CN113358492A - 用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料试验设备领域，具体涉及一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备及其使用方法。包括环剪仪器台，空心圆柱击实器，土样刮毛器，土样拂平器；和与空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器连接的控制***；控制***控制空心圆柱击实器用于将装在环剪仪器台中的试样进行击实，控制***控制土样拂平器对装完的试样的上表面进行拂平操作；根据装样的种类，控制***控制土样刮毛器是否工作。本发明通过多功能、集成化实现不同试样的自动化装样，能够保证试样精准高效放入环剪仪的槽里，且保证试样形状的完好性以及上表面的平整性；对于土体试样的适用性广；随用随停，空间利用率高。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料试验设备领域，具体涉及一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备及其使用方法。
背景技术
空心圆柱砂土试样用于通过环剪仪研究在荷载作用下土体剪切特性或土-结构接触面的剪切特性等分析。
在土工试验中，装样是试验过程的重要步骤之一。尤其是对于无黏性土，经常会存在人工直接装样困难的问题。如果遇到相对密实度较高的砂土试样，那么很可能会出现土体试样“不够放”的现象；若试样为黏性土，还须将其表面刮毛；即便是试样可以顺利放完，无论是黏性土还是无黏性土，试样的上表面也是极有可能不平整，这会使得后续的试验结果产生偏差。所以，对于初期试验者来说，人工直接装样是一个非常耗时且有难度的操作，具有一定的技术含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备及其使用方法，通过多功能、集成化实现不同试样的自动化装样，能够保证试样精准高效放入环剪仪的槽里，且保证试样形状的完好性以及上表面的平整性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备，包括环剪仪器台，空心圆柱击实器，土样刮毛器，土样拂平器；和与空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器连接的控制***；
控制***控制空心圆柱击实器用于将装在环剪仪器台中的试样进行击实，控制***控制土样拂平器对装完的试样的上表面进行拂平操作；根据装样的种类，控制***控制土样刮毛器是否工作。
进一步的，还包括两个击实器架立杆，环剪仪器台包括外圆环基座和用于装样的内空心圆柱试样槽基座，内空心圆柱试样槽基座上设有供击实器架立杆固定的槽口。
进一步的，空心圆柱击实器通过击实器连接器与击实器架立杆可拆卸固定连接。
进一步的，所述空心圆柱击实器包括击实锤制动活塞导杆，击实锤限位器，空心圆环击实锤，空心平整圆环导杆和空心平整圆环；
两根击实锤制动活塞导杆和圆环击实锤为一体式构件；两根击实锤导杆与控制***连接；
空心圆环击实锤和空心平整圆环竖直投影形状以及面积一致；
两根空心平整圆环导杆和空心平整圆环为一体式构件；
空心圆环击实锤套设在空心平整圆环导杆上，两根空心平整圆环导杆设有用于限制空心圆环击实锤的活动高度的击实锤限位器。
进一步的，击实器连接器包括击实器连接螺栓和击实器连接杆；
击实器连接杆一端和空心平整圆环导杆连接，一端通过击实器连接螺栓与击实器架立杆连接。
进一步的，土样刮毛器包括刮刀，卡刀板和卡刀插销；
所述刮刀***卡刀板中，卡刀板上沿高度方向设有多个通孔，通过卡刀插销将刮刀固定在不同的高度；
所述刮刀的宽度等于内空心圆柱试样槽基座内外半径之差。
进一步的，控制***包括传感控制设备和计算机；
所述传感控制设备通过线缆与空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器连接，传感控制设备和计算机连接；
通过计算机将控制指令发送给传感控制设备，进一步的控制空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器的运行；传感控制设备接收空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器的信息，并将其输送给计算机，计算机进行分析，处理，实现闭环控制，
进一步的，环剪仪器台上还设有环剪仪液晶显示屏和环剪仪相关控制按键。
一种采用上述的试验设备进行装样的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：将两根击实器架立杆***内空心圆柱试样槽基座对应的槽口中固定；启动计算机，打开对应传感控制设备的软件控制***；
步骤(2)：根据试样的类型，启动不同的装样程序；
对于无黏性土，将试样用漏斗匀速绕圈放入，大约分3～4次放满；每次试样放到相应高度，进行击实操作，卸下空心圆柱击实器，使得空心平整圆环与试样上表面平整充分接触；
对于黏性土，装样程序与无黏性土不同的是，每次击实之后，对上表面进行刮毛，即先将土样刮毛器放入内空心圆柱试样槽基座上，控制土样刮毛器转动进行顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向刮毛操作；
步骤(3)：当试样装满内空心圆柱试样槽基座的槽后，将土样拂平器放在内空心圆柱试样槽基座上并接触试样上表面，控制土样拂平器转动完成顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向拂平操作；
步骤(4)：将环剪仪的上盖装上，结束本次机械自动化的装样过程。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)将人力合理转化成机械力：本发明通过传感机械传动结构装置，将人力转化成稳定的计算机控制传感控制设备形成的一套完整的用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备。不仅减少人为的不稳定因素导致装样后的不完好状态，同时，也缩短了装样时间，提高了试验效率。
(2)装样功能齐全且精简高效：将刮毛，击实和拂平等装样过程中的细节处理集于一体，解决了装样过程中可能会遇到的困难，精准控制试样装样的完好性。
(3)对于土体试样的适用性广：无论是对于无黏性土还是黏性土，均能精准完成装样。若对于相对密实度较大的无黏性土，可通过自动化分层击实达到理想效果，成功避免了“放不下”的现象，最后进行自动化拂平，使试样完好且上表面平整；若遇到黏性土，可通过分层刮毛并击实达到试样不分层的理想效果，其他操作与无黏性土基本一致。
(4)随用随停，空间利用率高：使用时通过击实器连接器卸下空心圆环击实器即可进行击实操作；土样刮毛刀和土样拂平器直接卡放在内空心圆柱试样槽基座上即可进行刮毛和拂平操作；使用结束后，通过击实器连接器架起空心圆环击实器即可，本发明不会占用多余的空间去摆放。
附图说明
图1为现有技术环剪仪空心圆柱试样槽设备的三维结构示意图。
图2为本发明用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备的三维结构示意图。
图3为本发明的多功能试验设备的竖向剖视图。
图4为本发明的多功能试验设备的俯视图。
图5为本发明的击实器结构及连接机构的示意图。
图6为本发明的土样刮毛器的竖向剖视图。
图7为本发明的击实器结构及连接机构的俯视图。
附图标记说明：
2-外圆环基座，3-内空心圆柱试样槽基座，4-击实器架立杆，8-土样拂平器，9-传感控制设备，10-计算机，11-环剪仪液晶显示屏，12-环剪仪相关控制按键，13-环剪仪操作台，51-击实器连接螺栓，52-击实器连接杆，61-击实锤制动活塞导杆，62-击实锤限位器，63-空心圆环击实锤，64-空心平整圆环导杆，65-空心平整圆环，71-刮刀，72-卡刀板，73-卡刀插销，91-土样刮毛器传感控制线，92-土样拂平器传感控制线，93-传感控制设备线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备，包括如图1所示的环剪仪器台、外圆环基座2和内空心圆柱试样槽基座3。
如图2-7所示，作为本发明的改进点，本发明用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备还包括击实器架立杆4、击实器连接器、空心圆柱击实器、土样刮毛器、土样拂平器8、传感控制设备9和计算机10；
所述击实器连接杆52通过配套的击实器连接螺栓51连接空心圆柱击实器和击实器架立杆4，并将击实器架立杆4***内空心圆柱试样槽基座3对应的圆孔中固定，所述土样刮毛刀和土样拂平器8直接放在内空心圆柱试样槽基座3上即可通过传感控制设备9连接计算机10精确控制，进行试样上表面的刮毛与拂平。
本发明通过传感机械传动结构装置，将人力转化成稳定的计算机控制传感控制设备形成的一套完整的用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备。不仅减少人为的不稳定因素导致装样后的不完好状态，同时，也缩短了装样时间，提高了试验效率；将刮毛，击实和拂平等装样过程中的细节处理集于一体，解决了装样过程中可能会遇到的困难，精准控制试样装样的完好性；无论是对于无黏性土还是黏性土，均能精准完成装样。若对于相对密实度较大的无黏性土，可通过自动化分层击实达到理想效果，成功避免了“放不下”的现象，最后进行自动化拂平，使试样完好且上表面平整；若遇到黏性土，可通过分层刮毛并击实达到理想的效果，其他操作与无黏性土基本一致；使用时通过击实器连接器卸下空心圆环击实器即可进行击实操作；土样刮毛刀和土样拂平器直接卡放在内空心圆柱试样槽基座上即可进行刮毛和拂平操作；使用结束后，通过击实器连接器架起空心圆环击实器即可，本发明不会占用多余的空间去摆放。
如图5所示，优选地，所述空心圆柱击实器包括击实锤制动活塞导杆61，击实锤限位器62，空心圆环击实锤63，空心平整圆环导杆64和空心平整圆环65；
所述两根击实锤制动活塞导杆61和圆环击实锤63为一体式构件；两根击实锤导杆61连接在传感控制设备9上，再通过传感控制设备线93连接计算机10与传感控制设备9；
所述空心圆环击实锤63和空心平整圆环65竖直投影形状以及面积一致；
所述两根空心平整圆环导杆64和空心平整圆环65为一体式构件；
所述两根击实锤制动活塞导杆61和圆环击实锤63组成的一体式构件通过圆环击实锤63上两孔嵌入空心平整圆环导杆64；
所述两根空心平整圆环导杆64均有击实锤限位器62，用于限制空心圆环击实锤63的活动高度，防止在试验过程中人为操作将圆环击实锤63上抬超过空心平整圆环导杆64，造成可能不必要的误伤或对设备的损伤。
如图6所示，所述土样刮毛器包括刮刀71、卡刀板72和卡刀插销73；
所述刮刀71***卡刀板72中，根据试验的具体情况，通过卡刀插销73将刮刀71调节至适当的高度；
所述刮刀71的长度为试样的宽度(即内空心圆柱试样槽基座3内外半径之差)。
下面详细说明本发明一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备的工作原理及过程。
首先，将两根击实器架立杆4***内空心圆柱试样槽基座3对应的圆孔中固定。启动计算机10，打开对应传感控制设备9的软件控制***，那么只需在该软件上进行手动设置即可完成环剪仪的机械自动化装样操作。
接着，考虑试样类型，是黏性土还是无黏性土，若对于相对密实度较大的无黏性土，以砂土为例，将砂土试样用漏斗沿着圆环槽匀速绕圈放入，大约分3～4次放满。每次试样放到适当高度，要进行击实操作，卸下空心圆柱击实器，使得空心平整圆环65与试样上表面平整充分接触，只需手动控制计算机10，传感控制设备9就会使两根击实锤制动活塞导杆61进行上抬和下落操作，且上抬不会超过击实锤限位器62的高度。每次击实的时间也可根据实际需要在计算机10上设置即可；若是黏性土，击实过程可参照以上砂土的流程，不同的是，每次击实之后，要将其上表面进行刮毛，如果没有这项操作，那么最后装好的试样极有可能是存在分层情况的，这对于后续的试验结果影响偏差可能较大。那么对于表面刮毛，先将土样刮毛器7放入内空心圆柱试样槽基座3上，然后只需手动在计算机10上设置即可，可以满足顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向刮毛操作。这样处理过的黏性土土样，层与层之间不会出现分层的情况。
然后，当试样装满内空心圆柱试样槽基座3的槽子后，将土样拂平器8放在内空心圆柱试样槽基座3上并接触试样上表面，只需手动对计算机10进行设置即可完成顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向拂平操作。无论是无黏性土还是黏性土，都需要进行表面拂平的操作，去多补少，保证试样上表面的平整性。如果试样表面不平整，那么在后续试验中，施加法向应力时会不均匀，那么会严重影响试验的理想规律性。而且，由于表面的高低不平，当环剪仪开始施加扭矩转动时，最终对于剪切破坏面的位置也会有改变，造成试验结果的偏差。
最后，将环剪仪的上盖装上，结束本次机械自动化的装样过程。
本发明用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备，将人力合理转化成机械力；装样功能齐全且精简高效；对于土体试样的适用性广；随用随停，空间利用率高。
Claims (9)
1.一种用于环剪仪自动化装样的多功能试验设备，其特征在于，包括环剪仪器台，空心圆柱击实器，土样刮毛器，土样拂平器；和与空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器连接的控制***；
控制***控制空心圆柱击实器用于将装在环剪仪器台中的试样进行击实，控制***控制土样拂平器对装完的试样的上表面进行拂平操作；根据装样的种类，控制***控制土样刮毛器是否工作。
2.根据权利要求1所述的多功能试验设备，其特征在于，还包括两个击实器架立杆，环剪仪器台包括外圆环基座和用于装样的内空心圆柱试样槽基座，内空心圆柱试样槽基座上设有供击实器架立杆固定的槽口。
3.根据权利要求2所述的多功能试验设备，其特征在于，空心圆柱击实器通过击实器连接器与击实器架立杆可拆卸固定连接。
4.根据权利要求3所述的多功能试验设备，其特征在于，所述空心圆柱击实器包括击实锤制动活塞导杆，击实锤限位器，空心圆环击实锤，空心平整圆环导杆和空心平整圆环；
两根击实锤制动活塞导杆和圆环击实锤为一体式构件；两根击实锤导杆与控制***连接；
空心圆环击实锤和空心平整圆环竖直投影形状以及面积一致；
两根空心平整圆环导杆和空心平整圆环为一体式构件；
空心圆环击实锤套设在空心平整圆环导杆上，两根空心平整圆环导杆设有用于限制空心圆环击实锤的活动高度的击实锤限位器。
5.根据权利要求4所述的多功能试验设备，其特征在于，击实器连接器包括击实器连接螺栓和击实器连接杆；
击实器连接杆一端和空心平整圆环导杆连接，一端通过击实器连接螺栓与击实器架立杆连接。
6.根据权利要求5所述的多功能试验设备，其特征在于，土样刮毛器包括刮刀，卡刀板和卡刀插销；
所述刮刀***卡刀板中，卡刀板上沿高度方向设有多个通孔，通过卡刀插销将刮刀固定在不同的高度；
所述刮刀的宽度等于内空心圆柱试样槽基座内外半径之差。
7.根据权利要求6所述的多功能试验设备，其特征在于，控制***包括传感控制设备和计算机；
所述传感控制设备通过线缆与空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器连接，传感控制设备和计算机连接；
通过计算机将控制指令发送给传感控制设备，进一步的控制空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器的运行；传感控制设备接收空心圆柱击实器，土样刮毛器和土样拂平器的信息，并将其输送给计算机，计算机进行分析，处理，实现闭环控制。
8.根据权利要求7所述的多功能试验设备，其特征在于，环剪仪器台上还设有环剪仪液晶显示屏和环剪仪相关控制按键。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的试验设备进行装样的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将两根击实器架立杆***内空心圆柱试样槽基座对应的槽口中固定；启动计算机，打开对应传感控制设备的软件控制***；
步骤(2)：根据试样的类型，启动不同的装样程序；
对于无黏性土，将试样用漏斗匀速绕圈放入，大约分3～4次放满；每次试样放到相应高度，进行击实操作，卸下空心圆柱击实器，使得空心平整圆环与试样上表面平整充分接触；
对于黏性土，装样程序与无黏性土不同的是，每次击实之后，对上表面进行刮毛，即先将土样刮毛器放入内空心圆柱试样槽基座上，控制土样刮毛器转动进行顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向刮毛操作；
步骤(3)：当试样装满内空心圆柱试样槽基座的槽后，将土样拂平器放在内空心圆柱试样槽基座上并接触试样上表面，控制土样拂平器转动完成顺、逆时针转动-360°～360°的正、反双向拂平操作；
步骤(4)：将环剪仪的上盖装上，结束本次机械自动化的装样过程。
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