CN104764641A - 砂雨法自动撒砂器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建设工程技术领域,涉及一种砂雨法自动撒砂器。该砂雨法自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片和筛网。PLC控制器与三个伺服电机相连,操控伺服电机控制各自方向的履带导轨进行运动;砂料筒悬挂于高处,确保砂土可以向下流动,其底部与喷嘴顶部由软管进行连接;喷嘴底部旋接撒砂筒,其间放置不同尺寸的滤嘴片,用于控制流量,并将喷嘴固定于履带导轨上;撒砂筒底部安装筛网。本发明仪器操作简单,自动控制三维运动,减小人工操作的误差,制备试样均匀性和可重复性较好,相对密实度范围较大,可满足大多数实验要求。而且方便应用于大型模型实验,尤其是离心模型实验。
Description
技术领域
本发明属于建设工程技术领域,涉及一种土工模型实验中制备砂土试样的撒砂装置,尤其是砂雨法制备砂土试样的自动撒砂器。
背景技术
试样制备是土工模型实验中至关重要的技术环节,装样的质量直接影响着模型实验的成败。目前,制备砂土试样常使用的方法有振动法、击实法、插捣法和砂雨法。振动法、击实法可以较好地模拟回填的砂土层,但其常应用于动静三轴、共振柱等单元试样实验,并不能直接应用于大型模型实验;砂雨法可以较好地模拟风载或水流沉积而成的天然砂土层,其成型试样与实际的天然砂层更为接近,便于在大型模型实验中应用,该方法在砂土的各种土工实验中广泛采用。但以往的砂雨法撒砂装置主要由实验人员手动控制其运动,移动速度、升降位置等受人工操作影响较大,故试样重复性和均匀性较差,而且常规撒砂装置不能较好的制备疏松状态的砂土试样,制备试样的相对密实度范围小,不能很好的满足实验要求。
发明内容
本发明的目的是克服传统土工模型实验中制备砂土试样的装置,尤其是砂雨法制备砂土试样的撒砂装置的不足之处:人工操作的误差对结果影响大、试样重复性和均匀性较差、制备的砂土试样相对密度范围较小等。本发明提供了一种自动撒砂器,该自动撒砂器通过可编程逻辑控制器(PLC控制器)实现全自动三维运动,减小人工操作导致的误差,获得均匀性和重复性较好的试样;而且通过改变撒砂控制因素,能够成功制备出包括松散状态的砂样在内的相对密实度在0.20-0.90之间砂土试样;同时,方便应用于大型模型实验,尤其是离心模型实验。
本发明的技术方案是:一种自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片和筛网。PLC控制器与三个伺服电机相连,通过PLC控制器的控制面板对伺服电机进行操控;三个伺服电机分别固定在对应三维方向的履带导轨上,各自控制其方向的履带导轨运动,完成三维运动;砂料筒悬挂于高处,确保砂土向下流动,其底部通过软管与喷嘴顶部连接;喷嘴底部旋接撒砂筒,所述的撒砂筒为顶部密封、底部敞口的圆筒,其顶部开有小于软管接头内径的圆孔,喷嘴和撒砂筒间设置不同尺寸的滤嘴片,用于控制流量,并将喷嘴固定于履带导轨上,所述的滤嘴片为带有孔眼的圆片;撒砂筒底部安装筛网,使砂土分散后均匀地洒落至模型箱中。所述的支架用于固定其上的伺服电机和履带滑轨。
当使用自动撒砂器制备砂土试样时,首先装满砂料筒,根据要求,参照标定结果来调整撒砂器的落距、滤嘴片尺寸和筛网;然后,固定模型箱位置,整平;接下来开启PLC控制器电源,在PLC控制器的面板上手动输入撒砂筒三维运动的移动速度、路径和行程;最后,点击PLC控制器面板上的自动撒砂按键,撒砂开始。砂料筒中的砂流经软管和喷嘴,在滤嘴片的限制下,进入撒砂筒,经筛网分散后均匀洒落至模型箱中。在PLC控制器的控制下,伺服电机按照之前输入的参数,自动驱动撒砂筒进行三维运动,具体运动模式为:撒砂筒先在X-Y(X,Y范围可设置)平面内“弓”字形连续运动,从一端运动至另一端,然后撒砂筒自动沿Z轴向上移动Δh(Δh为循环一个周期标定的砂样撒落的平均厚度),使落距始终保持不变,如此循环直至模型箱装满或砂土达到指定厚度后,点击PLC控制器面板的停止按键,停止撒砂。在实验过程中,可通过改变落距、滤嘴片尺寸、筛网个数、撒砂筒移动速度、路径和行程等参数,达到制备不同相对密实度砂土试样的目的。
本发明的效果和益处是:仪器操作简单,仅需设置参数,便可实现自动控制撒砂器三维运动,减小人工操作的误差,制备试样均匀性和可重复性较好,制备试样的相对密实度范围较大,可满足大多数实验要求,而且方便应用于大型模型实验,尤其是离心模型实验。
附图说明
图1是本发明的X-Z平面图。
图2是本发明的Y-Z平面图。
图中:1砂料筒;2软管;3喷嘴;4滤嘴片;5撒砂筒;6筛网;7支架;
8PLC控制器;9PLC控制器的控制面板;10PLC控制器的开关;
11X轴履带滑轨;12Y轴履带滑轨;13Z轴履带滑轨;14滑轨的履带;
15X轴伺服电机;16Z轴伺服电机;17模型箱;18Y轴伺服电机。
具体实施方式
以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
在图1中,履带导轨(Y轴)12固定在支架7上,作为基础导轨,履带导轨(X轴)11连接于履带导轨(Y轴)12上,可进行Y轴方向运动,履带导轨(Z轴)13连接于履带导轨(X轴)11上,可进行X轴方向运动,同时,履带导轨(Z轴)13自身可沿Z轴方向运动,以此达到三维运动的目的;PLC控制器8固定于支架7上,与伺服电机(X轴)15、伺服电机(Z轴)16和伺服电机(Y轴)18相连,通过PLC控制器的控制面板9输入参数对三个伺服电机进行操控;三个伺服电机固定在对应三个方向的履带导轨上,各自控制其方向的履带导轨进行运动,如:伺服电机(X轴)15固定在履带导轨(X轴)11上;砂料筒1悬挂于高处,确保砂土可以向下流动,其底部与喷嘴3顶部由软管2进行连接;喷嘴3底部旋接撒砂筒5,其间放置不同尺寸的滤嘴片4,滤嘴片4的作用是控制撒砂流量;撒砂筒5底部安装筛网6,筛网6的作用是使砂分散后均匀洒落至模型箱17中。
在图2中,将喷嘴3固定于履带导轨(Z轴)13上,使其共同运动。
试样制备步骤如下:首先装满砂料筒1,根据实验要求,参照标定结果来调整撒砂筒5至模型箱17的落距、滤嘴片4的尺寸和筛网6的个数;然后,固定模型箱17位置,整平;接下来开启PLC控制器的开关10,在PLC控制器的控制面板9上手动输入撒砂筒5三维运动的移动速度、路径和行程;最后,点击PLC控制器的控制面板9上的自动撒砂按键,撒砂开始。砂料筒1中的砂流经软管2和喷嘴3,在滤嘴片4的限制下,进入撒砂筒5,经筛网6分散后均匀洒落至模型箱17中,在PLC控制器8的控制下,三个伺服电机11、12和13按照之前输入的参数,自动控制撒砂筒5进行三维运动,具体运动模式为:撒砂筒5先在X-Y(X,Y范围可设置)平面内“弓”字形连续运动,从一端运动至另一端,然后撒砂筒5自动沿Z轴向上移动Δh(Δh为循环一个周期标定的砂样撒落的平均厚度),使落距始终保持不变,如此循环直至模型箱17装满或砂土达到指定厚度后,点击PLC控制器的控制面板9的停止按键,停止撒砂。在实验过程中,可通过改变撒砂筒5至模型箱17的落距、滤嘴片4的尺寸、筛网6的个数、撒砂筒5的移动速度、路径和行程等参数,达到制备不同相对密实度砂土试样的目的。
Claims (1)
1.一种砂雨法自动撒砂器,其特征在于,该砂雨法自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片、筛网和支架;PLC控制器与三个伺服电机相连,通过PLC控制器的控制面板对伺服电机进行操控;三个伺服电机分别固定在对应三维方向的履带导轨上,各自控制其方向的履带导轨运动,完成三维运动;砂料筒悬挂于高处,确保砂土向下流动,其底部通过软管与喷嘴顶部连接;喷嘴底部旋接撒砂筒,所述的撒砂筒为顶部密封、底部敞口的圆筒,其顶部开有小于软管接头内径的圆孔,喷嘴和撒砂筒间设置不同尺寸的滤嘴片,用于控制流量,并将喷嘴固定于履带导轨上,所述的滤嘴片为带有孔眼的圆片;撒砂筒底部安装筛网,使砂土分散后均匀地洒落至模型箱中;所述的支架用于固定其上的伺服电机和履带滑轨。
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