一種模擬水下土體切削與耙齒優(yōu)化的多功能設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利工程中的疏浚工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種模擬水下土體切削與耙齒優(yōu)化的多功能設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代疏浚工程的快速發(fā)展，使得挖掘深度變深、規(guī)模增大，這對挖泥船的疏浚能力和疏浚技術(shù)改進(jìn)的需求越來越高。同時，我國漫長海岸線上的主要港口與進(jìn)港航道的底質(zhì)復(fù)雜多變，經(jīng)常會遇到密實(shí)板結(jié)粉土、細(xì)沙和硬質(zhì)粘土的情況，這種難挖的土質(zhì)直接影響挖泥船的生產(chǎn)效率和施工進(jìn)度。如何提高挖泥船的泥沙挖掘效率，是一個亟待解決的問題。耙吸式挖泥船所用耙頭的性能直接影響其施工效率，因此，如何科學(xué)模擬水下土體切削過程和進(jìn)行高效能耙齒的自主研發(fā)，已經(jīng)成為我國疏浚技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的難點(diǎn)問題。然而，目前國內(nèi)外還缺乏實(shí)用有效的分析方法，通常是依靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計耙齒，具有很大的盲目性。為彌補(bǔ)理論分析的局限性，對于新型耙齒的自主研發(fā)，迫切需要結(jié)合簡單易行的室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析，其中的關(guān)鍵技術(shù)是如何有效模擬水下土體切削過程中的孔隙水高負(fù)壓及定量分析孔隙水汽化強(qiáng)度，從水下土體切削阻力形成機(jī)制的模型試驗(yàn)進(jìn)行新型耙齒的研發(fā)，目前尚未發(fā)現(xiàn)該類模擬裝置的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種模擬水下土體切削與耙齒優(yōu)化的多功能設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)水下土體切削阻力形成機(jī)制的模擬、剪脹特性的測試、孔隙水汽化規(guī)律的觀測以及對耙齒優(yōu)化設(shè)計提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種模擬水下土體切削與耙齒優(yōu)化的多功能設(shè)備包括構(gòu)成密封空間的試驗(yàn)土槽和土槽蓋板，還包括:
[0006]設(shè)于試驗(yàn)土槽內(nèi)的彈簧加載裝置；
[0007]設(shè)于彈簧加載裝置上的耙齒固定裝置；
[0008]設(shè)于耙齒固定裝置上的耙齒；
[0009]設(shè)于土槽蓋板上的孔隙水汽化觀測裝置；
[0010]試驗(yàn)土槽內(nèi)依次填入試驗(yàn)土體和密封水體，把齒通過把齒固定裝置調(diào)節(jié)把齒安裝角度，并通過彈簧加載裝置的作用切削試驗(yàn)土體，孔隙水汽化觀測裝置觀測試驗(yàn)土體切削過程中的汽化程度。
[0011]所述彈簧加載裝置包括彈簧移動端滑塊、加載彈簧、彈簧固定端滑塊、滑塊固定螺絲、水平加載滑桿和彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)，所述彈簧移動端滑塊、加載彈簧、彈簧固定端滑塊依次連接并套設(shè)在水平加載滑桿上，所述滑塊固定螺絲分別設(shè)于彈簧移動端滑塊和彈簧固定端滑塊上，旋轉(zhuǎn)滑塊固定螺絲使其壓緊水平加載滑桿，所述水平加載滑桿的兩端設(shè)于試驗(yàn)土槽內(nèi)，所述彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)設(shè)于試驗(yàn)土槽上，彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)固定彈簧移動端滑塊的初始位置，所述耙齒固定裝置設(shè)于彈簧移動端滑塊上。
[0012]所述彈簧移動端滑塊、彈簧固定端滑塊與水平加載滑桿的接觸面上均設(shè)有滾珠。
[0013]所述彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)包括夾線螺栓、螺母和連接鋼絲，所述試驗(yàn)土槽上設(shè)有與夾線螺栓配合連接的螺紋孔，所述螺母設(shè)于螺紋孔上，并與夾線螺栓配合連接，所述夾線螺栓的螺桿端部設(shè)有開口，所述連接鋼絲的一端連接彈簧移動端滑塊，旋轉(zhuǎn)夾線螺栓使得連接鋼絲的另一端固定于閉合的開口內(nèi)。
[0014]所述耙齒固定裝置包括耙齒固定支架和耙齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓，所述耙齒固定支架設(shè)于彈簧加載裝置上，并與耙齒的端部鉸接，所述耙齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓一端與耙齒固定支架螺紋配合連接，另一端與耙齒的中部鉸接，通過調(diào)節(jié)耙齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)而調(diào)節(jié)耙齒安裝角度。
[0015]所述耙齒安裝角度為耙齒與水平線的夾角，取值范圍為30°?120°。
[0016]所述孔隙水汽化觀測裝置為固定在土槽蓋板上的細(xì)玻璃管，所述細(xì)玻璃管一端開口連通試驗(yàn)土槽的內(nèi)腔，細(xì)玻璃管側(cè)面上刻有刻度標(biāo)識。
[0017]所述試驗(yàn)土槽和土槽蓋板通過地腳螺栓固定連接，試驗(yàn)土槽和土槽蓋板之間設(shè)有密閉橡膠墊。
[0018]所述試驗(yàn)土槽的一側(cè)板和土槽蓋板采用供試驗(yàn)攝像與觀測的鋼化玻璃。
[0019]所述土槽蓋板上設(shè)有用于抽真空的真空抽氣管路。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021 ] I)試驗(yàn)土體置于試驗(yàn)土槽中，土體可以是現(xiàn)場原狀取土，也可以是按設(shè)計要求填筑土體。耙齒固定裝置與彈簧加載裝置為剛性連接，在彈簧加載裝置的水平牽引動力下產(chǎn)生運(yùn)動，并帶動耙齒水平切削土體。因此本發(fā)明能直觀再現(xiàn)水下土體切削過程與切削阻力形成機(jī)制。若采用現(xiàn)場原狀土樣，則測試結(jié)果更具生產(chǎn)指導(dǎo)意義，適用于水利工程中的疏浚工程領(lǐng)域的研宄開發(fā)。
[0022]2)耙齒切削土體的速度可通過變換加載彈簧初始張拉力實(shí)現(xiàn)，彈簧加載能連續(xù)可調(diào)。水下土體切削牽引動力可通過改變加載彈簧伸長量和剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過孔隙水汽化觀測裝置可以定量觀測水下土體切削過程中的孔隙水汽化強(qiáng)度。因此本發(fā)明容易實(shí)現(xiàn)水下土體切削所需最低牽引動力、耙齒最佳行進(jìn)速度、孔隙水汽化等的定量測試。
[0023]3)耙齒為鑿型齒模型，耙齒安裝在耙齒固定裝置上，其切削土體的角度可通過連接螺栓調(diào)節(jié)。因此本發(fā)明易于定量測試耙齒的工作性能，實(shí)現(xiàn)研發(fā)新型、高性能耙齒。
[0024]4)本發(fā)明構(gòu)造簡單，易于改造，可靠性強(qiáng)，適用性廣，成本低。
[0025]5)彈簧移動端滑塊與彈簧固定端滑塊內(nèi)有滑動滾珠，可有效地消除其與水平加載滑桿的摩擦阻力，保證耙齒順利切削水下土體。
[0026]6) 土槽蓋板與試驗(yàn)土槽以地腳螺栓固定，并以密封橡膠墊進(jìn)行密封，形成剛性密閉容器，真空抽氣管路進(jìn)一步進(jìn)行真空抽氣，使得土體飽和，保證試驗(yàn)測試的精準(zhǔn)，且試驗(yàn)土槽的一面?zhèn)劝搴屯敛凵w板為透明的鋼化玻璃，以提供試驗(yàn)中的攝像與觀測之用，直觀性好。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)部分的局部放大圖；
[0031]圖5為耙齒部分的局部放大圖。
[0032]圖中:1、試驗(yàn)土槽，2、試驗(yàn)土體，3、f巴齒，4、把齒固定支架，5、f巴齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓，6、彈簧移動端滑塊，7、加載彈簧，8、彈簧固定端滑塊，9、滑塊固定螺絲，10、水平加載滑桿，11、土槽蓋板，12、螺孔，13、密封橡膠墊，14、彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)，15、孔隙水汽化觀測裝置，16、密封水體，17、真空抽氣管路，18、閥門，51、夾線螺栓，52、螺母，53、連接鋼絲。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0034]如圖1、圖2、圖3所示，一種模擬水下土體切削與耙齒優(yōu)化的多功能設(shè)備包括試驗(yàn)土槽1、土槽蓋板11、彈簧加載裝置、耙齒3固定裝置、耙齒3和孔隙水汽化觀測裝置15，具體連接關(guān)系如下:
[0035]試驗(yàn)土體2置于試驗(yàn)土槽I中，試驗(yàn)土體2可以是現(xiàn)場原狀取土，也可以是按設(shè)計要求填筑土體。試驗(yàn)土槽I和土槽蓋板11通過螺孔12以地腳螺栓固定，并以密封橡膠墊13進(jìn)行密封，且土槽蓋板11上設(shè)有用于抽真空的真空抽氣管路17。
[0036]把齒3固定裝置包括把齒固定支架4和把齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓5，把齒固定支架4并與耙齒3的端部鉸接，可自由轉(zhuǎn)動，耙齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓5 —端與耙齒固定支架4螺紋配合連接，另一端與耙齒3的中部鉸接，通過調(diào)節(jié)耙齒安裝角度調(diào)節(jié)螺栓5的長度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)耙齒3的不同安裝角度。
[0037]彈簧加載裝置包括彈簧移動端滑塊6、加載彈簧7、彈簧固定端滑塊8、滑塊固定螺絲9、水平加載滑桿10和彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)14，彈簧移動端滑塊6、加載彈簧7、彈簧固定端滑塊8依次連接并套設(shè)在水平加載滑桿10上，滑塊固定螺絲9分別設(shè)于彈簧移動端滑塊6和彈簧固定端滑塊8上，旋轉(zhuǎn)滑塊固定螺絲9使其壓緊水平加載滑桿10，水平加載滑桿10的兩端設(shè)于試驗(yàn)土槽I內(nèi)，彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)14設(shè)于試驗(yàn)土槽I上，彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)14固定彈簧移動端滑塊6的初始位置，耙齒固定支架4設(shè)于彈簧移動端滑塊6上。彈簧移動端滑塊6被加載推至左側(cè)預(yù)定位置，臨時擰緊滑塊固定螺絲9后，以彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)14將彈簧移動端滑塊6固定，接著可擰松滑塊固定螺絲9。
[0038]其中，彈簧移動端滑塊6、彈簧固定端滑塊8與水平加載滑桿10的接觸面上均勻設(shè)置有滾珠，其與水平加載滑桿10的摩擦阻力可忽略。
[0039]如圖4所示，彈簧張拉固定機(jī)構(gòu)14包括夾線螺栓51、螺母52和連接鋼絲53，試驗(yàn)土槽I上設(shè)有與夾線螺栓51配合連接的螺紋孔，螺母52設(shè)于螺紋孔上，并與夾線螺栓51配合連接，夾線螺栓51的螺桿端部設(shè)有V型的開口，連接鋼絲53的一端連接彈簧移動端滑塊6，連接鋼絲53的另一端為圓體狀，V型的開口內(nèi)設(shè)有圓體狀凹槽，夾線螺栓51在往回擰過程中開口閉合，將連接鋼絲53的另一端夾緊，即連接鋼絲53的圓體狀端部位于圓體狀凹槽內(nèi)，擰緊螺母52可固定夾線螺栓51，而夾線螺