CN107328621B - 一种土工试验用全自动气压式削样器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工试验用全自动气压式削样器及其使用方法，其包括气压控制装置、气缸底座和切土装置。切土装置包括螺旋导杆、切土架、固定环、环刀固定三脚架，其中环刀固定三脚架上设置有环刀和对开模，环刀固定三脚架滑动安装在切土架上，螺旋导杆与环刀固定三脚架连接，通过调节螺旋导杆和螺旋导杆固定环来实现环刀固定三脚在切土架上的高度位置调节；气缸底座上设置有由气缸驱动的切土盘；制样时，将土样放置在切土盘上，然后调节环刀固定三脚架的高度使环刀接近土样上表面位置，定位后启动气压控制装置，气缸推动土样穿过环刀固定三脚架上的环刀并进入对开模，然后打开对开模，取出土样，即完成制样。

Description

一种土工试验用全自动气压式削样器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种土工试验用装置，具体涉及一种土工试验用全自动气压式削样器及其使用方法。

背景技术

为了满足土工试验规程的要求，需对土样的尺寸进行必要的加工。目前，在三轴试验土样的制备过程中所采用的削样器在结构形式与使用原理上基本一致，从结构构造来讲，无论制备扰动土样或者原状土样，所采用的削样器除了在切土方式和特点上存在一些差异外，其用于放置和固定土样的构件基本相同，都是在切土架的上下端分别安装一个转动的切土盘，制样时将土样放置在两个切土盘中间夹紧，手动转动切土盘，并用切土刀或者钢丝锯对土样进行切削。由于不同地区的土样在物理力学特性上存在较大差异，现有的削样器在切土过程中存在以下问题：(1)手动旋转切土盘，无法精确的控制土样旋转角度和速度，致使土样尺寸无法满足精度要求。(2)在实验室检测过程中，由于手工削样步骤繁杂，耗时费力，严重影响了试验进度。(3)土样的软硬程度存在差异，在制备一些黏度较大、含水率较高的软黏土土样时，钢丝锯在切削过程中，碎土块极易与主体土样黏连，为了将碎土块分离开，往往需要借助刮刀进行辅助切土，但刮刀力度不好控制，极易造成土样扭裂或局部切削过度；而对于一些硬度较大的粉土或者黄土，用力不均极易使土样破碎而造成土样浪费。

申请号为201110024140.9的专利公开了一种用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，该专利通过设置同步电机控制切土盘转动和直流电机控制装有切土刀的可伸缩推杆实现了土样的自动化切削，该发明在制样时可以精确的控制土样的尺寸，且自动化程度较高，提高了制样的效率，但原状土样内部往往存在贝类及小碎石，切削过程中极易破坏土样，从而对土样造成浪费，因此该发明的可控性有待提高，此外该发明的制造工艺较复杂，造价较高；申请号为201520873288.3的专利公开了一种土工试验用多功能削样器，该专利采用同步直流电动机控制切土盘转动，可以精确的控制土样的尺寸，且能够实现多种规格试样的制备，但该专利采用手动切削并不能提高工作效率，且在制备软黏土土样时同样存在因切下的土块分离较难而扰动土样的问题，此外，该专利在制备粉土或者黄土土样时存在因用力不均而破坏土样的缺陷。

全自动气压控制技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，换向阀与导气管控制压缩空气的通路与导向，气缸活塞带动剪切机构频繁地实现剪切与复位的动作循环，气压控制技术灵敏度高、可控性好，可同时实现多台仪器共同工作，工作效率较高；气压控制元件结构简单、造价较低、维护方便，易实现仪器的标准化、系列化和通用化，目前全自动气压控制技术已成为机械生产自动化和机械化的最有效手段之一。本发明首先结合现有削样技术和全自动气压控制技术的优点，同时解决了现有土工试验用削样装置存在的问题，提出一种土工试验用全自动气压式削样器及使用方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种土工试验用全自动气压式削样器及其使用方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种土工试验用全自动气压式削样器，由气压控制装置(1)、气缸底座(2)、切土装置(3)构成，

切土装置(3)包括顶杆(10)、切土架(11)、顶杆固定盘(12)、环刀固定三脚架(13)，

切土架(11)由三根滑杆(18)、顶板(19)、螺栓(20)构成，三根滑杆成圆周等间距竖直固定在气缸底座(2)上，滑杆顶端设有内置螺纹，且顶板(19)上开设有3个位置与滑杆(18)相对应的螺栓孔，顶板(19)通过螺栓(20)水平固定在滑杆顶端；

环刀固定三脚架(13)由三个滑杆套筒(21)、内螺纹套筒(22)、环刀固定环(23)、连杆(24)、环刀(25)、对开模(26)构成；三个滑杆套筒成圆周等间距分布，内螺纹套筒(22)和环刀固定环(23)位于三个滑杆套筒的中轴线上，滑杆套筒(21)、内螺纹套筒(22)、环刀固定环(23)之间依靠连杆(24)焊接成空间整体结构；所述环刀(25)通过螺纹固定在环刀固定环(23)下端口；对开模(26)前端设为缩口状，其内径与环刀(25)内径相同，当对开模(26)插入环刀固定环(23)时，其缩口端的下缘面与环刀(25)的顶面接触；环刀固定三脚架(13)通过滑杆套筒(21)滑动套设在切土架(11)的滑杆(18)上；

所述顶杆固定盘(12)固定在切土架的顶板(19)的中心位置；顶杆(10)竖直穿过顶杆固定盘和顶板，且顶杆前端与环刀固定三脚架的内螺纹套筒(22)螺纹连接；通过推动顶杆可以带动环刀固定三脚架在切土架上竖直上下移动，顶杆固定盘上设置有用于定位顶杆的顶紧螺栓(12-1)，通过调节顶杆(1)和顶紧螺栓(12-1)实现环刀固定三脚架在切土架上高度位置的调节；

所述气缸底座(2)中设置有气缸(7)，气缸的动作杆(8)的顶端固定有切土盘(14)，切土盘位于环刀(25)的正下方，气缸动作时可驱动切土盘(14)上下动作。

在上述技术方案中，环刀固定三脚架的三个滑杆套筒位于同一水平面。

在上述技术方案中，环刀固定环(23)下端口设有内螺纹；环刀(25)上端口设有外螺纹，下端口为刃口。

在上述技术方案中，气压控制装置(1)由气泵(4)、气压控制面板(5)、泄压阀(6)构成；气泵(4)通过导气管路(9)与气缸7连接，泄压阀(6)设置在导气管路上，所述气压控制面板(5)包含电源开关键(15)、控压键(16)和压力显示屏(17)，控压键(16)可调节气缸(7)内的压力来控制气缸的动作杆(8)的上移速率，通过打开泄压阀(6)，可以使气缸(7)内的压力迅速减小，气缸的动作杆(8)快速下移并复位。

本发明的土工试验用全自动气压式削样器的使用方法，其步骤如下：

①根据实验所需土样尺寸选择环刀(25)和对开模(26)的尺寸，并在环刀(25)和对开模(26)的内壁上涂抹凡士林进行润滑；

②将土样放置在切土盘上，推动顶杆(10)直至环刀固定三脚架上环刀(25)的刃口接近土样上表面时停止，然后拧紧顶杆固定盘(12)的顶紧螺栓(12-1)，使顶杆10固定；

③启动气压控制装置(1)，气缸的动作杆(8)上移推动试样穿过环刀(25)，成型的试样沿环刀固定环(23)内壁进入对开模(26)；

④当切土盘(14)上表面接近环刀(25)的刃口时停止切削，拧开泄压阀使活气缸的动作杆(8)下移并复位，拧下环刀(25)，取下对开模(26)及内部土样；

⑤将对开模(26)分开，取出土样，即完成一个试样的制备。

本发明的优点和有益效果为：

本发明针对现有土工试验用削样器的不足，首次将全自动气压控制技术与削样技术相结合，并在结构和切土方式上进行改进，主要优点为：(1)采用环刀固定三脚架解决了试样制备精度与效率的问题。环刀为可拆卸装置，根据国标或行业标准的要求来选择环刀的刃口直径来实现不同规格试样的制备，且环刀的尺寸较为统一，制造工艺较为成熟，成本较低；(2)环刀在切削过程中对土样扰动较小，切土架和环刀固定三脚架采用3个滑杆和3个滑杆套筒滑动配合的结构，且环刀固定三脚架的3个滑杆套筒位于同一水平面，从而保证了环刀和对开模在切削过程中的稳定性，避免了土样在切削过程中发生扭裂扰动；(3)采用气压控制技术实现了土样切削自动化，一台气压控制装置能够带动多台切土装置同时工作，极大地提高了工作效率；(4)气压控制装置可控性强、灵敏度高，能根据土样的软硬程度及时调整土样上升速度，同时解决了土样在切削过程中因自身含有贝类或小碎石却得不到及时剔除而损坏土样的难题。(5)本发明结构简单，造价低廉，制造工艺成熟，操作方便，制样精度和效率较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的切土装置的结构示意图；

图3是本发明的环刀固定三脚架的空间结构示意图。

附图标记说明：气压控制装置1、气缸底座2、切土装置3、气泵4、气压控制面板5、泄压阀6、气缸7、气缸的动作杆8、导气管路9、顶杆10、切土架11、顶杆固定盘12、顶紧螺栓12-1、环刀固定三脚架13、切土盘14、电源开关键15、控压键16、压力显示屏17、滑杆18、顶板19、螺栓20、滑杆套筒21、内螺纹套筒22、环刀固定环23、连杆24、环刀25、对开模26。

具体实施方式

下面结合附图和具体应用实例对本发明的特征作具体描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于将本发明限制在所示和所述的结构和使用范围内，故凡是在本发明的精神和原则之内所作的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利保护范围之内。

如图1、2、3所示，一种土工试验用全自动气压式削样器，由气压控制装置1、气缸底座2、切土装置3构成。

切土装置3包括顶杆10、切土架11、顶杆固定盘12、环刀固定三脚架13，下面具体介绍其结构：

切土架11由3根滑杆18、顶板19、螺栓20构成，滑杆18为外径10mm、内径8mm的中空杆体，三个滑杆成圆周等间距竖直固定在气缸底座2上，滑杆顶端设有内置螺纹，且顶板19上开设有3个位置与滑杆18相对应的孔径为8mm的螺栓孔，螺栓20外径为8mm，顶板19通过螺栓20水平固定在滑杆18顶端；

环刀固定三脚架13由三个滑杆套筒21、一个内螺纹套筒22、一个环刀固定环23、六根连杆24、一个环刀25、一个对开模26构成；三个滑杆套筒成圆周等间距分布，且三个滑杆套筒位于同一水平面，内螺纹套筒22和环刀固定环23位于三个滑杆套筒的中轴线上，滑杆套筒21、内螺纹套筒22、环刀固定环23之间依靠连杆24焊接成空间整体结构；所述环刀25通过螺纹固定在环刀固定环23下端口(环刀固定环23下端口设有内螺纹；环刀25上端口设有外螺纹，下端口为刃口)；对开模26前端设为缩口状，其内径与环刀25内径相同，当对开模26插入环刀固定环23时，其缩口端的下缘面与环刀25的顶面接触；所述滑杆套筒21内径为11～12mm，环刀固定三脚架13通过滑杆套筒21滑动套设在切土架11的滑杆18上；

所述顶杆固定盘12固定在切土架11的顶板19的中心位置；顶杆10竖直穿过顶杆固定盘12和顶板19，且顶杆10前端与环刀固定三脚架的内螺纹套筒22螺纹连接(顶杆10前端设有外螺纹)；通过推动顶杆10可以带动环刀固定三脚架在切土架上竖直上下移动，顶杆固定盘12上设置有用于定位顶杆的顶紧螺栓12-1，通过调节顶杆10和顶紧螺栓12-1实现环刀固定三脚架在切土架上高度位置的调节。

所述气缸底座2中设置有气缸7，气缸的动作杆8的顶端固定有切土盘14，切土盘14位于环刀25的正下方，气缸7动作时可驱动切土盘14上下动作。

气压控制装置1由气泵4、气压控制面板5、泄压阀6构成；气泵4通过导气管路9与气缸7连接，泄压阀6设置在导气管路9上，所述气压控制面板5包含电源开关键15、控压键16和压力显示屏17，控压键16可调节气缸7内的压力来控制气缸动作杆8的上移速率，通过打开泄压阀6，可以使气缸7内的压力迅速减小，动作杆8快速下移并复位。

本发明的土工试验用全自动气压式削样器的使用方法，其步骤如下：

①根据实验所需土样尺寸选择环刀25和对开模26的尺寸，并在环刀25和对开模26的内壁上涂抹凡士林进行润滑；

②将土样放置在切土盘上，推动顶杆10直至环刀固定三脚架上的环刀25的刃口接近土样上表面时停止，然后拧紧顶杆固定盘12的顶紧螺栓12-1，使顶杆10固定；

③启动气压控制装置1，根据试样的软硬程度调节气压控制面板5来改变气缸的动作杆8的上升速度，气缸的动作杆8上移推动试样穿过环刀25，成型的试样沿环刀固定环23内壁进入对开模26；

④当切土盘14上表面接近环刀25的刃口时停止切削，拧开泄压阀使气缸的动作杆8下移并复位，拧下环刀25，取下对开模26及内部土样；

⑤将对开模26分开，取出土样，即完成一个试样的制备。

Claims (5)

1.一种土工试验用全自动气压式削样器，其特征在于：由气压控制装置(1)、气缸底座(2)、切土装置(3)构成，

切土装置(3)包括顶杆(10)、切土架(11)、顶杆固定盘(12)、环刀固定三脚架(13)，

切土架(11)由三根滑杆(18)、顶板(19)、螺栓(20)构成，三根滑杆成圆周等间距竖直固定在气缸底座(2)上，滑杆顶端设有内置螺纹，且顶板(19)上开设有3个位置与滑杆(18)相对应的螺栓孔，顶板(19)通过螺栓(20)水平固定在滑杆顶端；

环刀固定三脚架(13)由三个滑杆套筒(21)、内螺纹套筒(22)、环刀固定环(23)、连杆(24)、环刀(25)、对开模(26)构成；三个滑杆套筒成圆周等间距分布，内螺纹套筒(22)和环刀固定环(23)位于三个滑杆套筒的中轴线上，滑杆套筒(21)、内螺纹套筒(22)、环刀固定环(23)之间依靠连杆(24)焊接成空间整体结构；所述环刀(25)通过螺纹固定在环刀固定环(23)下端口；对开模(26)前端设为缩口状，其内径与环刀(25)内径相同，当对开模(26)插入环刀固定环(23)时，其缩口端的下缘面与环刀(25)的顶面接触；环刀固定三脚架(13)通过滑杆套筒(21)滑动套设在切土架(11)的滑杆(18)上；

所述顶杆固定盘(12)固定在切土架的顶板(19)的中心位置；顶杆(10)竖直穿过顶杆固定盘和顶板，且顶杆前端与环刀固定三脚架的内螺纹套筒(22)螺纹连接；通过推动顶杆可以带动环刀固定三脚架在切土架上竖直上下移动，顶杆固定盘上设置有用于定位顶杆的顶紧螺栓(12-1)，通过调节顶杆(1)和顶紧螺栓(12-1)实现环刀固定三脚架在切土架上高度位置的调节；

所述气缸底座(2)中设置有气缸(7)，气缸的动作杆(8)的顶端固定有切土盘(14)，切土盘位于环刀(25)的正下方，气缸动作时可驱动切土盘(14)上下动作。

2.根据权利要求1所述的一种土工试验用全自动气压式削样器，其特征在于：环刀固定三脚架的三个滑杆套筒位于同一水平面。

3.根据权利要求1所述的一种土工试验用全自动气压式削样器，其特征在于：环刀固定环(23)下端口设有内螺纹；环刀(25)上端口设有外螺纹，下端口为刃口。

4.根据权利要求1所述的一种土工试验用全自动气压式削样器，其特征在于：气压控制装置(1)由气泵(4)、气压控制面板(5)、泄压阀(6)构成；气泵(4)通过导气管路(9)与气缸(7)连接，泄压阀(6)设置在导气管路上，所述气压控制面板(5)包含电源开关键(15)、控压键(16)和压力显示屏(17)，控压键(16)可调节气缸(7)内的压力来控制气缸的动作杆(8)的上移速率，通过打开泄压阀(6)，可以使气缸(7)内的压力迅速减小，气缸的动作杆(8)快速下移并复位。

5.如权利要求4所述的土工试验用全自动气压式削样器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

①根据实验所需土样尺寸选择环刀(25)和对开模(26)的尺寸，并在环刀(25)和对开模(26)的内壁上涂抹凡士林进行润滑；

②将土样放置在切土盘上，推动顶杆(10)直至环刀固定三脚架上环刀(25)的刃口接近土样上表面时停止，然后拧紧顶杆固定盘(12)的顶紧螺栓(12-1)，使顶杆(10)固定；

③启动气压控制装置(1)，气缸的动作杆(8)上移推动试样穿过环刀(25)，成型的试样沿环刀固定环(23)内壁进入对开模(26)；

④当切土盘(14)上表面接近环刀(25)的刃口时停止切削，拧开泄压阀使气缸的动作杆(8)下移并复位，拧下环刀(25)，取下对开模(26)及内部土样；

⑤将对开模(26)分开，取出土样，即完成一个试样的制备。