141030-D01#YTX-50型综合土工箱设备技术说明-董

YTX-50型综合土工箱及自动化控制系统技术说明

一、综合土工箱简介

综合土工箱主要用于模拟静力压桩的工作状态，通过采集分析压桩过程的载荷及试验桩不同高度外壁的应变等数据，分析桩体的受力状态。

综合土工箱实验装置主要由岩土箱、加载框架、加载装置等部分组成，可进行多种静压桩实验。加载点可在加载框架平面内任意移动，可实现在任意位置进行实验。同时配有调平装置、导向装置，保证桩体在实验过程不发生倾斜，从而获得较好的实验效果。加载装置具有位移控制、速度控制等多种控制模式，可根据需要进行多种形式的实验。

综合土工箱实物照片

二、主要技术参数：

整体尺寸：2000×1600×3000mm

岩土箱箱体：内部尺寸1000×1000×1200mm

推力：0-50kN（可定制）

工作行程：0-1000mm

控制及加载方式：PLC控制电动缸多点加载

加工要求：周边三面由夹胶玻璃构成，后面由可拆卸钢板构成。框架采用L80×8的角钢焊接成，三侧面采用夹胶玻璃，一侧面采用两块厚度8mm可拆卸的钢板，底板采用厚度16mm的钢板，在加载过程中模型箱自身最大变形量不大于1mm。

三、分项介绍

3.1加载框架

加载框架采用自反力龙门式结构，包括底梁四支、可移动立柱两支、横梁两支。立柱采用200×200mm的H型钢制作，横梁采用标准20号槽钢制作，底梁采用整体焊接方式。立柱、横梁均按刚度校核，加载过程中横梁跨中变形量不大于梁长的1/1000。

底梁及横梁上布置高承载力的直线导轨，可承受较大的拉压力及弯矩。龙门架可在底梁导轨上滑动并可在任意位置锁紧，加载装置可在横梁上滑动并可在任意位置锁紧。这样加载点就实现在可1m×1m空间内任意位置加载。横梁高度可沿立柱按模数可调，以方便不同长度试件的实验。在横梁内侧安装导轨，用于安装压桩导向装置，保证压桩过程加载机构的直线运动。

3.2岩土箱

箱体所有焊接处均满焊，夹胶玻璃周边用玻璃胶完整密封，侧面钢板板上粘贴密封胶皮保证良好的密封性能。底部设置法兰装置用于放土，保证放土的方便、可控，同时保证箱体的整体密封性能。下图为模型箱的设计图纸与效果图。

加载框架

岩土箱箱体

3.3 加载装置

加载装置采用进口伺服电机驱动滚珠丝杠作为动力单元。滚珠丝杠传动机构采用活塞杆全封闭处理，压桩速度连续可调，并可进行静压，最大静荷载50kN，工作行程1000mm。

加载装置结构图

如上图结构图所示，加载装置由伺服电机、减速器、滚珠丝杠、辅助装置等组成。通过伺服电机的旋转控制电动缸的动作方向与速度，转角传感器测量伺服电机旋转角度，间接测量活塞杆的位移，辅助装置完成对电动缸的各种保护。

四、综合土工箱自动化控制系统

综合土工箱自动化系统是主要应用于岩土模型实验装置中竖向和水平伺服加载控制。可分别对竖向或者横向加载伺服电动缸进行单独控制，实现匀速压桩、定载压桩及桩承载力测试试验。

综合土工箱自动化系统控制原理

典型控制系统如上图所示，由伺服控制单元(PID调节单元)、动作执行单元(折返式伺服电动缸单元)、实验对象、测试单元组成。

综合土工箱自动化系统采用PID伺服控制技术，即通过对动作指令信号与动作反馈信号的差值同时进行比例、积分、微分调节运算，得到伺服电动缸下一步动作指令，以此指令控制伺服电动缸的转速，从而达到伺服电动缸位移和载荷的变化速度以减小动作指令信号与动作反馈信号的差值，并据此差值，给出新的动作指令，如此循环，达到伺服电动缸的输出稳定跟踪动作指令的控制结果。

控制系统主要配置包含可编程控制器(PLC)1台，4通道模数换模块1台，触摸屏1台，相关测试数据线等。通过可编程控制器接收由模数转换模块采集到的伺服电机转速及输出载荷信息，在控制器中经过PID伺服控制运算后，把控制指令通过输出通道发送给伺服电机进行控制。触摸屏为控制系统中的操作平台，可实时显示伺服电动缸的转速和载荷信息等。

控制系统技术参数如下：

1）竖向、横向加载压桩速度、荷载双闭环控制，可实现无冲击控制模式切换；压桩速度连续可调；

2）PLC控制器开关量输入、输出点不小于8点；模拟输入输出通道不小于2通道；触摸屏尺寸不小于5.7吋，真彩色。

3）A/D转换器位数12位，通道数≥4，总体精度1%。

4）试验控制精度：≤0.5%FS。

5）控制软件：匀速压桩、定载压桩、桩承载力测试等。

6）保险功能：超差、超限保护功能。

7）配备控制柜：放置PLC控制系统及设置可放置数据采集设备的滑动隔板；

8）附属设备：测力传感器、传感器放大器、直流电源等，形成自封闭系统，控制系统无需再增加其它附属设备。

图3 综合土工箱PLC控制系统及操作面板

五、项目案例

下图是我公司为河南工业大学设计制作的沙土模型箱。经过多次试验，取得了较理想的效果。

PLC控制器

带水平加载装置的压桩测试

荷载稳定实验

为中国矿业大学实验项目进行配套

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