[实用新型]模型试验中地下工程掘进驱动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及模型试验中地下工程掘进驱动装置，属于试验模型领域。

背景技术

地质力学模型试验是真实物理实体的再现，能够真实地反映地质构造和工程结构的空间关系，能够准确模拟岩土施工过程和把握岩土介质的力学变形特性。我国学者开展了大量的模型试验用以研究地下工程，其中开挖掘进通常采用人工手动方式，这就不可避免的存在超欠挖的情况。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，易于控制，可用于模型试验中地下工程掘进驱动装置，为实现掘进控制提供条件。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

模型试验中地下工程掘进驱动装置，它包括竖向平台，竖向平台和水平平台通过楔形滑动槽相互契合；所述竖向平台通过步进电机Ⅰ驱动，水平平台通过步进电机Ⅱ驱动；所述水平平台还通过楔形滑动槽与试验平台连接。

所述试验平台上设有水平水准泡、光发射定位装置和数字相机。

所述数字相机连接在安装有图像处理的计算机上。

所述步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ由单片机控制。

模型试验中地下工程掘进控制方法，包括以下步骤：

模型试验开挖掘进前，选取模型架上的若干点为固定点；

数字相机采集图像，通过图像处理显示为计算机图片，计算机自动拾取图片中的固定点图像，配合预定开挖掘进断面轮廓图作为原始图像；

开挖掘进每进行一循环进尺，数字相机采集掘进断面轮廓图像在计算机上以图片形式显示；

计算机自动将采集的图像与原始图像作对比，实时显示实际开挖掘进断面轮廓与预定开挖掘进断面轮廓之间的误差值；

计算机将误差值反馈给控制步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ的单片机，下一开挖掘进循环中单片机根据误差值进行微调，控制步进电机Ⅰ和步进电机Ⅱ进行步进运动；

循环进行步骤~，直至开挖掘进过程结束。

原理：通过单片机输入指令，控制步进电机Ⅰ驱动竖向平台在竖向的步进运动，同时控制步进电机Ⅱ驱动水平平台在水平方向的步进运动。竖向平台和水平平台通过楔形滑动槽相互契合，在两个步进电机的驱动下，竖向平台和水平平台组成的系统可以实现在竖直方向和水平方向组成的平面内做步进运动，可以按照单片机输入的指令的要求使系统按模型试验中地下工程掘进断面轮廓线完成步进运动。通过数字相机采集开挖掘进图像、图像处理软件处理采集的图像并显示实际开挖掘进断面轮廓与预定开挖掘进断面轮廓之间的误差值， 反馈给单片机微调，从而实现装置的精确掘进定位。

本实用新型研究了模型试验中地下工程掘进驱动装置以及控制方法，解决了模型试验中地下工程掘进控制系统的驱动问题，本实用新型具有以下优点：1. 通过单片机操作的两个步进电机，可以精确控制竖向平台和水平平台的位置，竖向平台和水平平台通过楔形滑动槽相互契合，两者组成的系统可以实现在竖直方向和水平方向组成的平面内做步进运动，可以按照单片机输入的指令的要求使系统沿模型试验中地下工程掘进断面轮廓线实现步进运动，从而实现装置的精确定位；2.通过连接光发射定位装置，发射并接收反射回的可见光，光发射定位装置内置的数字信号处理器可以计算出距离掘进面的距离，从而实现模型试验中地下工程的掘进控制；3. 通过在单片机输入指令，可以控制装置按模型试验中地下工程掘进断面轮廓线完成步进运动；4. 通过数字相机采集开挖掘进图像、图像处理软件处理采集的图像并显示实际开挖掘进断面轮廓与预定开挖掘进断面轮廓之间的误差值， 反馈给单片机微调，从而实现装置的精确掘进定位。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

其中1. 竖向平台；2.水平平台；3.试验平台；4.步进电机Ⅰ；5.步进电机Ⅱ；6. 调平水准泡；7.光发射定位装置；8.数字相机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1中，模型试验中地下工程掘进控制系统驱动装置，包括竖向平台1，竖向平台1上设有楔形滑动槽、具有与竖向平台1上楔形滑动槽相吻合的滑动槽的水平平台2、用于驱动竖向平台1的步进电机Ⅰ4和驱动水平平台2的步进电机Ⅱ5；步进电机Ⅰ4和步进电机5均通过相应的传动机构驱动竖向平台和水平平台运动，所述传动机构为一带有螺母的丝杠；试验平台3通过楔形滑动槽与水平平台2相连，试验平台3上可安装光发射装置；位于试验平台3上的调平水准泡6、光发射定位装置7和数字相机8。其中步进电机Ⅰ4和步进电机Ⅱ5可用单片机控制。

竖向平台1上安装有水平水准泡6，确保装置可以精确调平。