CN108693031A - 一种野外原位土壤沉陷仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外原位土壤沉陷仪，包括支撑框架及其上设置的可移动滑轨，可移动滑轨上套设有滑动块，滑动块下方固定有中空的套筒，套筒内设有上压杆和下压杆；上压杆的表面设有与螺母相配合的螺纹，螺母与滑动块固定连接，上压杆的上端穿出滑动块并在顶端设置手柄；上压杆的下端与上隔块接触；上隔块下端通过轴承与装有指针的下隔块相连接；套筒侧面开有供指针滑动的长槽，长槽一侧标有指示土壤沉陷量的刻度；下压杆上端固定有压力传感器，压力传感器的测压头接触下隔块底面，下压杆下端开有螺孔与平板连接。本发明可以在野外条件下进行土壤压力沉陷试验，测取不同压力作用下，土壤的沉陷量和对应的压力大小。

Description

一种野外原位土壤沉陷仪

技术领域

本发明属于车辆地面力学技术领域，具体涉及一种野外原位土壤沉陷仪。

背景技术

车辆的越野机动性能是评价车辆设计优越性的重要指标。车辆地面力学中将车辆与地面的相互作用分为垂直应力应变关系和水平应力应变关系。以贝克为代表的研究人员提出了描述车辆地面垂直应力应变关系的方程和实验方法-平板载荷实验。平板载荷实验用来测取土壤在载荷板的作用下压力和沉陷量之间的关系。传统的平板载荷试验装置特别是原位试验结构复杂、造价昂贵、操作不便、受地形限制很大。

发明内容

本发明的目的是为了解决野外环境下，原位土壤在压力作用下，土壤在压力方向上的沉陷量和压力值测取困难的问题，提出野外原位土壤沉陷仪，改变传统土壤压力沉陷测量装置结构庞大、造价昂贵、使用不便的现状。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种野外原位土壤沉陷仪，包括支撑框架及其上设置的可移动滑轨，可移动滑轨上套设有滑动块，滑动块下方固定有中空的套筒，套筒内设有上压杆和下压杆；

上压杆的表面设有与螺母相配合的螺纹，螺母与滑动块固定连接，上压杆的上端穿出滑动块并在顶端设置手柄；上压杆的下端与上隔块接触；上隔块下端通过轴承与装有指针的下隔块相连接；套筒侧面开有供指针滑动的长槽，长槽一侧标有指示土壤沉陷量的刻度；

下压杆上端固定有压力传感器，压力传感器的测压头接触下隔块底面，下压杆下端开有螺孔与平板连接。

所述的支撑框架包括脚架，脚架上设有与地面固定连接的套管，脚架两端分别固定有支腿，支腿上端与边梁固定连接；

所述的可移动滑轨包括横向移动滑轨和纵向移动滑轨；所述的横向移动滑轨为相平行的边梁，边梁上表面固定有光轴；光轴上套设有可沿其滑动的横向滑动块，横向滑动块内设有滑块，横向滑动块还与横梁的一端固定连接；

所述的纵向移动滑轨为双梁结构的横梁，双梁内侧留有间距，双梁上分别固定有光轴，光轴上套设有可沿其滑动的滑动块，滑动块装配在双梁内侧，滑动块内设有滑块。

所述的脚架采用两个，每个脚架两端各焊接有两个套管，每个套管穿入一根钢钎并贯入地面；每个脚架两端固定两个支腿；支腿上端通过螺栓与边梁固定。

所述脚架上面的套管轴线方向与地面夹角为60°。

所述的边梁上表面固定光轴；光轴与滑块配合，滑块可沿光轴滑动；滑动块上端设有套入滑块上面凸起的圆柱的通孔，滑动块下端上表面与边梁上表面之间存在间隙，当滑动块向上移动时间隙消失，滑动块下端上表面与边梁12上表面接触，滑动块并通过螺栓与横梁连接；

横梁采用双梁结构，横梁上边面同样固定有光轴，光轴装配有滑块，双梁内侧留有间距，滑动块与滑块配合，装在双梁内侧。

所述的螺母同时与两个滑动块固定连接；所述平板在下压杆的带动下，随滑动块沿横梁轴线方向或边梁轴线方向移动。

所述的手柄匀速旋转，带动上压杆向下运动，将压力通过压力传感器、下压杆传导给平板，压力传感器同时将压力通过导线传输给手持式显示仪，下隔块侧面的指针在套筒侧壁上的刻度为土壤沉陷量，得到土壤的压力-沉陷量关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明不需要外接交流电源，可携带至野外对原位土壤在压力作用下的沉陷量进行测量，测取压力大小和土壤沉陷量之间的关系。本发明采用手动纯机械操作，沉陷量的测量采用物理刻度读取的方式，压力值的测量采用压力传感器测量的方式，而压力传感器由手持式显示仪自带的电池供电。在测量过程中，压力传感器能实时显示当前装置对土壤施加压力的大小，通过读取物理刻度值得到当前压力值所对应的土壤沉陷量，下压杆传导给平板的压力越大，平板下受压土壤的沉陷量越大，通过压力传感器测量压力的同时，通过下隔块侧面的指针读取相应压力下的土壤沉陷量，由此得到一系列压力值与对应土壤沉陷量之间的数值关系。

2)本发明结构简单、操作方便、可拆卸、方便携带；一次固定，可以对框架内多处土壤进行压力沉陷试验，效率较高。测量装置可以通过滑动装置实现在框架内沿横向和纵向进行移动，从而达到安装固定一次装置，可测量框架内多个位置土壤的目的，克服了现有测量技术固定一次只能测量一个位置土壤的不足。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明沿图1中A-A线的剖视图。

图3是本发明沿图1中E-E线的剖视图。

具体实施例

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1-图3，一种野外原位土壤沉陷仪，包括支撑框架及其上设置的可移动滑轨，可移动滑轨上套设有滑动块10-2，滑动块下方固定有中空的套筒9，套筒9内设有上压杆2和下压杆8；

上压杆2的表面设有与螺母3相配合的螺纹，螺母3与滑动块10-2固定连接，上压杆2的上端穿出滑动块10-2并在顶端设置手柄1；上压杆2的下端与上隔块4接触；上隔块4下端通过轴承5与装有指针的下隔块6相连接；套筒9侧面开有供指针滑动的长槽，长槽一侧标有指示土壤沉陷量的刻度，

下压杆8上端固定有压力传感器7，压力传感器7的测压头接触下隔块6底面，下压杆8下端开有螺孔与平板连接。

进一步的，所述的支撑框架包括脚架15-2，脚架15-2上设有与地面固定连接的套管15-1，脚架15-2两端分别固定有支腿15，支腿15上端与边梁12固定连接；

所述的可移动滑轨包括横向移动滑轨和纵向移动滑轨；所述的横向移动滑轨为相平行的边梁12，边梁12上表面固定有光轴13；光轴13上套设有可沿其滑动的横向滑动块10-1，横向滑动块10-1内设有滑块14，横向滑动块10-1还与横梁11的一端固定连接；

所述的纵向移动滑轨为双梁结构的横梁11，双梁内侧留有间距，双梁上分别固定有光轴13，光轴13上套设有可沿其滑动的滑动块10-2，滑动块10-2装配在双梁内侧，滑动块10-2内设有滑块14。

具体的，所述的脚架15-2采用两个，每个脚架15-2两端各焊接有两个套管15-1，每个套管穿入一根钢钎并贯入地面；每个脚架15-2两端固定两个支腿15；支腿15上端通过螺栓与边梁12固定。

所述脚架15-2上面的套管15-1轴线方向与地面夹角为60°。

进一步的，所述的边梁12上表面固定光轴13；光轴13与滑块14配合，滑块14可沿光轴13滑动；滑动块10-1上端设有套入滑块14上面凸起的圆柱的通孔，滑动块10-1下端上表面与边梁12上表面之间存在间隙，当滑动块10-1向上移动时间隙消失，滑动块10-1下端上表面与边梁12上表面接触，滑动块10-1并通过螺栓与横梁11连接；

横梁11采用双梁结构，横梁11上边面同样固定有光轴13，光轴13装配有滑块14，双梁内侧留有间距，滑动块10-2与滑块14配合，装在双梁内侧。

所述的螺母3同时与两个滑动块10-2固定连接；所述平板在下压杆8的带动下，随滑动块10-2沿横梁轴线方向或边梁轴线方向移动。

所述的手柄1匀速旋转，带动上压杆向下运动，将压力通过压力传感器7、下压杆8传导给平板，压力传感器7同时将压力通过导线传输给手持式显示仪，下隔块6侧面的指针在套筒侧壁上的刻度为土壤沉陷量，得到土壤的压力-沉陷量关系。

下面给出具体的实施例。

实施例1

参见图1-图3，一种野外原位土壤沉陷仪由手柄1、上压杆2、黄铜螺母3、上隔块4、轴承5、下隔块6、压力传感器7、下压杆8、套筒9、横向滑动块10-1、滑动块10-2、横梁11、边梁12、光轴13、滑块14、支腿15、套管15-1、脚架15-2组成；

其中边梁12、脚架15-2各4个(边梁12有4个、脚架15-2有两个)，每个脚架上焊接有4个套管15-1，每个套管穿入一根长60cm、直径2cm的钢钎，通过钢钎贯入地面使脚架15-2固定；每个脚架15-2两端固定两个支腿15；支腿15上端通过螺栓与边梁12固定；

横向滑动：边梁12上表面固定光轴13；光轴13与滑块14配合，滑块14可以沿光轴13滑动；横向滑动块10-1与滑块14和边梁12配合，并通过螺栓与横梁11连接；

纵向滑动：横梁11采用双梁结构，横梁11上边面同样固定有光轴13，光轴13同样装配有滑块14，双梁内侧留有间距，滑动块10-2与滑块14配合，装在双梁内侧；默认沿边梁12轴线方向为横向，沿横梁11轴线方向为纵向。(当然在90°转向时横向滑动、纵向滑动的滑动方向互换)

黄铜螺母3同时与两个滑动块10-2固定，上压杆2表面为螺纹，与黄铜螺母配合；上压杆上端安装手柄1，下端与上隔块4接触；上隔块4下面通过轴承5与下隔块6配合，下隔块6侧面装有指针；压力传感器7测压头接触下隔块6底面，下压杆8上端固定压力传感器7，下压杆8下端开有螺孔与平板连接；套筒9上端固定在两个滑动块10-2底面，套筒9侧面开有长槽供下隔块6侧面的指针滑动，长槽一侧标有刻度，用来指示平板沉陷量；

当转动手柄1时，带动与其相连的上压杆2转动，上压杆2在螺纹啮合的作用下相对横梁11向下运动，由于横梁11固定在边梁12上，边梁12又与支腿15固定，支腿15与脚架15-2固定，脚架15-2通过钢钎最终与地面固定，因此上压杆2相对横梁11运动时，横梁11将对上压杆2产生向下的作用力，上压杆2将压力通过上隔块4、轴承5、下隔块6、压力传感器7、下压杆8传导给压板，使压板对土壤产生压力作用，通过平板对土壤施加压力，使土壤在平板压力的作用下产生沉陷；同时压力传感器7将压力值通过导线输出到手持式显示仪，下隔块6侧面的指针向下滑动，指示沉陷量；下压杆传导给平板的压力越大，平板下受压土壤的沉陷量越大，通过压力传感器测量压力的同时，通过下隔块侧面的指针读取相应压力下的土壤沉陷量，由此得到一系列压力值与对应土壤沉陷量之间的数值关系。

进一步的：在沉陷仪使用前，先用钢钎通过套管15-1贯入地面进行固定；每个脚架有4根钢钎固定，确保为沉陷仪提供足够的固定力；

本实施方法的压板8分为2.5cm、5cm、10cm三种直径大小的圆板，可以进行上述三种尺寸的平板载荷试验。

参照图2，本发明的工作过程：使用之前首先进行沉陷仪各个部件的连接，并与地面固定；用手匀速旋转手柄1，带动上压杆向下运动，将压力通过压力传感器7、下压杆8传导给压板，压力传感器7同时将压力输出给手持式显示仪，通过观察下隔块6侧面的指针对应套筒侧壁上的刻度读取土壤沉陷量。结合图1，沉陷仪中间的测量部分可以沿边梁12和横梁11上面的光轴两个方向滑动；从而达到安装固定一次装置，可测量框架内多个位置土壤的目的，克服了现有测量技术固定一次只能测量一个位置土壤的不足。

Claims (7)

1.一种野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，包括支撑框架及其上设置的可移动滑轨，可移动滑轨上套设有滑动块(10-2)，滑动块下方固定有中空的套筒(9)，套筒(9)内设有上压杆(2)和下压杆(8)；

上压杆(2)的表面设有与螺母(3)相配合的螺纹，螺母(3)与滑动块(10-2)固定连接，上压杆(2)的上端穿出滑动块(10-2)并在顶端设置手柄(1)；上压杆(2)的下端与上隔块(4)接触；上隔块(4)下端通过轴承(5)与装有指针的下隔块(6)相连接；套筒(9)侧面开有供指针滑动的长槽，长槽一侧标有指示土壤沉陷量的刻度；

下压杆(8)上端固定有压力传感器(7)，压力传感器(7)的测压头接触下隔块(6)底面，下压杆(8)下端开有螺孔与平板连接。

2.如权利要求1所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的支撑框架包括脚架(15-2)，脚架(15-2)上设有与地面固定连接的套管(15-1)，脚架(15-2)两端分别固定有支腿(15)，支腿(15)上端与边梁(12)固定连接；

所述的可移动滑轨包括横向移动滑轨和纵向移动滑轨；所述的横向移动滑轨为相平行的边梁(12)，边梁(12)上表面固定有光轴(13)；光轴(13)上套设有可沿其滑动的横向滑动块(10-1)，横向滑动块(10-1)内设有滑块(14)，横向滑动块(10-1)还与横梁(11)的一端固定连接；

所述的纵向移动滑轨为双梁结构的横梁(11)，双梁内侧留有间距，双梁上分别固定有光轴(13)，光轴(13)上套设有可沿其滑动的滑动块(10-2)，滑动块(10-2)装配在双梁内侧，滑动块(10-2)内设有滑块(14)。

3.如权利要求2所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的脚架(15-2)采用两个，每个脚架(15-2)两端各焊接有两个套管(15-1)，每个套管穿入一根钢钎并贯入地面；每个脚架(15-2)两端固定两个支腿(15)；支腿(15)上端通过螺栓与边梁(12)固定。

4.如权利要求3所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的脚架(15-2)上面的套管(15-1)轴线方向与地面夹角为60°。

5.如权利要求2所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的边梁(12)上表面固定光轴(13)；光轴(13)与滑块(14)配合，滑块(14)可沿光轴(13)滑动；滑动块(10-1)上端设有套入滑块(14)上面凸起的圆柱的通孔，滑动块(10-1)下端上表面与边梁(12)上表面之间存在间隙，当滑动块(10-1)向上移动时间隙消失，滑动块(10-1)下端上表面与边梁(12)上表面接触，滑动块(10-1)并通过螺栓与横梁(11)连接；

横梁(11)采用双梁结构，横梁(11)上边面同样固定有光轴(13)，光轴(13)装配有滑块(14)，双梁内侧留有间距，滑动块(10-2)与滑块(14)配合，装在双梁内侧。

6.如权利要求1所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的螺母(3)同时与两个滑动块(10-2)固定连接；所述平板在下压杆(8)的带动下，随滑动块(10-2)沿横梁轴线方向或边梁轴线方向移动。

7.如权利要求1所述的野外原位土壤沉陷仪，其特征在于，所述的手柄(1)匀速旋转，带动上压杆向下运动，将压力通过压力传感器(7)、下压杆(8)传导给平板，压力传感器7同时将压力通过导线传输给手持式显示仪，下隔块(6)侧面的指针在套筒侧壁上的刻度为土壤沉陷量，得到土壤的压力-沉陷量关系。