(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210419717.4 (22)申请日 2022.04.20 (71)申请人 农业农村 部南京农业机 械化研究所 地址 210000 江苏省南京市玄武区中山门 外柳营10 0号 (72)发明人 关卓怀　沐森林　金梅　陈旭　 张敏　李海同　江涛　梁苏宁　 吴崇友　 (74)专利代理 机构 南昌丰择知识产权代理事务 所(普通合伙) 36137 专利代理师 张荣 (51)Int.Cl. G01N 3/38(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 一种履带- 土壤多轴动载荷加载试验台 (57)摘要 本发明公开了一种履带 ‑土壤多轴动载荷加 载试验台， 属于机械加载设备领域， 可模拟履带 行走装置对土壤表面施加的挤压、 剪切、 扭转多 种载荷， 载荷组合形式、 加载速度、 交变次数均可 测、 可控、 可调， 土壤在履带载荷作用下内部力的 分布、 形变、 履带 ‑土壤间相对位移均可检测， 解 决了现有技术中加载形式有限、 难以模拟实际情 况下履带 ‑土壤间力学状态的难题， 丰富加载试 验台的载荷形式， 应用前 景广泛。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114755124 A 2022.07.15 CN 114755124 A 1.一种履带 ‑土壤多轴动载荷加载试验台， 包括土壤(1)、 土槽(2)和机架(9)， 所述机架 (9)为立方体框架结构， 所述土壤(1)放入所述土槽(2)中后置于所述机架(9)内， 其特征在 于， 所述履带 ‑土壤多轴动载荷加载试验台还包括剪切载荷加载装置(3)、 挤压载荷加载装 置(4)、 扭转载荷加载装置(5)、 载荷传递装置(6)、 传感器、 多功能I/O板卡(10)和计算机 (11)， 所述剪切载荷加载装置(3)包括第一电动推杆(301)、 第一滑轨(302)、 第二滑轨(303) 和第一滑动座(304)， 第一滑轨(302)两端、 第二滑轨(303)两端分别固接于机架(9)上并位 于所述土槽(2)上方， 所述第一电动推杆(301)一端安装于机架(9)上， 另一端与第一滑动座 (304)一侧固定， 所述第一滑动座(304)前后端分别穿过第一滑轨(302)、 第二滑轨(303)， 在 第一电动推杆(301)推动下， 所述第一滑动座(304)可沿第一滑轨(302)、 第二滑轨(303)作 水平运动， 通过依次挤压载荷加载装置(4)、 扭转载荷加载装置(5)、 载荷传递装置(6)向土 壤施加水平方向的剪切载荷， 所述挤压载荷加载装置(4)包括第二电动推杆(401)、 第三滑 轨(402)、 第四滑轨(403)、 第二滑动座(404)、 上支撑板(405)和下支 撑板(406)， 第一滑动座 (304)、 第二滑动座(404)、 上支撑板(405)和下支 撑板(406)均互相平行， 第三滑轨(402)、 第 四滑轨(403)上端分别固接于所述第一滑动座(304)下表 面， 下端依次穿过上支撑板(405)、 第二滑动座(404)后和下支撑板(406)固接， 所述第二电动推杆(401)上端固定于第一滑动 座(304)上与第一电动推杆(301)位置相对的另一侧， 中下端分别与上支撑板(405)、 第二滑 动座(404)固定， 在第二电动推杆(401)推动下， 第二滑动座(404)可沿第三滑轨(402)、 第四 滑轨(403)垂 直运动， 通过扭转载荷加载装置(5)、 载荷传递装置(6)向土壤施加垂 直方向的 挤压载荷， 所述扭转载荷加载装置(5)包括步进电机(501)、 变速箱(502)， 所述变速箱(502) 安装于所述第二滑动座(404)上位于所述第二电动推杆(401)一侧， 所述载荷传递装置(6) 包括传动轴(601)、 第三滑动板(602)和履带板(603)， 所述传动轴(601)上端穿过所述第二 滑动座(404)和所述变速箱(502)输出端联接， 下端和第三滑动板(602)上端固接， 所述履带 板(603)与所述第三滑动板(602)下端 固接后， 与所述土壤(1)接触， 所述步进电机(501)与 所述变速箱(502)输入端连接， 通过所述传动轴(601)带动载荷传递装置(6)旋转， 向土壤 (1)施加扭转载荷， 所述传感器包括扭矩传感器(701)、 三轴力传感器(702)、 第一薄膜式压 力分布传感器(703)、 第二薄膜式压力分布传感器(704)、 第一光栅位移传感器(705)、 第二 光栅位移传感器(706)、 第三光栅位移传感器(707)、 第四光栅位移传感器(708)， 所述扭矩 传感器(701)安装于传动轴(601)上端， 用于检测扭矩输出， 三轴力传感器(702)安装于所述 传动轴(601)下端与第三滑动板(602)之间， 检测垂直、 水平方向的挤压、 剪切载荷， 第一薄 膜式压力分布传感器(703)， 水平 放置于土壤(1)中， 用于检测土壤(1)内部垂 直方向压力分 布， 第二薄膜 式压力分布传感器(704)， 垂直放置于土壤(1)中， 用于检测土壤(1)内部水平 方向压力分布， 第一光栅位移传感器(705)、 第二光栅位移传感器(706)、 第三光栅位移传感 器(707)、 第四光栅位移传感器(708)均安装于土槽(2)内壁上， 其中第一光栅位移传感器 (705)、 第二光栅位移传感器(706)对称水平布置， 用于检测履带板(603)整体在水平 面的位 移， 第三光栅位移传感器(707)、 第四光栅位移传感器(708)对称纵向布置， 用于检测履带板 (603)整体在 纵向面的位移， 多功能I/O板卡(10)分别与所述传感器、 第一电动推杆(301)、 第二电动推杆(401)、 步进电机(501)、 计算机(11)连接， 采集第一电动推杆(301)位移量、 第 二电动推杆(401)位移量、 步进电机(501)电机轴旋转角度， 并将信号数据传输给计算机 (11)， 接收计算机(11)控制指令， 控制第一电动推杆(301)伸缩、 第二电动推杆(401)伸缩和权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114755124 A 2步进电机(5 01)转动。 2.根据权利要求书1所述的一种履带 ‑土壤多轴动载荷加载试验台， 其特征在于， 还包 括轴承座(8)， 所述轴承座(8)包括两第一轴承座(801)、 两第二轴承座(802)， 分别一一平行 且对称安装于所述机架(9)左右两侧上端， 位于所述土槽(2)上方， 第一滑轨(302)两端分别 固接于两第一轴承座(801)上， 第二滑轨(3 03)两端分别固接 于两第二轴承座(802)上。 3.根据权利要求书2所述的一种履带 ‑土壤多轴动载荷加载试验台， 其特征在于， 所述 计算机(11)输出控制信号给多功能I/O板卡(10)， 控制第一电动推杆(301)、 第二电动推杆 (401)和步进电机(501 )， 通过控制第一电动推杆(301)、 第二电动推杆(401 )和步进电机 (501)的运动或静止， 改变载荷加载形式， 实现直挤压、 水平剪切和扭转载荷的单一加载， 和 多轴复合加载， 且复合形式可任意调整， 如挤压 ‑剪切复合、 挤压 ‑扭转复合、 挤压 ‑剪切‑扭 转复合等， 通过控制第一电动推杆(301)、 第二电动推杆(401)和步进电机(501)的运动速 度， 可改变加载速率， 通过控制第一电动推杆(301)、 第二电动推杆(401)和步进电机(501) 的往复次数， 可以实现交变加载， 通过扭矩传感器(701)、 三轴力传感器(702)的反馈， 可以 设定载荷加载值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114755124 A 3