CN104266887A - 电动静力双向重塑土样制样仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动静力双向重塑土样制样仪，属于岩土工程技术领域。电动静力双向重塑土样制样仪由盛样模具和传动机构组成，其中由饱和器、环刀、对开套筒组成的盛样模具不仅可以控制试样的不同尺寸，而且可以直接将土推入饱和器，避免脱模过程中对试样造成的扰动；由压头、压板、丝杆、蜗轮、蜗杆、限位器等配件组成的传动机构实现了精确控制试样的高度，通过双向均匀静力压样使所制备的试样整体密度均匀，并提高工作效率，通过限位器的配合不仅可以精确实现试样的预设尺寸，而且能够保证试验过程的安全性。本仪器使用方便，结构简单，满足快速制备国标规定尺寸的重塑土样，并确保制样过程的安全性。

Description

电动静力双向重塑土样制样仪

技术领域

    本发明公开了一种电动静力双向重塑土样制样仪，属于岩土工程技术领域。

背景技术

   在工程实践中，通常采用直接剪切试验、渗透试验、三轴剪切试验、扫描电镜试验、静态氮吸附试验、压汞试验、XRD试验等获取土体的宏观力学性质及微观结构特性，为了保证获取土体的真实宏观力学参数及微观结构参数，很有必要进行原位测试或者采集原状土进行室内测试分析，但由于土体本身所具有的多相性、不均一性，加上原位测试对试验成本和采集原状土对采集技术的要求较高，这就意味有必要将现场取回的土壤制成重塑土样进行试验，为保证试验数据的可比性，必须使所制备的试样满足整体密度均一性和平行试样的有效性，这在很大程度上将依赖于所采用的制样设备及方法。

室内常见的制样方法包括击实法和压样法，但它们具有如下缺陷：1）手动击实，很难控制每次采用相同的力度进行击实，且严重影响自动化程度和制样效率；2）每层土之间需要刮毛，刮毛的深度和位置的不均将引起层间衔接不均匀，该层可能成为层间夹层导致试样局部性质的改变；3）脱模过程中不可避免引入的摩擦和振动可能破坏试样的外形并影响其内部结构；4）人工手动操作，很难保证平行试样的有效性；5）很难保证试样整体密度的一致性；6）需要配备更换多套不同尺寸规格的模具才能制备相应尺寸的试样。又如中国专利公开号：CN 201662500 U，授权公开日：2010.12.01，发明名称为“电动式双向制样仪”，该申请案中公开的盛料模具虽能实现制备预定尺寸的试样，但如果试样需要饱和时，要将试样从盛料模具中推出，在试样脱模过程中产生的摩擦力将对试样的外壁及内部结构造成一定的扰动，影响试样的结构；另外，丝杆与滑块之间的传动机构无法实现减速目的进而实现静力压样的过程。

目前，关于制备室内土工试样仪器的报道很多，但是能同时满足制备多尺寸并且采取静力压样法所制备的试样密度均匀、尺寸精确、后期脱模方便、整个操作过程安全快捷的试验仪器和方法鲜有报道。

发明内容

针对上述存在问题，为了提供一种能够制备多种尺寸规格试样，且采用静力压样法以保证所制备的试样密度均匀，尺寸精确，后期脱模方便，操作过程安全快捷的制样仪器，本发明的目的在于提供电动静力双向重塑土样制样仪，为实现上述目的，其技术解决方案为：

电动静力双向重塑土样制样仪，它由盛样模具和传动机构，盛样模具由对开套筒、饱和器、环刀组成，其中，对开套筒内壁设有凹槽，凹槽内镶嵌一对环刀和饱和器，饱和器位于一对环刀之间，饱和器和环刀之间通过相互嵌入式连接，环刀和饱和器的厚度与凹槽的深度相等，对开套筒的外壁上设置有对称分布的钢箍，对开套筒通过横架固定在右立架上，对开套筒和横架之间设置有合页，右立架活动地安装在底座上，右立架下端设有标尺和限位器；

传动机构由上压板、上压头、下压板、下压头、上丝杆、下丝杆、套板、蜗轮、蜗杆、左立架、限位器、限位器触动片、电动机组成，上丝杆和下丝杆的一端分别通过平面轴承和套板的圆孔并固定在蜗轮上下两侧，另一端旋装在上压板和下压板内，上丝杆上端头设有螺帽，下丝杆下端设有限位器，在上压板和下压板的内侧分别设有上压头和下压头，套板的一端固定连接在左立架上，左立架固定在底座，蜗杆固定安装在套板之间，蜗杆通过皮带外接电动机。

所述的饱和器由3块弧形状304不锈钢组成。

所述的上压头、下压头、对开套筒、饱和器、环刀的中心轴线在同一条线上。

所述的所述的上丝杆和下丝杆螺纹方向是相反的。

由于采用了以上技术方案，本发明的电动静力双向重塑土样制样仪包括盛样模具和传动机构两部分，其中由饱和器、环刀、对开套筒组成的盛样模具不仅可以控制试样的不同尺寸，而且可以直接将土推入饱和器，避免饱和前取样对试样造成的扰动；由压头、压板、丝杆、蜗轮、蜗杆、电动机、限位器等配件组成的传动机构实现了精确控制试样的高度，通过双向均匀静力压样使所制备的试样整体密度均匀，并提高工作效率，通过限位器的配合不仅可以精确实现试样的预设尺寸，而且能够保证试验过程的安全性。本仪器使用方便，结构简单，满足快速制备国标规定尺寸的重塑土样，并确保制样过程的安全性。

附图说明：

图1是本发明的电动静力双向重塑土样制样仪的结构示意图。

图2是环刀与饱和器的连接方式示意图。

图3是饱和器3片不锈钢片连接方式示意图。

具体实施方式

现结合附图对电动静力双向重塑土样制样仪的具体工作方式进行详细描述：

电动静力双向重塑土样制样仪，制样仪由盛样模具、传动机构组成，盛样模具由对开套筒7、饱和器6、环刀3组成，其中，对开套筒7内壁设有凹槽，凹槽内镶嵌一对环刀3和饱和器6，饱和器6位于一对环刀3之间，从抗腐蚀角度考虑选择304不锈钢为环刀3和饱和器6的材质，环刀3和饱和器6内壁的光洁度为0.8，以保证方便脱模，环刀3为无缝圆环，其中一端为平口另一端为凸起的刃口，饱和器6为三片弧形的相互内嵌的钢片，其上下端口为与上下环刀3相互内嵌的凹槽，便于饱和器6和环刀3之间的相互嵌入式连接，环刀3和饱和器6的厚度与对开套筒7内壁的凹槽深度相等，以便饱和器6和环刀3的内壁与对开套筒7无凹槽部分的内壁平齐。

考虑常规土工试样的尺寸，为了制备直径为61.8mm，高度分别为20mm、40mm、125mm的试样以完成直剪试验、渗透试验、三轴剪切试验以及微观试验试样的制备，取环刀3和饱和器6的内径为61.8mm，当试样高度分别为20mm、40mm、125mm时，对应环刀3的高度分别为52.5mm、42.5mm，0mm，对应的饱和器6高度为预制试样的高度，其中环刀3的高度为0mm时，代表对开套筒7的凹槽内只有高度为125mm的饱和器6。

对开套筒7的外壁上设置有对称分布的钢箍16，用于对开套筒7的闭合锁定，对开套筒7通过横架5固定在右立架8上，对开套筒7和横架5之间设置有合页4，不仅可以将对开套筒7打开与合拢还将对开套筒7固定在横架5上，右立架8活动地安装在底座24上，并可在固定处90度水平范围自由旋转，两处固定位置分别在横架5平行和垂直于底座24长边处，右立架8下端设有标尺9和限位器10，通过标尺9和限位器10的配合以实现自动压样到设定的高度后便停止，完成制备预定高度的试样。

传动机构由上压板1、上压头2、下压板23、下压头13、上丝杆15、套板18、蜗轮19、蜗杆20、左立架21、限位器10、限位器触动片12、电动机组成，上丝杆15螺纹方向为右旋，下丝杆22螺纹方向是左旋，上丝杆15和下丝杆22的一端分别通过平面轴承17和套板18的圆孔并固定在蜗轮19上下两侧，这样上丝杆15和下丝杆22与蜗轮19形成整体，通过锚固的平面轴承17，上丝杆15和下丝杆22在套板18上的旋转更加平稳，上丝杆15和下丝杆22的另一端旋装在上压板1和下压板23的螺纹螺孔内，上丝杆15上端头设有螺帽14以限制上压板1的行程，下丝杆22下端设有限位器10用于配合限位器触动片12以控制下压板23的行程，在上压板1和下压板23的内侧分别设有上压头2和下压头13，在上压头2下方和下压头13上方各有一块防止土从对开套筒7溢出的垫块11，通过上压头2和下压头13静压垫块11可将土推入饱和器6内，套板18的一端固定连接在左立架21上，左立架21固定在底座24；蜗杆20固定安装在套板18之间，蜗杆20通过皮带外接电动机，在电动机的带动下，蜗杆20带动蜗轮19，降低转速，进而使上丝杆15和下丝杆22旋转，通过上丝杆15和下丝杆22与上下压板23间的螺纹连接，上下压板将同时相向或相离移动，上压头2和下压头13将实现压样和卸荷过程。

所述的饱和器6由3块弧形状不锈钢通过内嵌式连接而成，可以保证饱和器6的连接处为光滑的内壁，有效减少试样外壁的印痕和降低在脱模过程中的摩擦力。

所述的上压头2、下压头13、对开套筒7、饱和器6、环刀3的中心轴线在同一条线上，有效避免由于压样过程中的偏心作用导致试样的损坏。

本发明电动静力双向重塑土样制样仪工作原理：

案例1：制备直径为61.8mm，高度为40mm的试样

制样前确保所有开关处于关闭状态且电动机未接入电源，将右立架8扳到横梁5垂直于底座24长边处并固定，将2个42.5mm高的环刀3和1个40mm高的饱和器6内壁均匀涂抹一层凡士林并相互内嵌组装成一个整体，再移入对开套筒7的凹槽内，闭合对开套筒7并用钢箍16锁定，在垫块11上放一张滤纸，并从对开套筒7下端口处塞入垫块11，手托垫块11，称量制样所需要的土并从对开套筒7上端口处倒入，倒土结束后依次往对开套筒7内放入滤纸和上垫块11，将右立架8扳到使横梁5平行于底座24长边处并固定，此时上下垫块11分别与上压头2和下压头13接触。将限位器10调到制备40mm高试样标记处，打开总电源开关，然后按下右立架8上限位器10的开关，启动电动机，上压头2和下压头13相向静力匀速压样，当下压板23右侧的限位器触动片12与右立架8上的限位器10接触时，右立架8上的限位器10上的开关自动关闭以切断电源，电动机停止，此时压样过程结束。按下下压板23左侧限位器10上的开关，电动机反转，促使上压头2和下压头13相离运动，当限位器接触片12与下丝杆22上的限位器10接触时，限位器10上的开关自动关闭以切断电源，电动机再次停止，此时卸荷过程结束。将右立架8扳到使横梁5垂直于底座26长边处，打开钢箍16和对开套筒7，取出饱和器6与环刀3，如需要将试样饱和，直接将饱和器6两端扣上透水石并放入真空饱和缸中进行抽气饱和。制样结束后，关闭电源和所有开关，擦拭仪器，注意日常保养。

Claims (4)

1.电动静力双向重塑土样制样仪，至少包括盛样模具和传动机构，其特征在于：盛样模具由对开套筒（7）、饱和器（6）、环刀（3）组成，其中，对开套筒（7）内壁设有凹槽，凹槽内镶嵌一对环刀（3）和饱和器（6），饱和器（6）位于一对环刀（3）之间，饱和器（6）和环刀（3）之间通过相互嵌入式连接，环刀（3）和饱和器（6）的厚度与凹槽的深度相等，对开套筒（7）的外壁上设置有对称分布的钢箍（16），对开套筒（7）通过横架（5）固定在右立架（8）上，对开套筒（7）和横架（5）之间设置有合页（4），右立架（8）活动地安装在底座（24）上，右立架（8）下端设有标尺（9）和限位器（10）；

传动机构由上压板（1）、上压头（2）、下压板（25）、下压头（13）、上丝杆（15）、下丝杆（22）、套板（18）、蜗轮（19）、蜗杆（20）、左立架（21）、限位器（10）、限位器触动片（12）、电动机组成，上丝杆（15）和下丝杆（22）的一端分别通过平面轴承（17）和套板（18）的圆孔并固定在蜗轮（19）上下两侧，另一端旋装在上压板（1）和下压板（23）内，上丝杆（15）上端头设有螺帽（14），下丝杆（22）下端设有限位器（10），在上压板（1）和下压板（23）的内侧分别设有上压头（2）和下压头（13），套板（18）的一端固定连接在左立架（21）上，左立架（21）上固定在底座（24），蜗杆（20）固定安装在套板（18）之间，蜗杆（20）通过皮带外接电动机。

2.如权利要求1所述的电动静力双向重塑土样制样仪，其特征在于：所述的饱和器（6）由3块弧形状304不锈钢组成。

3.如权利要求1所述的电动静力双向重塑土样制样仪，其特征在于：所述的上压头（2）、下压头（13）、对开套筒（7）、饱和器（6）、环刀（3）的中心轴线在同一条线上。

4.如权利要求1所述的电动静力双向重塑土样制样仪，其特征在于：所述的上丝杆（15）和下丝杆（22）螺纹方向是相反的。