CN107991157B - 一种全自动任意直径三轴土样切削装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自动任意直径三轴土样切削装置，属于岩土工程相关领域，包括切土铁丝，切土铁丝刀架，托盘和多个步进电机以及PLC控制器；切土铁丝两端与切土铁丝刀架相连，铁丝可以自动上下运动，刀架也可以自动前后移动，托盘用于控制待切削土样的转动，由于该装置为全自动，且一键启动，操作极其简便，削土精度高，大大节省了实验人员的时间与精力，解决了实现全自动任意直径三轴土样切削的装置问题。

Description

一种全自动任意直径三轴土样切削装置
技术领域
本发明涉及一种全自动任意直径三轴土样切削装置，属于岩土工程中土体力学性能测试相关领域。
背景技术
随着我国经济的发展，高层建筑不断拔地而起，以及城市的地下空间也不断得到开发利用，无论是高层建筑的修建，还是地下空间的开发，都不开岩土工程，而在岩土工程中，为了获取土体的强度参数，很多情况下要在室内对土体力学性能进行测试，三轴试验是非常常见的室内试验，可以用来测算土体的抗剪强度指标，从而应用到岩土工程的设计与施工当中。然而土样制备质量的好坏决定了三轴试验能否顺利地开展，如何简便快捷地制作出高质量的三轴土样具有重要的研究意义。
目前进行三轴土样的切削绝大多数都是人工切削，需要花费一定的时间以及精力，其中还有人为因素对土样质量的影响，从而影响了土样的制作质量且效率较低。因此，利用自动化程度高的实验装置进行土样的切削成为迫切需要解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种全自动任意直径三轴土样切削装置，实现了精度高，可以节省实验人员人工切削的时间以及精力的自动化任意直径土样的切削。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全自动任意直径三轴土样切削装置，包括切土铁丝，底板、切土铁丝刀架，托盘，第一步进电机，第二步进电机，第三步进电机，控制器；第一步进电机，第二步进电机，第三步进电机分别与控制器相连；所述底板两侧开有两条平行的第一滑槽，第一滑槽的侧壁具有齿条结构；切土铁丝刀架由包括两个支架，支架下端水平安装有齿轮，所述齿轮位于第一滑槽内，且与侧壁的齿条结构啮合；所述支架内具有一个竖直的第二滑槽，第二滑槽的一侧具有与第二滑槽相通的槽口；第一步进电机和第二步进电机均嵌入式安装在支架内，第二滑槽内安装有竖直的丝杠，丝杠上安装有滑块，第一步进电机的输出端与丝杠相连；第二步进电机位于所述支架的下端，输出端与齿轮相连；所述切土铁丝的两端与滑块相连；第三步进电机嵌入式安装在底板中心，所述托盘水平安装在底板上，中心轴与所述第三步进电机的输出轴相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明由于装置为全自动，且一键启动，可以大大节省实验操作人员的精力与时间。
2、本发明由于为机械切削，切削精度高，大大降低了人为因素对土样制作质量的影响。
3、本发明由于切削土样为分层逐步切削，切土铁丝的运动速度与每一次的切削量都经严格的控制，大大降低了对土样的扰动。
附图说明
图1为装置主视图：
图2为支架的示意图；
图3为PLC控制器程序流程图；
图中，支架1、滑块2、切土铁丝3、第一步进电机4、土样5、第二步进电机6、齿条结构7、托盘8、底板9、齿轮10、第一滑槽11、丝杠12、第二滑槽13。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种全自动任意直径三轴土样切削装置，包括切土铁丝3，底板9、切土铁丝刀架，托盘8，第一步进电机4，第二步进电机6，第三步进电机，控制器；第一步进电机4，第二步进电机6，第三步进电机分别与控制器相连。
所述底板9两侧开有两条平行的第一滑槽11，滑槽11的侧壁具有齿条结构7；切土铁丝刀架由包括两个支架1，支架1下端水平安装有齿轮10，所述齿轮10位于第一滑槽11内，且与侧壁的齿条结构7啮合；
所述支架1内具有一个竖直的第二滑槽13，第二滑槽的一侧具有与第二滑槽相通的槽口；第一步进电机4和第二步进电机6均嵌入式安装在支架1内，滑槽内安装有竖直的丝杠12，丝杠12上安装有滑块2，第一步进电机4的输出端与丝杠12相连，第一步进电机4用于驱动滑块2上下运动，从而带动切土铁丝3进行切割；第二步进电机6位于所述支架1的下端，输出端与齿轮10相连；第二步进电机6用于带动刀架在滑槽内移动。
所述切土铁丝3的两端穿过所述槽口，与位于滑槽内的滑块2相连；切土铁丝3在滑块2的带动下可以上下运动，进行土样切割。
第三步进电机嵌入式安装在底板中心，所述托盘8水平安装在底板9上，中心轴与所述第三步进电机的输出轴相连。第三步进电机用于带动托盘转动，托盘用于放置土样以及带动土样进行转动。
作为优选的方案，托盘8上可以具有刻度，方面对准。
对于直径为a的图样，切割过程如图3所示，包括以下步骤：
(1)初始化，将待切削土样5(直径大于a)放置于托盘上，PLC控制器驱动第二步进电机6，使之位于托盘的中心位置；
(2)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3向前或向后移动至1号位置，即距离初始位置处；
(3)驱动第一步进电机4匀速旋转，使得切土铁丝3上下运动，即完成了一次上下切割；
(4)驱动第三步进电机带动托盘转动18°角，之后切土铁丝再次完成一次上下运动，托盘再次转动18°角，依次类推，托盘转动19次后可切出一个正20边形(非常接近圆形)；
(5)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3向前或向后移动，使之位于距离初始位置的2号位置处；然后按照步骤3-4进行切割；
(6)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3依次位于3号、4号、……、7号位置处，并分别按照步骤3-4进行切割；3号位置为距离初始位置4号位置为距离初始位置/>5号位置为距离初始位置/>6号位置为距离初始位置/>7号位置为距离初始位置/>注意到从1号位置到6号位置，每一个增量的分母构成斐波那契数列，在切削过程中，为尽量减少对土样的扰动，采取逐步向内切削的方案，一层层切。
(7)精细打磨(自动进入至该阶段)：第三步进电机始终保持匀速运动，使得托盘不断转动，第一步进电机4也不断工作，使得切土铁丝上下不断运动，上下运动30次后，完成了土样的切削。

Claims (1)

1.一种全自动任意直径三轴土样切削装置，包括切土铁丝(3)，底板(9)，切土铁丝刀架，托盘(8)，第一步进电机(4)，第二步进电机(6)，第三步进电机和控制器；第一步进电机(4)，第二步进电机(6)，第三步进电机分别与控制器相连；所述底板(9)两侧开有两条平行的第一滑槽(11)，第一滑槽(11)的侧壁具有齿条结构(7)；切土铁丝刀架包括两个支架(1)，支架(1)下端水平安装有齿轮(10)，所述齿轮(10)位于第一滑槽(11)内，且与侧壁的齿条结构(7)啮合；所述支架(1)内具有一个竖直的第二滑槽(13)，第二滑槽(13)的一侧具有与第二滑槽(13)相通的槽口；第一步进电机(4)和第二步进电机(6)均嵌入式安装在支架(1)内，第二滑槽(13)内安装有竖直的丝杠(12)，丝杠(12)上安装有滑块(2)，第一步进电机(4)的输出端与丝杠(12)相连；第二步进电机(6)位于所述支架(1)的下端，输出端与齿轮(10)相连；所述切土铁丝(3)的两端与滑块(2)相连；第三步进电机嵌入式安装在底板中心，所述托盘(8)水平安装在底板(9)上，中心轴与所述第三步进电机的输出轴相连；
所述全自动任意直径三轴土样切削装置的切割过程，包括以下步骤：
(1)初始化，将待切削土样放置于托盘上，PLC控制器驱动第二步进电机(6)，使之位于托盘的中心位置；
(2)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝(3)向前或向后移动至1号位置，即距离初始位置处；
(3)驱动第一步进电机(4)匀速旋转，使得切土铁丝(3)上下运动，即完成了一次上下切割；
(4)驱动第三步进电机带动托盘转动18°角，之后切土铁丝再次完成一次上下运动，托盘再次转动18°角，依次类推，托盘转动19次后可切出一个正20边形；
(5)PLC控制器驱动第二步进电机(6)，使得切土铁丝(3)向前或向后移动，使之位于距离初始位置的2号位置处；然后按照步骤3-步骤4进行切割；
(6)PLC控制器驱动第二步进电机(6)，使得切土铁丝(3)依次位于3号、4号、……、7号位置处，并分别按照步骤3-步骤4进行切割；3号位置为距离初始位置4号位置为距离初始位置/>5号位置为距离初始位置/>6号位置为距离初始位置/>7号位置为距离初始位置/>注意到从1号位置到6号位置，每一个增量的分母构成斐波那契数列，在切削过程中，为尽量减少对土样的扰动，采取逐步向内切削的方案，一层层切；
7)精细打磨：第三步进电机始终保持匀速运动，使得托盘不断转动，第一步进电机(4)也不断工作，使得切土铁丝上下不断运动，上下运动30次后，完成了土样的切削。
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