CN105571953A - 便携式土壤测量试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种能够进行圆锥指数测量以及压力-沉陷试验的便携式土壤测量试验装置，其包括支架、液压机构、测量试验机构以及控制器，支架包括底板、立设在底板上的导向柱以及与导向柱的上端连接的固定顶板，液压机构包括液压缸，驱动液压缸的液压驱动单元以及滑块，液压缸的缸体的一端与固定顶板连接，液压缸的缸体的另一端通过固定件与导向柱连接，液压缸的活塞的自由端与滑块连接，导向柱穿过滑块对滑块进行引导，测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置拉压传感器，测量杆的一端与滑块连接，测量杆的另一端与测量头连接，内置拉压传感器内置在测量杆与测量头之间，控制器通过安装架固定在支架的底板上，对液压机构和测量试验机构进行控制。

Description

便携式土壤测量试验装置

技术领域

本发明涉及一种便携式土壤测量试验装置。

背景技术

在土壤力学参数检测技术领域，土壤内聚力模量和土壤摩擦模量是两个重要的土壤特性参数。通过进行压力-沉陷试验，依据半经验理论的土壤力学公式可以求得这两个参数。另外，圆锥指数是表示土壤强度的参数，基于试验数据得到土壤圆锥指数与这两个参数的关联模型，也可以计算出这两个参数。

在对车辆影响最复杂、最常见的一般坚实度地面上，进行压力-沉陷试验难度很大，因为便携式设备动力不足、自重过轻，而且安装车载式设备的车辆可能会改变地面的状态，不利于进行试验。另外，压力-沉陷试验进行测定后对野外地面的破坏作用比较大，在应用中有一定的局限。

相对于此，圆锥指数测量对地面的破坏较小，更适于在特定区域进行相对密集的测量，而且所需动力较小，比较容易实现设备的便携式。另外，圆锥指数常用于车辆的通过性判定，把车辆在某区域地面的通过能力与车辆振动等结合研究，工程应用价值更大。

但是，通过圆锥指数计算土壤内聚力模量和土壤摩擦模量，需要采用便携式设备对特定类型土壤进行野外条件下的松软地面和一般坚实度地面的土壤圆锥指数测量、松软地面对比性的压力-沉陷试验以及比较松软地面减小压入深度的非完全压力-沉陷试验。为保证试验的可比性和可行性，最大限度保证试验条件的一致性，宜在一台设备上完成圆锥指数测量和压力-沉陷试验。早期，使用携带式贝氏仪进行压力-沉陷试验，其用压缩空气加载，但是动力不满足要求，而便携式圆锥指数测量仪由蓄电池供电，可贯入较大深度，但是其结构无法安装压板进行压力-沉陷试验，从而很难保证试验的可比性和可行性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷而提出一种动力可靠且能够进行圆锥指数测量以及压力-沉陷试验的便携式土壤测量试验装置。

为实现本发明的目的采用如下的技术方案。

技术方案1的便携式土壤测量试验装置，包括支架、液压机构、测量试验机构以及控制器，所述支架包括底板、立设在所述底板上的导向柱以及与所述导向柱的上端连接的固定顶板，所述液压机构包括液压缸，驱动所述液压缸的液压驱动单元以及滑块，所述液压缸的缸体的一端与所述固定顶板连接，所述液压缸的缸体的另一端通过固定件与所述导向柱连接，所述液压缸的活塞的自由端与所述滑块连接，所述导向柱穿过所述滑块对所述滑块进行引导，测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置拉压传感器，所述测量杆的一端与所述滑块连接，所述测量杆的另一端与所述测量头连接，所述内置拉压传感器内置在所述测量杆与所述测量头之间，所述控制器通过安装架固定在所述支架的底板上，对所述液压机构和所述测量试验机构进行控制。

技术方案2的便携式土壤测量试验装置，在技术方案1的便携式土壤测量试验装置中，所述测量头为圆锥头、圆形压板或矩形压板。

技术方案3的便携式土壤测量试验装置，在技术方案1或2的便携式土壤测量试验装置中，在所述支架的底板的两侧分别连接有承压构件，所述承压构件能够在相对于所述底板垂直的位置以及相对于所述底板平行的位置之间相对于所述底板转动。

技术方案4的便携式土壤测量试验装置，在技术方案3的便携式土壤测量试验装置中，所述测量杆经由连接头与所述滑块连接，在所述连接头与所述测量杆之间设置有顶端拉压传感器。

技术方案5的便携式土壤测量试验装置，在技术方案4的便携式土壤测量试验装置中，在所述支架的底板上立设2个导向柱，所述导向柱和所述测量杆分别由多段连接而成。

技术方案6的便携式土壤测量试验装置，在技术方案4的便携式土壤测量试验装置中，所述安装架由2个安装柱构成，所述控制器和所述液压驱动单元跨设在2个所述安装柱上。

技术方案7的便携式土壤测量试验装置，在技术方案3的便携式土壤测量试验装置中，所述承压构件包括与所述支架的底板转动连接的活动件、与所述活动件垂直连接的连接件、与所述连接件垂直连接的支撑件以及设置在所述支撑件上的承压板，在所述承压板位于相对于所述底板平行的位置时，所述连接件与所述底板的侧边抵接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果。

根据技术方案1的便携式土壤测量试验装置，其包括支架、液压机构、测量试验机构以及控制器，液压机构包括液压缸、和驱动液压缸的液压驱动单元，测量试验机构经由滑块与液压缸的活塞连接，测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置在测量杆与测量头之间的内置拉压传感器。

通过这样的便携式土壤测量试验装置，能够利用液压机构使测量试验机构升降对土壤进行加压测量，能够提供稳定且足够的测量动力，而且便携式土壤测量试验装置整体在纵向上延伸，节省空间，便于携带。另外，上述的便携式土壤测量试验装置的结构简单，制造成本低，而且便于维护、可靠性高、速度易于控制。

根据技术方案2的便携式土壤测量试验装置，测量头为圆锥头、圆形压板或矩形压板，从而在测量土壤圆锥指数时，只要使用圆锥头即可，在进行压力-沉陷试验时，更换为圆形压板或矩形压板即可。从而能够通过同一台土壤测量试验装置进行检测，可靠地保证试验的可比性和可行性。

根据技术方案3的便携式土壤测量试验装置，在支架的底板的两侧连接有承压构件，承压构件能够在相对于底板垂直的位置以及相对于底板平行的位置之间相对于底板转动。这样在进行测量试验时，能够在承压构件上放置重物，克服地面对测量试验装置的反作用力，保证试验顺利进行。而且，在不使用便携式土壤测量试验装置时，可以使承压构件立起，减小占用面积，节省空间。

根据技术方案4的便携式土壤测量试验装置，测量杆经由连接头与滑块连接，在连接头与测量杆之间设置顶端拉压传感器，从而能够在测量土壤圆锥指数或进行压力-沉陷试验时，测量出土壤的阻力的影响，从而能够对土壤特性进行判断。

根据技术方案5的便携式土壤测量试验装置，导向柱和测量杆可以分段连接而成，从而可以降低加工陈本，节省运输空间，降低运输要求。

根据技术方案6的便携式土壤测量试验装置，控制器和液压驱动单元设置在由2个安装柱构成的安装架上，从而能够充分利用液压传动软连接的特点，将驱动单元与液压缸分离安装，最大程度地提高竖直方向的空间利用率，简化试验仪的机械结构。

根据技术方案7的便携式土壤测量试验装置，承压构件包括与支架的底板转动连接的活动件、与活动件垂直连接的连接件、与连接件垂直连接的支撑件以及设置在支撑件上的承压板，在承压板位于相对于底板平行的位置时，连接件与底板的侧边抵接。从而在承压板上放置重物时，能够利用底板的两端进行承载，使承载力分布更加均匀，承载构件不易损坏。

附图说明

图1是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的立体示意图。

图2是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的承压构件的放大示意图。

图3是表示本发明的便携式土壤测量试验装置进行测量时的示意图。

图4是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的功能框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。

图1是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的立体示意图。图2是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的承压构件的立体示意图。图3是表示本发明的便携式土壤测量试验装置进行测量时的示意图。图4是表示本发明的便携式土壤测量试验装置的功能框图。

如图1至图4所示，本发明的便携式土壤测量试验装置包括支架10、液压机构20、测量试验机构30以及控制器40。

支架10包括底板11、立设在底板11上的导向柱12以及与导向柱12的上端连接的固定顶板13。

液压机构20包括液压缸21，驱动液压缸21的液压驱动单元22以及滑块23，液压缸21的缸体24的一端与固定顶板13连接，液压缸21的缸体24的另一端通过固定件26与导向柱12连接，液压缸21的活塞25的自由端与滑块23连接，导向柱12穿过滑块23对滑块23进行引导。

测量试验机构30包括测量杆31、测量头32以及内置拉压传感器(未图示)，测量杆31的一端与滑块23连接，测量杆31的另一端与测量头32连接，内置拉压传感器内置在测量杆31与测量头32之间。

控制器40通过安装架50固定在支架10的底板11上，对液压机构20和测量试验机构30进行控制。

具体地说，支架包括底板、2个导向柱、固定顶板以及安装架。底板下部有3个支脚，前边1个，后边2个，当然不限于此，可以为3个以上。另外，2导向柱以及安装架固定在底板上，固定顶板安装在导向柱的顶端，安装架用于安装控制盒和液压驱动单元。

液压机构包括液压缸、液压驱动单元以及滑块。液压缸的缸体的一端通过固定顶板固定在支架的导向柱上，液压缸的缸体的另一端通过固定件固定在支架的导向柱的中部，液压缸的活塞与滑块连接，滑块在液压缸的推力或拉力作用下可沿支架的导向柱上下滑动，驱动安装在滑块上的测量试验机构上下运动。

液压驱动单元安装在安装架上，包括直流电机、液压泵、油箱和液压控制阀。直流电机由蓄电池供电，液压泵由直流电机驱动，液压控制阀在供电状态下工作，液压控制阀接受控制器中的下位机的流量和方向控制指令，液压油由液压泵从油箱经液压控制阀流入液压驱动单元的液压缸，并经液压泵流回油箱。

测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置拉压传感器。测量杆的上端与滑块连接，下端与测量头连接，测量杆的下端面与测量头的上端面重合，内置拉压传感器的上端与测量杆的内壁连接，下端与测量头的上端内壁连接。内置拉压传感器在供电状态下工作，将测量数据传输至控制器中。另外，测量杆在长度上保证测量头可以贯入土壤所要求的深度，测量杆的直径与测量头的型式和尺寸相适应。

控制器安装在安装架上，包括内部电源、下位机、显示屏、操作键。内部电源为锂聚合物电池，为试验仪的下位机、液压控制阀、拉压传感器等供电。下位机与液压机构的液压控制阀、拉压传感器连接，进行数据采集、处理和存储，实现对试验过程的控制，显示屏用于实时显示，操作键用于操作控制。

在试验时，首先将测量试验机构装配好，并安装于滑块上，在是矩形压板测量头时，注意矩形长边与底板前面平行，然后将内置拉压传感器的线缆与控制器的对应端口连接好，连接液压驱动单元中的直流电机的供电线缆至蓄电池，打开控制器的电源开关使内部电源开始供电，选择试验项目，设定好液压驱动单元中的液压控制阀所需参数，打开直流电机启动开关，开始试验过程，测量头达到最大深度然后返回至初始位置，试验过程结束。如果试验过程中出现土壤阻力超过传感器测量范围的情况则停止向下贯入，改变液压油流动方向使测量头向上运动。

根据上述的便携式土壤测量试验装置，其包括支架、液压机构、测量试验机构以及控制器，液压机构包括液压缸、和驱动液压缸的液压驱动单元，测量试验机构经由滑块与液压缸的活塞连接，测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置在测量杆与测量头之间的内置拉压传感器。

通过这样的便携式土壤测量试验装置，能够利用液压机构使测量试验机构升降对土壤进行加压测量，能够提供稳定且足够的测量动力，而且便携式土壤测量试验装置整体在纵向上延伸，节省空间，便于携带。另外，上述的便携式土壤测量试验装置的结构简单，制造成本低，而且便于维护、可靠性高、速度易于控制。

另外，测量头可以为圆锥头、圆形压板或矩形压板。从而在测量土壤圆锥指数时，只要使用圆锥头即可，在进行压力-沉陷试验时，更换为圆形压板或矩形压板即可。从而能够通过同一台土壤测量试验装置进行检测，可靠地保证试验的可比性和可行性。

另外，在支架10的底板11的两侧可以分别连接有承压构件60，承压构件60能够在相对于底板垂直的位置以及相对于底板平行的位置之间相对于底板转动。这样在进行测量试验时，能够在承压构件上放置重物，克服地面对测量试验装置的反作用力，保证试验顺利进行。而且，在不使用便携式土壤测量试验装置时，可以使承压构件立起，减小占用面积，节省空间。

另外，测量杆31可以经由连接头33与滑块23连接，在连接头33与测量杆31之间设置有顶端拉压传感器34，具体地说，连接头的上端安装在滑块的连接孔内，下端与顶端拉压传感器和测量杆连接，保证测量试验机构安装到位后，测量头接近地面。从而能够在测量土壤圆锥指数或进行压力-沉陷试验时，测量出土壤的阻力的影响，从而能够对土壤特性进行判断。

另外，可以在支架10的底板11上立设2个导向柱12，导向柱12和测量杆31分别由多段连接而成，从而可以降低加工陈本，节省运输空间，降低运输要求。

另外，安装架50可以由2个安装柱51构成，控制器40和液压驱动单元22跨设在2个安装柱51上，从而能够充分利用液压传动软连接的特点，将驱动单元与液压缸分离安装，最大程度地提高竖直方向的空间利用率，简化试验仪的机械结构。

另外，承压构件60可以包括与支架10的底板11转动连接的活动件61、与活动件61垂直连接的连接件62、与连接件62垂直连接的支撑件63以及设置在支撑件63上的承压板64，在承压板位于相对于底板平行的位置时，连接件与底板的侧边抵接。从而在承压板上放置重物时，能够利用底板的两端进行承载，使承载力分布更加均匀，承载构件不易损坏。

具体地说，承压构件安装在底板的上表面的左右两侧，可分别向左右完全展开平放在地面上，也可收起至垂直状态。承压构件包括活动件、连接件、支撑件和承压板，活动件、连接件、支撑件为槽型材，用直角连接座连接，活动件安装在底板上，并可沿安装轴线旋转，在底板上竖起和平放，连接件用于连接活动件和支撑件，支撑件支撑承压板，在承压构件完全展开时平放于地面上，承压板在承压构件完全展开时处于水平位置，供人站立或放置重物以克服土壤对试验仪的反作用力。

另外，上述各个实施例仅为一种实施方式，上述各个实施例能够任意组合形成各种可能连接，该组合也包含在本发明的保护范围内。

以上对本发明的优选实施方式的便携式土壤测量试验装置进行了说明，但是，本发明不限定于上述具体的实施方式，只要不脱离权利要求的范围，可以进行各种各样的变形或变更。本发明包括在权利要求的范围内的各种变形和变更。

Claims (7)

1.一种便携式土壤测量试验装置，其特征在于，

包括支架、液压机构、测量试验机构以及控制器，

所述支架包括底板、立设在所述底板上的导向柱以及与所述导向柱的上端连接的固定顶板，

所述液压机构包括液压缸，驱动所述液压缸的液压驱动单元以及滑块，所述液压缸的缸体的一端与所述固定顶板连接，所述液压缸的缸体的另一端通过固定件与所述导向柱连接，所述液压缸的活塞的自由端与所述滑块连接，所述导向柱穿过所述滑块对所述滑块进行引导，

测量试验机构包括测量杆、测量头以及内置拉压传感器，所述测量杆的一端与所述滑块连接，所述测量杆的另一端与所述测量头连接，所述内置拉压传感器内置在所述测量杆与所述测量头之间，

所述控制器通过安装架固定在所述支架的底板上，对所述液压机构和所述测量试验机构进行控制。

2.根据权利要求1所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，所述测量头为圆锥头、圆形压板或矩形压板。

3.根据权利要求1或2所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，

在所述支架的底板的两侧分别连接有承压构件，所述承压构件能够在相对于所述底板垂直的位置以及相对于所述底板平行的位置之间相对于所述底板转动。

4.根据权利要求3所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，所述测量杆经由连接头与所述滑块连接，在所述连接头与所述测量杆之间设置有顶端拉压传感器。

5.根据权利要求4所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，在所述支架的底板上立设2个导向柱，所述导向柱和所述测量杆分别由多段连接而成。

6.根据权利要求4所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，所述安装架由2个安装柱构成，所述控制器和所述液压驱动单元跨设在2个所述安装柱上。

7.根据权利要求3所述的便携式土壤测量试验装置，其特征在于，所述承压构件包括与所述支架的底板转动连接的活动件、与所述活动件垂直连接的连接件、与所述连接件垂直连接的支撑件以及设置在所述支撑件上的承压板，在所述承压板位于相对于所述底板平行的位置时，所述连接件与所述底板的侧边抵接。