一種模擬水下土體切削與耙齒優化的多功能設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水利工程中的疏浚工程領域，尤其是涉及一種模擬水下土體切削與耙齒優化的多功能設備。
【背景技術】
[0002]現代疏浚工程的快速發展，使得挖掘深度變深、規模增大，這對挖泥船的疏浚能力和疏浚技術改進的需求越來越高。同時，我國漫長海岸線上的主要港口與進港航道的底質復雜多變，經常會遇到密實板結粉土、細沙和硬質粘土的情況，這種難挖的土質直接影響挖泥船的生產效率和施工進度。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，如何科學模擬水下土體切削過程和進行高效能耙齒的自主研發，已經成為我國疏浚技術領域亟待解決的難點問題。然而，目前國內外還缺乏實用有效的分析方法，通常是依靠工程經驗設計耙齒，具有很大的盲目性。為彌補理論分析的局限性，對于新型耙齒的自主研發，迫切需要結合簡單易行的室內模型試驗進行分析，其中的關鍵技術是如何有效模擬水下土體切削過程中的孔隙水高負壓及定量分析孔隙水汽化強度，從水下土體切削阻力形成機制的模型試驗進行新型耙齒的研發，目前尚未發現該類模擬裝置的報道。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種模擬水下土體切削與耙齒優化的多功能設備，可以實現水下土體切削阻力形成機制的模擬、剪脹特性的測試、孔隙水汽化規律的觀測以及對耙齒優化設計提供試驗依據。
[0004]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0005]—種模擬水下土體切削與耙齒優化的多功能設備包括構成密封空間的試驗土槽和土槽蓋板，還包括:
[0006]設于試驗土槽內的彈簧加載裝置；
[0007]設于彈簧加載裝置上的耙齒固定裝置；
[0008]設于耙齒固定裝置上的耙齒；
[0009]設于土槽蓋板上的孔隙水汽化觀測裝置。
[0010]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構，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在水平加載滑桿上，所述滑塊固定螺絲分別設于彈簧移動端滑塊和彈簧固定端滑塊上，旋轉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于試驗土槽內，所述彈簧張拉固定機構設于試驗土槽上，彈簧張拉固定機構固定彈簧移動端滑塊的初始位置，所述耙齒固定裝置設于彈簧移動端滑塊上。
[0011]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有滾珠。
[0012]所述彈簧張拉固定機構包括夾線螺栓、螺母和連接鋼絲，所述試驗土槽上設有與夾線螺栓配合連接的螺紋孔，所述螺母設于螺紋孔上，并與夾線螺栓配合連接，所述夾線螺栓的螺桿端部設有開口，所述連接鋼絲的一端連接彈簧移動端滑塊，旋轉夾線螺栓使得連接鋼絲的另一端固定于閉合的開口內。
[0013]所述耙齒固定裝置包括耙齒固定支架和耙齒安裝角度調節螺栓，所述耙齒固定支架設于彈簧加載裝置上，并與耙齒的端部鉸接，所述耙齒安裝角度調節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，通過調節耙齒安裝角度調節螺栓進而調節耙齒安裝角度。
[0014]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°。
[0015]所述孔隙水汽化觀測裝置為固定在土槽蓋板上的細玻璃管，所述細玻璃管一端開口連通試驗土槽的內腔，細玻璃管側面上刻有刻度標識。
[0016]所述試驗土槽和土槽蓋板通過地腳螺栓固定連接，試驗土槽和土槽蓋板之間設有密閉橡膠墊。
[0017]所述試驗土槽的一側板和土槽蓋板采用供試驗攝像與觀測的鋼化玻璃。
[0018]所述土槽蓋板上設有用于抽真空的真空抽氣管路。
[0019]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0020]I)試驗土體置于試驗土槽中，土體可以是現場原狀取土，也可以是按設計要求填筑土體。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生運動，并帶動耙齒水平切削土體。因此本實用新型能直觀再現水下土體切削過程與切削阻力形成機制。若采用現場原狀土樣，則測試結果更具生產指導意義，適用于水利工程中的疏浚工程領域的研究開發。
[0021]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現，彈簧加載能連續可調。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行調節。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度。因此本實用新型容易實現水下土體切削所需最低牽引動力、耙齒最佳行進速度、孔隙水汽化等的定量測試。
[0022]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節。因此本實用新型易于定量測試耙齒的工作性能，實現研發新型、高性能耙齒。
[0023]4)本實用新型構造簡單，易于改造，可靠性強，適用性廣，成本低。
[0024]5)彈簧移動端滑塊與彈簧固定端滑塊內有滑動滾珠，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。
[0025]6) 土槽蓋板與試驗土槽以地腳螺栓固定，并以密封橡膠墊進行密封，形成剛性密閉容器，真空抽氣管路進一步進行真空抽氣，使得土體飽和，保證試驗測試的精準，且試驗土槽的一面側板和土槽蓋板為透明的鋼化玻璃，以提供試驗中的攝像與觀測之用，直觀性好。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型整體結構示意圖；
[0027]圖2為本實用新型的俯視結構示意圖；
[0028]圖3為本實用新型的側視結構示意圖；
[0029]圖4為彈簧張拉固定機構部分的局部放大圖；
[0030]圖5為把齒部分的局部放大圖。
[0031]圖中:1、試驗土槽，2、試驗土體，3、把齒，4、把齒固定支架，5、把齒安裝角度調節螺栓，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、彈簧張拉固定機構，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。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0033]如圖1、圖2、圖3所示，一種模擬水下土體切削與耙齒優化的多功能設備包括試驗土槽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，具體連接關系如下:
[0034]試驗土體2置于試驗土槽I中，試驗土體2可以是現場原狀取土，也可以是按設計要求填筑土體。試驗土槽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進行密封，且土槽蓋板11上設有用于抽真空的真空抽氣管路17。
[0035]耙齒3固定裝置包括耙齒固定支架4和耙齒安裝角度調節螺栓5，耙齒固定支架4并與耙齒3的端部鉸接，可自由轉動，耙齒安裝角度調節螺栓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，通過調節耙齒安裝角度調節螺栓5的長度進而實現耙齒3的不同安裝角度。
[0036]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和彈簧張拉固定機構14，彈簧移動端滑塊6、加載彈簧7、彈簧固定端滑塊8依次連接并套設在水平加載滑桿10上，滑塊固定螺絲9分別設于彈簧移動端滑塊6和彈簧固定端滑塊8上，旋轉滑塊固定螺絲9使其壓緊水平加載滑桿10，水平加載滑桿10的兩端設于試驗土槽I內，彈簧張拉固定機構14設于試驗土槽I上，彈簧張拉固定機構14固定彈簧移動端滑塊6的初始位置，耙齒固定支架4設于彈簧移動端滑塊6上。彈簧移動端滑塊6被加載推至左側預定位置，臨時擰緊滑塊固定螺絲9后，以彈簧張拉固定機構14將彈簧移動端滑塊6固定，接著可擰松滑塊固定螺絲9。
[0037]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的接觸面上均勻設置有滾珠，其與水平加載滑桿10的摩擦阻力可忽略。
[0038]如圖4所示，彈簧張拉固定機構14包括夾線螺栓51、螺母52和連接鋼絲53，試驗土槽I上設有與夾線螺栓51配合連接的螺紋孔，螺母52設于螺紋孔上，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型的開口內設有圓體狀凹槽，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