CN103424317A

CN103424317A - 十字板剪切试验加载装置

Info

Publication number: CN103424317A
Application number: CN2013103602624A
Authority: CN
Inventors: 赵居代; 杨鸿钧; 张喜平; 周庆礼; 马军鹏; 亢保军
Original assignee: CCCC First Harbour Consultants Co Ltd
Current assignee: CCCC First Harbour Consultants Co Ltd
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明提供一种十字板剪切试验加载装置，该装置包括驱动部分、测矩部分及控制部分，驱动部分与测矩部分分别通过信号控制连接线与控制部分连接；整个装置通过电源线与外部电源相连，所述步进电机、控制器均固定在底板上，支撑轴承及轴承套通过支座固定在底板上，在底板上设有保护罩。本发明效果是使用该装置将驱动装置与测读装置集成于一处，体积小，重量轻，易于搬运，免去传统电测式仪器中的电缆连接，提高了试验效率，克服了数据飘移，消除了机械式仪器人力手摇读数时的误差，加荷速率稳定，试验数据准确，影响因素少，适用范围广。能准确测出不同强度软土层的试验数据。适合于各种水域工程勘察中的试验检测，特别是采用船载勘探平台进行海域工程地质勘察的检测。

Description

十字板剪切试验加载装置

技术领域

本发明设备为一种应用于水域、陆域的工程地质勘察原位测试设备，能对软粘性土的抗剪强度进行量测的十字板剪切试验加载装置。

背景技术

在港口、水利、公路、桥梁、人工岛等水域工程项目中，软土地基的抗剪强度是一个非常重要的工程指标。对这项指标的测量仪器目前国内外有多种设备，总体分为机械式和电测式两种：机械式采用人力手摇，人工读数，摇速不稳定，读数误差大；电测式的传感器在板头处，通过穿过钻杆的电缆与外部连接，当测试深度较深时，需频繁往钻杆中穿引电缆，操作繁琐，费时费力，且传感器多在地下水位下作业，数据飘移严重。所以目前传统的设备，实际应用范围极为有限，尤其是在受波浪、水流影响较大的水域环境下，其测量值大多离散或失真，工作效率低，试验误差大。

发明内容

本发明的目的是提供一种十字板剪切试验加载装置，能够在试验剪切中，特别是在水城勘察的试验剪切中，有效降低试验误差，提高试验精度，减少外界因素影响，拓宽试验使用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种十字板剪切试验加载装置，其中：该装置包括三部分：驱动部分、测矩部分及控制部分，驱动部分与测矩部分分别通过信号控制连接线与控制部分连接；驱动部分包括有步进电机、蜗杆、蜗轮，测矩部分包括有力矩传感器、轴杆、销键、支撑轴承及轴承套，控制部分由控制器、显示屏及控制按钮，整个装置通过电源线与外部电源相连，所述步进电机、控制器均固定在底板上，所述支撑轴承及轴承套通过支座固定在底板上，在底板上设有保护罩。

本发明的效果是使用该装置，用电机驱动代替人工手摇，用自动测读代替人工读数，将驱动装置与测读装置集成于一处，体积小，重量轻，易于搬运，免去传统电测式仪器中的电缆连接，提高了试验效率，克服了数据飘移，消除了机械式仪器人力手摇读数时的误差，加荷速率稳定，试验数据准确，影响因素少，适用范围广。此设备能够脱离水上试验平台，能够与套管独立连接，在保证规范要求的条件下，可以在不同条件的软土层进行十字板剪切原位测试，能准确测出不同强度软土层的试验数据。本装置适合于各种水域工程勘察中的试验检测，特别是采用船载勘探平台进行海域工程地质勘察的项目。

附图说明

图1为本发明十字板剪切试验加载装置结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为采用本发明十字板剪切试验装置试验操作示意图；

图中：

1、步进电机 2、力矩传感器 3、控制器 4、蜗杆 5、蜗轮

6、轴杆 7、显示屏及控制按钮 8、信号控制连接线

9、电源线 10、底板 11、保护罩 12、支撑轴承及轴承套

13、销键 14、支座 15、反力杆插入套 16、反力杆

17、套管 18、钻杆 19、十字板头 20、专用套管适配冒

具体实施方式

结合附图对本发明的十字板剪切试验加载装置的结构进一步说明。

本发明的十字板剪切试验加载装置设计思想是，通过步进电机实现对扭矩的匀速稳定传输，以克服传统机械式人力手摇的不稳定性。步进电机与电脑控制器相连，通过参数设置可控制其转速及转向。步进电机通过蜗杆蜗轮将扭矩传递到中间轩轴处。本装置用力矩传感器代替传统设备的钢环、百分表，消除了人工读数的误差，传感器置于钻孔外，克服了传统电测式设备的电缆连接及数据飘移，提高了试验的效率及数据的准确性。本装置的控制器由电脑芯片、主板、显示屏及控制按钮或触摸屏、存储卡等组成，通过显示屏面板上的控制按钮或触摸屏，设置参数，控制电机的转速及转向，将力矩传感器传送来的检测数据显示于显示屏中，并同步存储于外插存储卡中，这样使试验人员既可根据显示屏显示数据进行纸质记录，亦可用计算机从外接存储卡中直接读取数据，操作简便，数据可靠。控制器外接电源为24V～36V直流电源，可由大容量电瓶提供，或由电源适配器自220V交流电源提供，适用范围广泛。控制器负责向步进电机及力矩传感器提供电源。本装置各个器件均整合集成于一底板上，体积小，重量轻，便于携带搬运。

如图1所示，本发明的十字板剪切试验加载装置，该装置包括三部分：驱动部分、测矩部分及控制部分，驱动部分与测矩部分分别通过信号控制连接线8与控制部分连接；驱动部分包括有步进电机1、蜗杆4、蜗轮5，测矩部分包括有力矩传感器2、轴杆6、销键13、支撑轴承及轴承套12，控制部分由控制器3、显示屏及控制按钮7，整个装置通过电源线9与外部电源相连，所述电源线9所连接外接电源为24V～36V直流电源。

所述步进电机1、控制器3均固定在底板10上，所述支撑轴承及轴承套12通过支座14固定在底板10上，在底板10上设有保护罩11。所述保护罩11靠近轴杆6位置设有开孔，保护罩11靠近显示屏及控制按钮7位置为软质透明材料制作的透明窗口。在所述底板10的底部四角处设有反力杆插入套15，反力杆插入套15截面为圆形或方形。

所述驱动部分的步进电机1连接蜗杆4，蜗轮5与蜗杆4啮合，蜗轮5上设有力矩传感器2，并通过销键13连接在轴杆6上，轴杆6固定在支撑轴承及轴承套12上；所述控制器3上设有显示屏及控制按钮7。所述力矩传感器2为盘式中间带孔的力矩传感器，力矩传感器2的下盘与蜗轮5固接，力矩传感器2的上盘中间孔带销键槽，通过销键13与轴杆6固接。所述所述销键13为随时插拔的可插拔式销键。

所述控制器3的外周设有密封罩，控制器3的底部设有避震的橡胶垫圈，在显示屏及控制按钮7上设有存储卡插接口。显示屏及控制按钮7为集成一体式触摸屏。

本发明的十字板剪切试验加载装置功能是这样实现的：

该装置通过所述显示屏面板上的控制按钮7，可设置输入参数，从而通过控制器3控制步进电机1的转速、转向，进而实现对轴杆6的转速及转向的控制。所述步进电机1通过蜗杆4驱动蜗轮5，所述蜗轮5下端接支撑轴承及轴承套12，上端固接力矩传感器2。所述力矩传感器2为一盘式中间带孔力矩传感器，其下盘固接蜗轮5的信号，上盘通过销键槽及销键13固接轴杆6，为方便销键13插拔，所述力矩传感器2的上盘中间圆孔边缘等距分布3个销键槽。所述蜗轮5的转动带动力矩传感器2的转动，进而驱动轴杆6的转动。

所述力矩传感器2对轴杆6的力矩、转速进行实时监测，并通过信号控制连接线8将检测数据实时传送到控制器3。控制器3接收信号控制连接线8实时传送来的数据，并对其进行初步处理，将处理结果数据实时显示于显示屏及控制按钮7上，并同步存储于外接存储卡上。

所述控制器3自带一密封罩，通过电源线9接入外部电源，外接电源为24V～36V直流电源，可由大容量电瓶提供，或由电源适配器自220V交流电源处提供，可视实际情况接入，适用范围广泛。控制器3对步进电机1、力矩传感器2提供电源。所述控制器3、显示屏及控制按钮7与底板10通过支座14与底板10固定连接，并采用橡胶垫圈避震。所述显示屏及控制按钮7带存储卡插接口。

所述底板10下四角处，焊接4个截面为圆形或方形的管状反力杆插入套15，用以插入反力杆。

如图2所示，本发明十字板剪切试验加载装置在使用中，将十字板剪切试验加载装置接于套管17顶端的专用套管适配帽20上，连接方式采用插拔式。所述专用套管适配帽20和加载装置中心将带销键槽的轴杆6穿过，轴杆6下端接钻杆18，钻杆18下端接定向导杆及十字板头19。试验时对齐轴杆销键槽，插入销键，开动步进电机1，步进电机1驱动轴杆6以0.1°/s速率转动，轴杆6带动钻杆18和十字板头19转动，从而实现对试验土层的剪切。轴杆6的转动力矩通过力矩传感器2实时传送到控制器3，控制器3对传输数据进行处理，并同步显示到屏面板上的控制按钮7并存储于外插存储卡中。通过对所测轴杆转动力矩数据的处理，按一定换算关系，即可得出试验土体的抗剪强度。

本发明型十字板剪切试验加载装置的一般操作步骤如下：

（1）下套管，必要时进行清孔；

（2）连接十字板头、钻杆，下入至孔底试验土层，钻杆上端接带销键槽轴杆，轴杆外伸于套管上端外一定长度；

（3）安装专用套管适配帽及新型电动十字板剪切试验加载装置，并把轴杆从其中央孔穿过；

（4）调整加载装置方位，使之有合理反力点，并插入反力杆；

（5）启动电机，微调装置转角，对齐中央轴杆销键槽，插入销键；

（6）仪器初始化清零，然后进行剪切试验。试验速率按规范规定在仪器初始化时已自动设定。试验毕卸下加载装置，对其进行必要擦拭养护，然后将其装入专用包装搬运箱。

本发明十字板剪切试验加载装置的特点是：

（1）加载速率稳定，测试数据准确；

（2）能够独立安装在试验点套管上，减少周围环境影响；

（3）采用电机驱动，能够量测不同强度的软弱黏性土层的抗剪强度，适用范围广；

（4）体积小，重量轻，安装简单，维护方便；

（5）能够满足港口、水利、公路、铁路、桥梁、人工岛等多种行业的软土原位检测需要，适用范围广，工作效率高。

Claims

1.一种十字板剪切试验加载装置，其特征是：该装置包括三部分：驱动部分、测矩部分及控制部分，驱动部分与测矩部分分别通过信号控制连接线（8）与控制部分连接；驱动部分包括有步进电机（1）、蜗杆（4）、蜗轮（5），测矩部分包括有力矩传感器（2）、轴杆（6）、销键（13）、支撑轴承及轴承套（12），控制部分由控制器（3）、显示屏及控制按钮（7），整个装置通过电源线（9）与外部电源相连，所述步进电机（1）、控制器（3）均固定在底板（10）上，所述支撑轴承及轴承套（12）通过支座（14）固定在底板（10）上，在底板（10）上设有保护罩（11）。

2.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述驱动部分的步进电机（1）连接蜗杆（4），蜗轮（5）与蜗杆（4）啮合，蜗轮（5）上设有力矩传感器（2），并通过销键（13）连接在轴杆（6）上，轴杆（6）固定在支撑轴承及轴承套（12）上；所述控制器（3）上设有显示屏及控制按钮（7）。

3.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述控制器（3）的外周设有密封罩，控制器（3）的底部设有避震的橡胶垫圈，在显示屏及控制按钮（7）上设有存储卡插接口。

4.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述电源线（9）所连接外接电源为24V～36V直流电源。

5.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述力矩传感器（2）为盘式中间带孔的力矩传感器，力矩传感器（2）的下盘与蜗轮（5）固接，力矩传感器（2）的上盘中间孔带销键槽，通过销键（13）与轴杆（6）固接。

6.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：在所述底板（10）的底部四角处设有反力杆插入套（15），反力杆插入套（15）截面为圆形或方形。

7.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述销键（13）为随时插拔的可插拔式销键。

8.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述保护罩（11）靠近轴杆（6）位置设有开孔，保护罩（11）靠近显示屏及控制按钮（7）位置为软质透明材料制作的透明窗口。

9.根据权利要求1所述的十字板剪切试验加载装置，其特征是：所述显示屏及控制按钮（7）为集成一体式触摸屏。