專利名稱:地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在地質(zhì)構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)中對(duì)模型表面進(jìn)行畫線的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其通過計(jì)算機(jī)控制“畫筆”，根據(jù)實(shí)驗(yàn)者的意圖，在模型表面上畫出規(guī)則的幾何圖形，用來研究模型表面變形前、變形中和變形后的應(yīng)變狀態(tài)。
背景技術(shù)：
構(gòu)造變形模擬是研究地質(zhì)構(gòu)造變形過程的一種重要的實(shí)驗(yàn)手段，精確測(cè)量模型表面的變形方式和變形量大小是整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，因而需要在模型表面刻畫一定規(guī)則的幾何圖案，將模型分隔成一系列單元，觀察和測(cè)量變形前后各個(gè)單元的變化。但現(xiàn)有的技術(shù)中，一般采用一根很細(xì)的金屬桿，在模型表面用手動(dòng)或機(jī)械控制刻畫出線性凹槽，形成幾何圖形。這種方法的缺點(diǎn)是在變形前破壞了模型表層結(jié)構(gòu)，不能真實(shí)反映模型表面受力變形情況，而且在模型變形過程中，圖案容易被同種材料填充，不能準(zhǔn)確地找到變形后刻有圖案的位置，造成定量分析有限應(yīng)變的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的局限性，本發(fā)明的目的是提供一種由計(jì)算機(jī)控制的畫線設(shè)備，從該設(shè)備中漏出極細(xì)的與模型表面顏色不同的細(xì)砂，在模型表面畫出規(guī)則統(tǒng)一的幾何圖案，從而為實(shí)現(xiàn)模型表面有限應(yīng)變的精確測(cè)量和定量分析提供條件。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是它包括操作臺(tái)、試驗(yàn)箱、砂斗架、漏砂裝置、伺服電機(jī)以及由計(jì)算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)，所述試驗(yàn)箱固定在操作臺(tái)上，X方向直線行走機(jī)構(gòu)安裝在操作臺(tái)兩側(cè)，砂斗架支撐在X方向直線行走機(jī)構(gòu)上并可以沿其移動(dòng)，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)安裝在砂斗架上，漏砂裝置安裝在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上并可以沿其移動(dòng)。工作時(shí)，在砂斗中裝入彩色砂子，固定在模擬實(shí)驗(yàn)加砂裝置上，加砂裝置具有兩維(X-Y)運(yùn)動(dòng)功能，由計(jì)算機(jī)控制其移動(dòng)的方向和速度。砂斗下方開有直徑為2mm的圓孔，保證漏下的砂子小于2mm，模型的脆性材料直徑一般為大于2mm，這樣使得漏下的砂子落在模型表面上不會(huì)滾動(dòng)。
漏砂裝置包括安裝板、滑軌、固定座、砂斗，所述固定座設(shè)在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上，滑軌通過安裝板垂直安裝在固定座上，砂斗通過滑塊安裝在導(dǎo)軌上并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，在砂斗內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置。
升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪、升降皮帶齒輪、轉(zhuǎn)軸座、升降板、升降皮帶，所述轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座水平安裝在安裝板上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪，中間裝有升降皮帶齒輪，升降皮帶一端與升降皮帶齒輪連接，另一端連接砂斗。由于模型的厚度是不固定的，要求漏斗的高度可調(diào)，保證漏下的砂子不會(huì)因?yàn)槁┒肺恢锰撸斐陕湓谀Ｐ捅砻嫔系纳白臃磸棟L動(dòng)，通過與漏斗外側(cè)相連接的皮帶和上下輪子，實(shí)現(xiàn)上下調(diào)節(jié)漏斗高度。
為了使砂斗在調(diào)節(jié)至合適位置后有效鎖止，在升降皮帶上可以設(shè)有皮帶的鎖緊裝置，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需的高度后鎖止漏斗，防止下滑。
砂斗開閉裝置包括閥桿、旋鈕、閥桿鎖，所述閥桿頂端具有和砂斗的漏砂孔相匹配的頂尖，閥桿以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗中，在閥桿底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿上還設(shè)有閥桿鎖。螺旋進(jìn)給方式是常見的調(diào)節(jié)裝置，即閥桿的本身是一根金屬絲桿，在砂斗上內(nèi)部的對(duì)應(yīng)位置固定有螺母，閥桿旋進(jìn)螺母中，并可以通過調(diào)節(jié)閥桿上端的旋鈕實(shí)現(xiàn)其在垂直方向上的進(jìn)給，再利用頂尖實(shí)現(xiàn)開啟與關(guān)閉砂斗的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠保證模型表層不被破壞，同時(shí)可以畫出非常規(guī)范和漂亮的彩色網(wǎng)格，試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃魏蠛苋菀赘鶕?jù)彩色砂子的位移找到變形的位置。增加對(duì)有限應(yīng)變量大小的精確測(cè)量和定量分析的要求。同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
四、


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中漏砂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的左視圖。
五具體實(shí)施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，它包括操作臺(tái)8、試驗(yàn)箱10、砂斗架1、漏砂裝置3、伺服電機(jī)4以及由計(jì)算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)7和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9，其中試驗(yàn)箱10固定在操作臺(tái)8上，在試驗(yàn)箱10中安置試驗(yàn)?zāi)Ｐ停囼?yàn)箱10由通明材料制成以便于觀察。X方向直線行走機(jī)構(gòu)7中的導(dǎo)軌安裝在操作臺(tái)8兩側(cè)，砂斗架1可以利用滾動(dòng)導(dǎo)軌副支撐在導(dǎo)軌上，由計(jì)算機(jī)程序控制行走機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)4控制其X向移動(dòng)，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9安裝在砂斗架1上，其同樣可以采用滾動(dòng)導(dǎo)軌副，漏砂裝置3安裝在該行走機(jī)構(gòu)9上并可以沿其移動(dòng)。
漏砂裝置3包括安裝板14、滑軌18、固定座19和下部具有漏砂孔13的砂斗20，固定座19固定在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)9上，安裝板14設(shè)置在固定座19上，滑軌18則垂直安裝安裝板14上，砂斗20側(cè)面設(shè)有與導(dǎo)軌配合的滑塊，砂斗20通過滑塊安裝在導(dǎo)軌18上，并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，該升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪11、升降皮帶齒輪12、轉(zhuǎn)軸座13、升降板14、升降皮帶15，轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座13水平安裝在安裝板14上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪11，中間裝有升降皮帶齒輪12，升降皮帶15一端與升降皮帶齒輪12連接，另一端連接砂斗20，在升降皮帶15上設(shè)有皮帶的鎖緊裝置21。砂斗20內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置，砂斗開閉裝置包括閥桿17、旋鈕、閥桿鎖16，閥桿17頂端具有和砂斗的漏砂孔23相匹配的頂尖，閥桿17以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗20中，在閥桿17底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿17上還設(shè)有閥桿鎖16。砂斗20底部漏砂孔13的直徑是2mm。
本發(fā)明利用地質(zhì)構(gòu)造變形模擬實(shí)驗(yàn)儀材料添加裝置中的X方向直線直線行走機(jī)構(gòu)7作為一個(gè)基本單元(X方向)，在此基礎(chǔ)上再加裝另一個(gè)(Y)方向的直線行走機(jī)構(gòu)9(見附圖1)。工作時(shí)X-Y方向的直線行走機(jī)構(gòu)由計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)，在程序的控制下，畫線砂斗作協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)打開砂斗閥門，畫線用的彩色砂按一定的要求布撒在實(shí)驗(yàn)材料表面，形成所需圖案。根據(jù)需要可畫出各種圖案。根據(jù)模型表面變形前高度，調(diào)節(jié)畫線砂斗的位置，直到獲得滿意的畫線效果。
其基本參數(shù)分別為①X方向直線行走機(jī)構(gòu)(直線單元7)有效行程1800mm，移動(dòng)速度在1mm/s～360mm/s可調(diào)；②Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(直線單元9)有效行程800mm、載荷平臺(tái)額定垂直載荷300公斤。載荷平臺(tái)的移動(dòng)速度在1mm/s～360mm/s可調(diào)。位移顯示精度均不低于0.1mm，速度顯示精度不低于0.01mm/s。
漏砂裝置工作原理將彩色砂子倒入砂斗20內(nèi)(見附圖2)，當(dāng)畫線裝置開始工作時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿17，打開閥門，砂子在重力的作用下從直徑為2mm的漏砂孔23漏下。由于漏砂裝置在X-Y方向的協(xié)調(diào)移動(dòng)，則可畫出所需的圖案。如需停止畫線，只要轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿17，關(guān)閉閥門，即可停止畫線。關(guān)閉畫線裝置的程序，即可結(jié)束畫線工作。根據(jù)試驗(yàn)材料布置的多少，模型表面高度不同，可轉(zhuǎn)動(dòng)升降手輪11，帶動(dòng)升降皮帶齒輪，再帶動(dòng)固定在皮帶上的砂斗來調(diào)節(jié)漏砂孔的高低，然后再用鎖緊裝置21鎖住漏砂裝置，從而達(dá)到最佳的畫線效果。漏砂裝置通過裝置固定座19與Y方向直線行走機(jī)構(gòu)上的載荷平臺(tái)相連接，使得漏砂裝置能隨載荷平臺(tái)的移動(dòng)而移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是它包括操作臺(tái)(8)、試驗(yàn)箱(10)、砂斗架(1)、漏砂裝置(3)以及由計(jì)算機(jī)控制的X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)和Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)，所述試驗(yàn)箱(10)固定在操作臺(tái)(8)上，X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)安裝在操作臺(tái)(8)兩側(cè)，砂斗架(1)支撐在X方向直線行走機(jī)構(gòu)(7)上并可以沿其移動(dòng)，Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)安裝在砂斗架(1)上，漏砂裝置(3)安裝在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)上并可以沿其移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是漏砂裝置(3)包括安裝板(14)、滑軌(18)、固定座(19)和下部具有漏砂孔(13)的砂斗(20)，所述固定座(19)設(shè)在Y方向直線行走機(jī)構(gòu)(9)上，滑軌(18)通過安裝板(14)垂直安裝在固定座(19)上，砂斗(20)通過滑塊安裝在導(dǎo)軌(18)上并通過升降調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)其垂直高度，在砂斗(20)內(nèi)部設(shè)有砂斗開閉裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是升降調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)軸、升降手輪(11)、升降皮帶齒輪(12)、轉(zhuǎn)軸座(13)、升降板(14)、升降皮帶(15)，所述轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸座(13)水平安裝在安裝板(14)上，轉(zhuǎn)軸兩端安裝升降手輪(11)，中間裝有升降皮帶齒輪(12)，升降皮帶(15)一端與升降皮帶齒輪(12)連接，另一端連接砂斗(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是所述砂斗開閉裝置包括閥桿(17)、旋鈕、閥桿鎖(16)，所述閥桿(17)頂端具有和砂斗的漏砂孔(23)相匹配的頂尖，閥桿(17)以螺旋進(jìn)給方式垂直安裝在砂斗(20)中，在閥桿(17)底端裝有用于調(diào)節(jié)高度的旋鈕，在閥桿(17)上還設(shè)有閥桿鎖(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3或4所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是在升降皮帶(15)上設(shè)有皮帶的鎖緊裝置(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2、3或4所述的地質(zhì)構(gòu)造變形模型表面畫線設(shè)備，其特征是砂斗(20)底部漏砂孔(13)的直徑是2mm。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種在地質(zhì)構(gòu)造變形模型的表面進(jìn)行畫線的設(shè)備，其試驗(yàn)箱固定在操作臺(tái)上，X向行走機(jī)構(gòu)安裝在操作臺(tái)兩側(cè)，砂斗架支撐在X向行走機(jī)構(gòu)上并可沿其移動(dòng)，Y向行走機(jī)構(gòu)安裝在砂斗架上，漏砂裝置安裝在Y向行走機(jī)構(gòu)上并可沿其移動(dòng)。漏砂裝置上的固定座設(shè)在Y向行走機(jī)構(gòu)上，滑軌通過安裝板安裝在固定座上，砂斗通過滑塊安裝在導(dǎo)軌上并通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)垂直高度，砂斗內(nèi)部設(shè)有開閉裝置。升降調(diào)節(jié)裝置通過升降皮帶帶動(dòng)砂斗上下移動(dòng)。本發(fā)明能夠保證模型表層不被破壞，同時(shí)畫出非常規(guī)范和漂亮的彩色網(wǎng)格，試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃魏蠛苋菀赘鶕?jù)砂子的位移找到變形的位置.增加了對(duì)有限應(yīng)變量大小的精確測(cè)量和定量分析的要求；而且該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
文檔編號(hào)G01B21/32GKCN1971201SQ200610098204
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月4日
發(fā)明者解國(guó)愛, 賈東, 吳曉俊, 劉正, 張慶龍, 朱文斌, 盧華復(fù), 舒良樹, 張?jiān)罉? 楊振宇 申請(qǐng)人:南京大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan