[发明专利]流-固-土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪

摘要

本发明涉及一种流‑固‑土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪，包括支撑架，支撑架上设置有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和线性模组，第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机分别设置在支撑架的竖直和水平方向上，线性模组上连接有信号连接线，信号连接线另一端连接有PLC控制系统。本发明是一项土工试验设备，其实现了空间内6个自由度的耦合加载功能，能够进行海洋工程领域内的土工模型试验，采用双闭环自动化控制，嵌入了自主推导的六自由度加载程序，改进了当前自升式平台插拔桩过程中1个自由度或2个自由度的土工加载仪，使用更加方便，效果更好。

主权项

1.一种流‑固‑土多项耦合六自由度单、双向静动态加载仪，包括支撑架，其特征在于：所述支撑架上设置有第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和线性模组，所述第一伺服电机、第二伺服电机分别设置在支撑架的竖直方向上，第三伺服电机设置在支撑架的水平方向上，所述线性模组上连接有信号连接线，所述信号连接线另一端连接有PLC控制系统；所述支撑架下部设置有罩体，所述罩体内部设置有试验容器；所述试验容器内部设置有桩靴，所述桩靴上连接有桩腿，所述桩腿顶部连接有第一圆环、第二圆环和第三圆环；所述第一圆环、第二圆环和第三圆环相互垂直设置；所述第一圆环、第二圆环和第三圆环上部分别连接有第四伺服电机、第五伺服电机、第六伺服电机；所述加载仪中，还连接有电脑控制系统，电脑控制系统与PLC控制系统相连接，该加载仪中的六个自由度包括三个直线和三个转动，三个直线运动由第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机分别驱动各自的线性模组来完成；三个转动由第一圆环、第二圆环和第三圆环来实现；具体的工作方式如下：(1)线性模组产生三个自由度上的拉压荷载，具体过程为，PLC控制系统向伺服驱动器发送速度和位移脉冲信号，伺服驱动器在脉冲信号的驱动下，控制第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机进行有方向、有快慢的转动；第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机通过联轴器连接着三台线性模组，第一线性模组通过四根水平光滑丝杠连接在上部支撑架上；第二线性模组能够带动第一线性模组沿着光滑丝杠方向平移；第三线性模组驱动上部支撑架发生垂直于四条水平光滑丝杠方向的平移；这三台线性模组在空间内形成两两垂直关系，分别同独立的伺服电机连接，来完成三个方向的直线运动；第一线性模组的丝杠与第一伺服电机、第二线性模组的丝杠与第二伺服电机、第三线性模组的丝杠与第三伺服电机同速运转，从而将第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的转动变化为平移运动；(2)第一圆环能够进行水平面内的转动，能够施加扭矩荷载；第二圆环和第三圆环能够进行另外两个面内的力矩加载，能够施加力矩荷载；(3)加载设备上安装有荷载、位移传感器，传感器获得的数据信号作为反馈信号，传给土工试验仪器控制模块。