、動特性影響，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠用以模擬基礎(chǔ)與土接觸面邊界條件，相當(dāng)于在混凝土基礎(chǔ)與土層結(jié)合面上設(shè)置阻尼器和彈簧；然后填埋進(jìn)夯實(shí)在填土腔中的土壤內(nèi)，可根據(jù)不同基礎(chǔ)形式更換混凝土基礎(chǔ)，重型機(jī)床立柱通過上端蓋基礎(chǔ)孔與立柱栓接孔平行栓接在混凝土基礎(chǔ)上，來模擬栓接結(jié)合面特性。
[0012]該裝置工作時(shí)，外部激勵(lì)器通過激振口作為系統(tǒng)的振源，激勵(lì)以波的形式通過填土腔中填土傳播，人工邊界模擬橡膠將半無限空間的土壤截?cái)?，用以代替截?cái)嗪筮吔缣匦?，傳播到人工邊界模擬橡膠中的激勵(lì)等效為在半無限空間的土壤中傳播，一部分波通過基礎(chǔ)邊界模擬橡膠傳遞給混凝土基礎(chǔ)，最終激勵(lì)通過重型機(jī)床立柱和重型機(jī)床橫梁被位移傳感器a接收；通過此過程檢測外部環(huán)境作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，同樣也可以在重型機(jī)床構(gòu)件上施加激勵(lì)，激勵(lì)傳播過程與上述過程相反，用以檢測內(nèi)部激勵(lì)作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，重型機(jī)床結(jié)構(gòu)自身重力作用下，混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生變形，混凝土基礎(chǔ)中的位移傳感器b和應(yīng)變傳感器可檢測到混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生的承載變形及承載應(yīng)變。
[0013]此外，通過更換不同尺寸的重型機(jī)床立柱來完成不同重型機(jī)床的更換，將重型機(jī)床橫梁通過橫梁燕尾槽連接于重型機(jī)床立柱上，來模擬大型滑動結(jié)合面特性，在更換重型機(jī)床立柱的同時(shí)重型機(jī)床橫梁也隨之更換。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0015]1、實(shí)驗(yàn)裝置具有通用性，考慮了各類結(jié)合面的影響，可實(shí)現(xiàn)不同重型機(jī)床、不同形式基礎(chǔ)、不同土壤的更換。
[0016]2、可實(shí)現(xiàn)重型機(jī)床的不均勻沉降預(yù)測，降低因不均勻沉降導(dǎo)致的機(jī)床精度損失和維修費(fèi)用。
[0017]3、可測量基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)的承載變形，可測量因內(nèi)、外部環(huán)境激勵(lì)帶來的動態(tài)響應(yīng)，預(yù)測內(nèi)外因素對重型機(jī)床精度的影響規(guī)律。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)驗(yàn)裝置的主視圖。
[0019]圖2為本實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。
[0020]圖3為本實(shí)驗(yàn)裝置的上端蓋結(jié)構(gòu)圖。[0021]圖4為重型機(jī)床橫梁與立柱連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為立柱結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖6為混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖中:1、調(diào)平底座，2、調(diào)平螺母，3、人工邊界模擬橡膠，4、填土腔，5、上端蓋開啟鉸鏈，6、激振口，7、基礎(chǔ)邊界模擬橡膠，8、重型機(jī)床立柱，9、重型機(jī)床橫梁，10、立柱栓接孔，
11、混凝土基礎(chǔ)，12、上端蓋，13、上端蓋鎖緊螺母，14、地基支撐裝置，15、上端蓋鎖緊孔，16、上端蓋基礎(chǔ)孔，17、橫梁燕尾槽，18、位移傳感器，19、應(yīng)變傳感器，18.1、位移傳感器a，18.2、位移傳感器b。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]如圖1?6所示為該重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置圖，該實(shí)驗(yàn)裝置包括調(diào)平底座1、調(diào)平螺母2、人工邊界模擬橡膠3、填土腔4、上端蓋開啟鉸鏈5、激振口
6、基礎(chǔ)邊界模擬橡膠7、重型機(jī)床立柱8、重型機(jī)床橫梁9、立柱栓接孔10、混凝土基礎(chǔ)11、上端蓋12、上端蓋鎖緊螺母13、地基支撐裝置14、上端蓋鎖緊孔15、上端蓋基礎(chǔ)孔16、橫梁燕尾槽17、位移傳感器18、應(yīng)變傳感器19，位移傳感器18包括位移傳感器al8.1以及一組位移傳感器bl8.2。
[0027]重型機(jī)床橫梁9通過橫梁燕尾槽17與重型機(jī)床立柱8連接，同時(shí)保證重型機(jī)床立柱8與立柱栓接孔10同心栓接；人工邊界模擬橡膠3膠接在地基支撐裝置14上，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠7膠接在混凝土基礎(chǔ)11上，混凝土基礎(chǔ)11與基礎(chǔ)邊界模擬橡膠7固定于填土腔4的填土中；在上端蓋12兩側(cè)挖出激振口 6 ;位移傳感器al8.1固定于重型機(jī)床橫梁9幾何中心，用以實(shí)現(xiàn)重型機(jī)床刀尖點(diǎn)的動態(tài)特性檢測的目的，位移傳感器bl8.2為一組位移傳感器，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)11承載變形檢測的目的；應(yīng)變傳感器19同樣為一組應(yīng)變傳感器，與位移傳感器bl8.2并列布置于混凝土基礎(chǔ)11中，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)11靜態(tài)特性檢測的目的；為保證傳感器的準(zhǔn)確測量，將上述傳感器布置于混凝土基礎(chǔ)11中距離上表面為基礎(chǔ)高度的1/4處。
[0028]實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)平螺母2帶動調(diào)平螺母I完成裝置的調(diào)平，上端蓋12與地基支撐裝置14通過上端蓋開啟鉸鏈5鉸接，拆下上端蓋鎖緊螺母13實(shí)現(xiàn)上端蓋12的開啟，混凝土基礎(chǔ)11上表面與上端蓋12的上端蓋基礎(chǔ)孔16大小相同，人工邊界模擬橡膠3用以模擬粘-彈性人工截取的邊界條件，相當(dāng)于在人工邊界上同時(shí)設(shè)置阻尼器和彈簧；然后，將人工填土置于填土腔4中并夯實(shí)，在填土腔4中預(yù)埋傳感器，填土腔4內(nèi)的填土可根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行更換以研究不同土壤系統(tǒng)的靜、動特性影響，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠7用以模擬基礎(chǔ)與土接觸面邊界條件，相當(dāng)于在混凝土基礎(chǔ)11與土層結(jié)合面上設(shè)置阻尼器和彈簧；然后填埋進(jìn)夯實(shí)在填土腔4中的土壤內(nèi)，可根據(jù)不同基礎(chǔ)形式更換混凝土基礎(chǔ)11，重型機(jī)床立柱8通過上端蓋基礎(chǔ)孔16與立柱栓接孔10平行栓接在混凝土基礎(chǔ)11上，來模擬栓接結(jié)合面特性。
[0029]該裝置工作時(shí)，外部激勵(lì)器通過激振口 6作為系統(tǒng)的振源，激勵(lì)以波的形式通過填土腔4中填土傳播，人工邊界模擬橡膠3將半無限空間的土壤截?cái)啵靡源娼財(cái)嗪筮吔缣匦?，傳播到人工邊界模擬橡膠3中的激勵(lì)等效為在半無限空間的土壤中傳播，一部分波通過基礎(chǔ)邊界模擬橡膠7傳遞給混凝土基礎(chǔ)11，最終激勵(lì)通過重型機(jī)床立柱8和重型機(jī)床橫梁9被位移傳感器al8.1接收；通過此過程檢測外部環(huán)境作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，同樣也可以在重型機(jī)床構(gòu)件上施加激勵(lì)，激勵(lì)傳播過程與上述過程相反，用以檢測內(nèi)部激勵(lì)作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，重型機(jī)床結(jié)構(gòu)自身重力作用下，混凝土基礎(chǔ)11產(chǎn)生變形，混凝土基礎(chǔ)11中的位移傳感器bl8.2和應(yīng)變傳感器19可檢測到混凝土基礎(chǔ)11產(chǎn)生的承載變形及承載應(yīng)變。
[0030]此外，通過更換不同尺寸的重型機(jī)床立柱8來完成不同重型機(jī)床的更換，將重型機(jī)床橫梁9通過橫梁燕尾槽17連接于重型機(jī)床立柱8上，來模擬大型滑動結(jié)合面特性，在更換重型機(jī)床立柱8的同時(shí)重型機(jī)床橫梁9也隨之更換。
【權(quán)利要求】
1.一種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:該實(shí)驗(yàn)裝置包括調(diào)平底座(I)、調(diào)平螺母(2)、人工邊界模擬橡膠(3)、填土腔(4)、上端蓋開啟鉸鏈(5)、激振口(6)、基礎(chǔ)邊界模擬橡膠(7)、重型機(jī)床立柱(8)、重型機(jī)床橫梁(9)、立柱栓接孔(10)、混凝土基礎(chǔ)(11)、上端蓋(12)、上端蓋鎖緊螺母(13)、地基支撐裝置(14)、上端蓋鎖緊孔(15)、上端蓋基礎(chǔ)孔(16)、橫梁燕尾槽(17)、位移傳感器(18)、應(yīng)變傳感器(19)，位移傳感器(18)包括位移傳感器a (18.1)以及一組位移傳感器b (18.2)； 重型機(jī)床橫梁(9)通過橫梁燕尾槽(17)與重型機(jī)床立柱(8)連接，同時(shí)保證重型機(jī)床立柱(8)與立柱栓接孔(10)同心栓接；人工邊界模擬橡膠(3)膠接在地基支撐裝置(14)上，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠(7)膠接在混凝土基礎(chǔ)(11)上，混凝土基礎(chǔ)(11)與基礎(chǔ)邊界模擬橡膠(7)固定于填土腔(4)的填土中；在上端蓋(12)兩側(cè)挖出激振口(6);位移傳感器a (18.1)固定于重型機(jī)床橫梁(9)幾何中心，用以實(shí)現(xiàn)重型機(jī)床刀尖點(diǎn)的動態(tài)特性檢測的目的，位移傳感器b (18.2)為一組位移傳感器，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)(11)承載變形檢測的目的；應(yīng)變傳感器19同樣為一組應(yīng)變傳感器，與位移傳感器b (18.2)并列布置于混凝土基礎(chǔ)(11)中，用以實(shí)現(xiàn)混凝土基礎(chǔ)(11)靜態(tài)特性檢測的目的；為保證傳感器的準(zhǔn)確測量，將上述傳感器布置于混凝土基礎(chǔ)(11)中距離上表面為基礎(chǔ)高度的1/4處； 實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)平螺母(2)帶動調(diào)平螺母(I)完成裝置的調(diào)平，上端蓋(12)與地基支撐裝置(14)通過上端蓋開啟鉸鏈(5)鉸接，拆下上端蓋鎖緊螺母(13)實(shí)現(xiàn)上端蓋(12)的開啟，混凝土基礎(chǔ)(11)上表面與上端蓋(12 )的上端蓋基礎(chǔ)孔(16 )大小相同，人工邊界模擬橡膠(3)用以模擬粘-彈性人工截取的邊界條件，相當(dāng)于在人工邊界上同時(shí)設(shè)置阻尼器和彈簧；然后，將人工填土置于填土腔(4)中并夯實(shí)，在填土腔(4)中預(yù)埋傳感器，填土腔(4)內(nèi)的填土可根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行更換以研究不同土壤系統(tǒng)的靜、動特性影響，基礎(chǔ)邊界模擬橡膠(7 )用以模擬基礎(chǔ)與土接觸面邊界條件，相當(dāng)于在混凝土基礎(chǔ)(11)與土層結(jié)合面上設(shè)置阻尼器和彈簧；然后填埋進(jìn)夯實(shí)在填土腔(4)中的土壤內(nèi)，可根據(jù)不同基礎(chǔ)形式更換混凝土基礎(chǔ)(11)，重型機(jī)床立柱(8 )通過上端蓋基礎(chǔ)孔(16 )與立柱栓接孔(10 )平行栓接在混凝土基礎(chǔ)(11)上，來模擬栓接結(jié)合面特性。
2.—種重型機(jī)床-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置工作時(shí)，夕卜部激勵(lì)器通過激振口(6)作為系統(tǒng)的振源，激勵(lì)以波的形式通過填土腔(4)中填土傳播，人工邊界模擬橡膠(3)將半無限空間的土壤截?cái)?，用以代替截?cái)嗪筮吔缣匦?，傳播到人工邊界模擬橡膠(3)中的激勵(lì)等效為在半無限空間的土壤中傳播，一部分波通過基礎(chǔ)邊界模擬橡膠(7 )傳遞給混凝土基礎(chǔ)(11)，最終激勵(lì)通過重型機(jī)床立柱(8 )和重型機(jī)床橫梁(9 )被位移傳感器a (18.1)接收；通過此過程檢測外部環(huán)境作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，同樣也可以在重型機(jī)床構(gòu)件上施加激勵(lì)，激勵(lì)傳播過程與上述過程相反，用以檢測內(nèi)部激勵(lì)作用下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，重型機(jī)床結(jié)構(gòu)自身重力作用下，混凝土基礎(chǔ)(11)產(chǎn)生變形，混凝土基礎(chǔ)(11)中的位移傳感器b (18.2)和應(yīng)變傳感器(19)可檢測到混凝土基礎(chǔ)(11)產(chǎn)生的承載變形及承載應(yīng)變； 通過更換不同尺寸的重型機(jī)床立柱(8)來完成不同重型機(jī)床的更換，將重型機(jī)床橫梁(9 )通過橫梁燕尾槽(17)連接于重型機(jī)床立柱(8 )上，來模擬大型滑動結(jié)合面特性，在更換重型機(jī)床立柱(8)的同時(shí)重型機(jī)床橫梁(9)也隨之更換。
【文檔編號】E02D33/00GK103669430SQ201310705328
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】蔡力鋼, 田楊, 劉志峰, 張柯, 寧越 申請人:北京工業(yè)大學(xué)