CN105751390A - 切割装置及岩土材料直接剪切仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种切割装置及岩土材料直接剪切仪，属于刀具技术领域。该装置包括第一抓手、第二抓手、力臂、固定件、步进式驱动机构、温度调节装置，第一抓手和第二抓手之间形成容置空间；待切割物分为第一部分、第二部分，待切割物容置于容置空间内，使得第一部分被第一抓手夹持，第二部分被第二抓手夹持；温度调节装置用于调节容置空间内的温度；力臂的一端固定连接于第一抓手的右侧，力臂的另一端抵顶于固定件；步进式驱动机构用于向第二抓手提供向右的作用力。该岩土材料直接剪切仪包括该切割装置。其能够对待切割物自身的温度进行调节，而无需通过改变环境温度的方式进行试验研究，其不仅操作方便，而且能够节约大量的能源。

Description

切割装置及岩土材料直接剪切仪
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种切割装置及岩土材料直接剪切仪。
背景技术
现有技术中应用的切割装置大多以刀具的形式出现，其只能在环境温度条件下对待切割物进行切割，而无法通过自身设置不同的温度参数，因此，在有些需要对温度参数本身与待切割物之间的关系进行研究的试验及现场操作的过程中，需要通过改变环境温度的方式进行，由于环境范围大，通过这种方式对温度参数进行研究时，需要对环境进行加热或者制冷，耗费的能源较多。
具体到岩土工程技术领域，直接剪切试验是测定岩土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ和粘聚力c。岩土工程技术人员研究表明，软弱结构面强度的变化对于岩体稳定性影响是比较显著的。在岩土物理模型试验中，如岩体滑坡模型等往往是由于软弱面的强度降低。因此，物理模型试验中，工程技术人员研制了抗剪强度随温度变化的材料。但是，还没有能够对不同温度条件下待切割岩土材料进行直接剪切试验的直接剪切仪问世，因此，也很难对待切割岩土材料的剪切性能与温度条件之间的关系进行研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种切割装置及岩土材料直接剪切仪，其能够对待切割物自身的温度进行调节，而无需通过改变环境温度的方式进行试验研究，其不仅操作方便，而且能够节约大量的能源，从而更加适于实用。
为了达到上述第一个目的，本发明提供的切割装置的技术方案如下：
本发明提供的切割装置包括第一抓手、第二抓手、力臂、固定件、步进式驱动机构、温度调节装置，
所述第一抓手和第二抓手之间形成容置空间；
待切割物分为第一部分、第二部分，所述待切割物容置于所述容置空间内，使得所述第一部分被所述第一抓手夹持，所述第二部分被所述第二抓手夹持；
所述温度调节装置用于调节所述容置空间内的温度；
所述力臂的一端固定连接于所述第一抓手的右侧，所述力臂的另一端抵顶于所述固定件；
所述步进式驱动机构用于向所述第二抓手提供向右的作用力。
本发明提供的切割装置还可采用以下技术措施进一步实现。
作为优选，所述容置空间为一封闭式容置空间。
作为优选，所述步进式驱动机构包括步进式原动件，通过所述步进式原动件的输出轴能够向所述待切割物的第二部分施加向右的作用力。
作为优选，所述切割装置还包括承载小车，所述承载小车包括承载板和滚动件，
所述滚动件设置于所述承载板底部；
所述第二抓手固定设置于所述承载板上方；
所述步进式原动件的输出轴抵顶于所述承载板的左侧。
作为优选，所述承载板上设有凹槽，所述第二抓手与所述承载板配合时，所述第二抓手能够与所述凹槽相契合。
作为优选，所述承载板的边缘设有凸缘，所述凸缘的高度高于所述承载板的高度。
作为优选，所述力臂的长度超出所述承载板处于所述第二抓手的右侧边缘。
作为优选，所述切割装置还包括测力机构，所述测力机构用于测量所述力臂承受的作用力。
作为优选，所述测力计包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、刚性连接件、测力计，
所述固定件包括水平板和竖直板，所述竖直板固定连接于所述水平板的右侧，所述竖直板与所述水平板之间的二面角为90°，
所述测力计固定连接于所述固定件，
所述刚性连接件的第一末端与所述力臂相抵顶，所述刚性连接件的第二末端固定连接于所述测力计，
所述刚性连接件包括依次固定连接的第一水平部、竖直部和第二水平部，所述第一末端处于所述第一水平部的左端，所述竖直部固定连接于所述第一水平部和第二水平部的右端，所述第二末端处于所述第二水平部的左端，
所述第一滑轮设置于所述第一末端，所述第二滑轮设置于所述竖直部和所述竖直板之间，所述第三滑轮设置于所述第二水平部和水平板之间。
作为优选，所述温度调节装置包括加热片和控制终端，所述加热片用于为所述待切割物加热，
所述控制终端用于控制所述加热片的启动或者制动，
所述控制终端与所述加热片之间的通信方式选自有线通信或者无线通信。
作为优选，所述温度调节装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述待切割物的温度，
所述控制终端还用于采集所述待切割物的温度值；
所述控制终端与所述加热片之间的通信方式选自有线通信或者无线通信。
作为优选，所述有线通信选自RS-232、RS-485、USB、I2C、TWI、SPI、1WIRE、以太网接口中的一种。
作为优选，所述第一抓手上设有第一通孔，供所述通信线路穿过。
作为优选，所述无线通信选自蓝牙技术、Wi-Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一种。
为了达到上述第二个目的，本发明提供的岩土材料直接剪切仪的技术方案如下：
本发明提供的岩土材料直接剪切仪包括本发明提供的切割装置、垂直加压机构、隔热件，
所述待切割物为待切割岩土材料；
所述第一抓手包括上剪切盒、上透水板，所述上剪切盒呈第一筒状结构，所述上透水板封堵于所述第一筒状结构的顶部，所述垂直加压机构用于从所述待切割岩土材料上方对其施加向下的压力；
所述第二抓手包括下剪切盒、下透水板，所述下剪切盒呈第二筒状结构，所述下透水板封堵于所述第二筒状结构的底部；
所述隔热件包覆于所述待切割岩土材料、上透水板、下透水板的外部。
本发明提供的岩土材料直接剪切仪还可采用以下技术措施进一步实现。
作为优选，所述岩土材料直接剪切仪还包括位移计，
所述位移计用于计量所述垂直加压机构的位移值。
作为优选，所述隔热件上还设有第二通孔，供所述通信线路穿过。
本发明提供的切割装置在应用时，步进式驱动机构向待切割物的第二部分施加向右的作用力，通过力的传递，相当于步进式驱动机构向待切割物的第二部分施加向右的作用力，此时，由于设置于第一抓手右侧的力臂被固定件抵顶，受到活动空间的限制，通过力的传递，该待切割物的第一部分受到向左的作用力，在该向右的作用力和向左的作用力的共同作用下，该待切割物在该第一抓手和第二抓手的断面处被切割；此外，由于该温度调节装置设置于由第一抓手和第二抓手构成的容置空间内，只需要改变该容置空间内的温度即可改变该待切割物的环境温度，因此，在研究温度于剪切作用力的关系时，无需通过改变更大的环境温度实现温度的变化，消耗的能源很少。
本发明提供的岩土材料直接剪切仪包括本发明提供的切割装置，在对待切割岩土材料剪切作用力与温度的关系进行研究时，不仅能够利用该切割装置的剪切功能，同时，节约能源。此外，隔热件的选用能够避免对待切割岩土材料加热的温度损耗，更进一步节约能源；上透水板、下透水板的选用使得当待切割岩土材料受压后被挤压出的水能够透过，从而保证垂直加压机构的顺利应用；如果不选用上透水板和下透水板，从待切割岩土材料被挤压出的水会滞留在容置空间内，由于固体和液体都具有不可压缩的性质，会造成垂直加压机构无法顺利对待切割岩土材料进行施压。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例一提供的岩土材料直接剪切仪的局部剖视结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的岩土材料直接剪切仪的局部剖视结构示意图；
图4为图3中B部分的局部放大结构示意图。
具体实施方式
本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种切割装置及岩土材料直接剪切仪，其能够对待切割物自身的温度进行调节，而无需通过改变环境温度的方式进行试验研究，其不仅操作方便，而且能够节约大量的能源，从而更加适于实用。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的切割装置及岩土材料直接剪切仪，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
实施例一
参见附图1和附图2，本发明提供的切割装置包括第一抓手、第二抓手、力臂32-33、固定件、步进式驱动机构22-2-1-23、温度调节装置17-16-15，第一抓手和第二抓手之间形成容置空间；待切割物分为第一部分、第二部分，待切割物容置于容置空间内，使得第一部分被第一抓手夹持，第二部分被第二抓手夹持；温度调节装置17-16-15用于调节容置空间内的温度；力臂32-33的一端固定连接于第一抓手的右侧，力臂的另一端抵顶于固定件；步进式驱动机构22-2-1-23用于向第二抓手提供向右的作用力。
本发明提供的切割装置在应用时，步进式驱动机构22-2-1-23向待切割物的第二部分施加向右的作用力，通过力的传递，相当于步进式驱动机构22-2-1-23向待切割物的第二部分施加向右的作用力，此时，由于设置于第一抓手右侧的力臂32-33被固定件抵顶，受到活动空间的限制，通过力的传递，该待切割物的第一部分受到向左的作用力，在该向右的作用力和向左的作用力的共同作用下，该待切割物在该第一抓手和第二抓手的断面处被切割；此外，由于该温度调节装置17-16-15设置于由第一抓手和第二抓手构成的容置空间内，只需要改变该容置空间内的温度即可改变该待切割物的环境温度，因此，在研究温度于剪切作用力的关系时，无需通过改变更大的环境温度实现温度的变化，消耗的能源很少。
其中，容置空间为一封闭式容置空间。从而减少热能损耗。
其中，步进式驱动机构17-16-15包括步进式原动件1-2，通过步进式原动件1-2的输出轴23能够向待切割物的第二部分施加向右的作用力。
其中，切割装置还包括承载小车10，承载小车10包括承载板和滚动件13，滚动件13设置于承载板底部；第二抓手固定设置于承载板上方；步进式原动件1-2的输出轴23抵顶于承载板的左侧。通过这种方式，能够第二抓手与地面或者操作台之间的滑动摩擦力转换为滚动件13与地面或者操作台之间的滚动摩擦力，减小摩擦力对试验结果的影响。
其中，承载板上设有凹槽24，第二抓手与承载板配合时，第二抓手能够与凹槽24相契合。从而保证第二抓手与承载板之间无相对运动。
其中，承载板的边缘设有凸缘，凸缘的高度高于承载板的高度。从而保证步进式原动件1-2的输出轴23在向承载板施加作用力时的作用点可靠。
其中，力臂32-33的长度超出承载板处于第二抓手的右侧边缘。从而保证力臂32-33能够有余地承受来自固定件的向左的作用力，在力臂32-33的长度小于承载板处于第二抓手的右侧边缘的情况下，来自固定件的向左的作用力只能作用在承载板上，而无法对待切割物施加剪切作用力。
其中，切割装置还包括测力机构，所述测力机构用于测量力臂32-33承受的作用力。
其中，测力计包括第一滑轮34、第二滑轮35、第三滑轮36、刚性连接件11、测力计12，固定件包括水平板27和竖直板28，竖直板28固定连接于水平板27的右侧，竖直板28与水平板27之间的二面角为90°，测力计12固定连接于固定件27-28，刚性连接件11的第一末端与力臂32-33相抵顶，刚性连接件11的第二末端固定连接于测力计12，刚性连接件11包括依次固定连接的第一水平部、竖直部和第二水平部，第一末端处于第一水平部的左端，竖直部固定连接于第一水平部和第二水平部的右端，第二末端处于第二水平部的左端，第一滑轮34设置于第一末端，第二滑轮35设置于竖直部和竖直板28之间，第三滑轮36设置于第二水平部和水平板27之间。通过该第一滑轮34、第二滑轮35、第三滑轮36，能够改变测力计12的安装位置，使得本发明实施例提供的切割装置更加节省占地面积。
本实施例中，力臂32-33包括水平分臂32和竖直分臂33，该竖直分臂33与该水平分臂32之间具有呈90°的夹角，在这种情况下，力臂32-33能够有足够的面积承载来自固定件的向左的作用力。
其中，温度调节装置17-16-15包括加热片15和控制终端17，加热片15用于为待切割物加热，控制终端17用于控制加热片15的启动或者制动，控制终端17与加热片15之间的通信方式选自有线通信。
其中，温度调节装置17-16-15还包括温度传感器(图中未示出)，温度传感器(图中未示出)用于检测待切割物的温度，控制终端17还用于采集待切割物的温度值；控制终端17与加热片15之间的通信方式为有线通信。
其中，有线通信选自RS-232、RS-485、USB、I2C、TWI、SPI、1WIRE、以太网接口中的一种。
其中，第一抓手上设有第一通孔29，供通信线路穿过。
本实施例中，岩土材料直接剪切仪包括本发明提供的切割装置、垂直加压机构4-31-6、隔热件18-19-20-21，待切割物为待切割岩土材料14；第一抓手包括上剪切盒9、上透水板7，上剪切盒9呈第一筒状结构，上透水板7封堵于第一筒状结构的顶部，垂直加压机构4-31-6用于从待切割岩土材料14上方对其施加向下的压力；第二抓手包括下剪切盒3、下透水板8，下剪切盒3呈第二筒状结构，下透水板8封堵于第二筒状结构的底部；隔热件18-19-20-21包覆于待切割岩土材料14、上透水板7、下透水板8的外部。
本发明提供的岩土材料直接剪切仪包括本发明提供的切割装置，在对待切割岩土材料剪切作用力与温度的关系进行研究时，不仅能够利用该切割装置的剪切功能，同时，节约能源。此外，隔热件18-19-20-21的选用能够避免对待切割岩土材料14加热的温度损耗，更进一步节约能源；上透水板7、下透水板8的选用使得当待切割岩土材料14受压后被挤压出的水能够透过，从而保证垂直加压机构4-31-6的顺利应用；如果不选用上透水板7和下透水板8，从待切割岩土材料14被挤压出的水会滞留在容置空间内，由于固体和液体都具有不可压缩的性质，会造成垂直加压机构4-31-6无法顺利对待切割岩土材料14进行施压。
其中，岩土材料直接剪切仪还包括位移计5，位移计5用于计量垂直加压机构4-31-6的位移值。本实施例中，控制终端17还可以用于接收来自位移计5、测力计12的数据，并用于对来自温度传感器(图中未示出)、位移计5、测力计12的数据进行分析，还可以将该分析软件的计算公式设置成为一APP，根据需要，直接由该APP输出分析结果。
其中，隔热件上还设有第二通孔30，供通信线路穿过。
实施例二
参见附图3和附图4，在本发明实施例一提供的切割装置及岩土材料直接剪切仪的基础上进行改进，在本发明实施例而提供的切割装置及岩土材料直接剪切仪中，控制终端17与加热片15之间的通信方式为无线通信，无线通信选自蓝牙技术、Wi-Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一种。在这种情况下，无需在上剪切盒9或者下剪切盒3上加工第一通孔29，也无需在隔热件18-19-20-21上加工第二通孔30，而且，控制终端的17的移动范围更大，还可以进一步通过远程实现对加热片15的控制。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种切割装置，其特征在于，包括第一抓手、第二抓手、力臂、固定件、步进式驱动机构、温度调节装置，
所述第一抓手和第二抓手之间形成容置空间；
待切割物分为第一部分、第二部分，所述待切割物容置于所述容置空间内，使得所述第一部分被所述第一抓手夹持，所述第二部分被所述第二抓手夹持；
所述温度调节装置用于调节所述容置空间内的温度；
所述力臂的一端固定连接于所述第一抓手的右侧，所述力臂的另一端抵顶于所述固定件；
所述步进式驱动机构用于向所述第二抓手提供向右的作用力。
2.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述容置空间为一封闭式容置空间。
3.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述步进式驱动机构包括步进式原动件，通过所述步进式原动件的输出轴能够向所述待切割物的第二部分施加向右的作用力。
4.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，还包括承载小车，所述承载小车包括承载板和滚动件，
所述滚动件设置于所述承载板底部；
所述第二抓手固定设置于所述承载板上方；
所述步进式原动件的输出轴抵顶于所述承载板的左侧；
作为优选，所述承载板上设有凹槽，所述第二抓手与所述承载板配合时，所述第二抓手能够与所述凹槽相契合；
作为优选，所述承载板的边缘设有凸缘，所述凸缘的高度高于所述承载板的高度；
作为优选，所述力臂的长度超出所述承载板处于所述第二抓手的右侧边缘。
5.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，还包括测力机构，所述测力机构用于测量所述力臂承受的作用力；
作为优选，所述测力计包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、刚性连接件、测力计，
所述固定件包括水平板和竖直板，所述竖直板固定连接于所述水平板的右侧，所述竖直板与所述水平板之间的二面角为90°，
所述测力计固定连接于所述固定件，
所述刚性连接件的第一末端与所述力臂相抵顶，所述刚性连接件的第二末端固定连接于所述测力计，
所述刚性连接件包括依次固定连接的第一水平部、竖直部和第二水平部，所述第一末端处于所述第一水平部的左端，所述竖直部固定连接于所述第一水平部和第二水平部的右端，所述第二末端处于所述第二水平部的左端，
所述第一滑轮设置于所述第一末端，所述第二滑轮设置于所述竖直部和所述竖直板之间，所述第三滑轮设置于所述第二水平部和水平板之间。
6.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述温度调节装置包括加热片和控制终端，所述加热片用于为所述待切割物加热，
所述控制终端用于控制所述加热片的启动或者制动，
所述控制终端与所述加热片之间的通信方式选自有线通信或者无线通信；
作为优选，所述温度调节装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述待切割物的温度，
所述控制终端还用于采集所述待切割物的温度值；
所述控制终端与所述加热片之间的通信方式选自有线通信或者无线通信。
7.根据权利要求6所述的切割装置，其特征在于，所述有线通信选自RS-232、RS-485、USB、I2C、TWI、SPI、1WIRE、以太网接口中的一种；
作为优选，所述第一抓手上设有第一通孔，供所述通信线路穿过。
8.根据权利要求6所述的切割装置，其特征在于，所述无线通信选自蓝牙技术、Wi-Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一种。
9.一种岩土材料直接剪切仪，其特征在于，包括权利要求1～8中任一所述的切割装置、垂直加压机构、隔热件，
所述待切割物为待切割岩土材料；
所述第一抓手包括上剪切盒、上透水板，所述上剪切盒呈第一筒状结构，所述上透水板封堵于所述第一筒状结构的顶部，所述垂直加压机构用于从所述待切割岩土材料上方对其施加向下的压力；
所述第二抓手包括下剪切盒、下透水板，所述下剪切盒呈第二筒状结构，所述下透水板封堵于所述第二筒状结构的底部；
所述隔热件包覆于所述待切割岩土材料、上透水板、下透水板的外部；
作为优选，所述岩土材料直接剪切仪还包括位移计，
所述位移计用于计量所述垂直加压机构的位移值。
10.根据权利要求9所述的岩土材料直接剪切仪，其特征在于，所述切割装置为权利要求7所述的切割装置，所述隔热件上还设有第二通孔，供所述通信线路穿过。
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