CN113203634A - 一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，包括：养护箱，养护箱内设有基台，基台上方设有托盘，托盘的上方设有限位槽；托盘的上方左右两侧设有托盘排水槽，托盘的左右两端设有托盘滑轮，养护箱左右内侧设有短距滑轨；托盘的下方设有底部排水槽；养护箱四周内壁排布着加热管和冷凝管，养护箱顶部设有加湿导管、喷雾孔、温度传感器、湿度传感器；养护箱顶部中间贯穿压力传递装置，伺服压力机右端通过两根高压油管与油泵连接，养护箱内部设有油箱，油箱前端设有与加湿导管连接的水箱；油箱下端设有压缩机；压缩机前端设有控制台主机。采用本发明技术方案，以物联网技术和AI技术为基础，将制样、养护、强度测试集成于一体。

Description

一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统
技术领域
本发明属于岩土工程测试领域，尤其是涉及一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，在物联网背景下的风积沙改性土智能养护及不同环境下的强度测试。
背景技术
风积沙是风沙流在冲积平原区形成的第四纪风积物，广泛分布于我国的新疆、内蒙古、青海、甘肃、陕西和宁夏等九省区。风积沙具有孔隙大、透水性强、无塑性以及抗剪强度低等特点，单纯用风积沙很难筑成满足高等级线路工程(高铁、高速公路)要求的路堤，迫切需要加入水泥等粘结性材料对其进行改性处理，使其满足线路工程对变形、强度和稳定性的要求。然而水泥材料的掺加，往往因养护条件不当而产生温度裂缝，对工程的使用性和耐久性造成影响。因此，测试和分析不同养护条件及温度和湿度可控条件下的风积沙改性土强度指标，尤其是风积沙改性土的抗拉强度指标，具有重要意义。
在现有的技术领域，测试抗拉强度时都是将风积沙改性土试样进行养护后，将试样取出，在压力机下进行强度试验，而没有将养护和测试联合成为一体的系统。《基于物联网的混凝土智能养护系统的设计与应用》虽然使用了物联网技术对混凝土进行智能化养护，但其属于室外的物联网养护系统，并不能满足室内样品测试的需求。专利CN212021146U对水泥进行恒温恒湿的养护，但却缺乏超低温条件下试样的养护，进而无法得知在超低温条件下试样养护后的强度指标，而且不能满足温度和湿度可控条件下的强度测试。
发明内容
为了对风积沙改性土进行智能养护，并对其进行强度测试，本发明提供一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，以物联网技术和AI技术为基础，将制样、养护、强度测试集成于一体。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，包括：养护箱，养护箱内设有基台，基台上方设有托盘，托盘的上方设有用于放置强度测试模具的限位槽；托盘的上方左右两侧设有托盘排水槽，托盘的左右两端设有托盘滑轮，养护箱左右内侧设有短距滑轨；托盘的下方设有底部排水槽，在底部排水槽出口处设有可控制排水口径的管道；养护箱四周内壁排布着加热管和冷凝管，养护箱顶部设有加湿导管、喷雾孔、温度传感器、湿度传感器；养护箱顶部中间贯穿压力传递装置，与养护箱体顶部的伺服压力机的底部连接，伺服压力机的右端通过两根高压油管与油泵连接，养护箱的内部设有油箱，油箱的前端设有与加湿导管连接的水箱；油箱的下端设有压缩机；压缩机的前端设有控制台主机。
作为优选，所述温度传感器和湿度传感器实时监测箱内的温湿度信息并对控制台主机进行反馈。
作为优选，所述加热管对养护箱体内的空气进行加热，加湿导管从水箱中获取水通过加湿导管进水口输送至喷雾孔对箱内空气进行加湿。
作为优选，试验前，先在养护箱右侧的操纵台设定养护时风积沙改性土试样所需的温湿度，再拉开箱门，将配制好的风积沙改性土试样置于所述托盘上的模具槽内，通过短距滑轨将托盘送入养护箱内，关闭箱门；养护箱内的温度传感器、湿度传感器实时监测箱内温湿度，并反馈给控制台主机；控制台主机根据温湿度传感器反馈回来的信息来调节加热、降温、加湿装置，保证箱内温湿度的平衡，并将信息记录保存。
作为优选，养护完成后，在操纵台选择抗拉强度试验，调试各传感器与云端服务器相连接，控制摄像头开始进行实时监控，松开压力传递装置的顶部卡扣在操纵台上设定试验所需的温度和湿度；完成上述操作后，设置加载速率，启动伺服控制加载器，通过油泵从油箱中获取液压油经过高压油管输送至伺服压力机，控制伺服压力机使之向下加载，顶部梯形支撑柱给伺服压力机提供向下加载的反力，将力通过压力传递装置传递至压力作用端，压力作用端将力传递至强度测试模具上的压力接触端，强度测试模具将向下的压力转换为横向的拉力，按照设定速率均匀加载至试样发生破坏后停止；通过应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗拉强度。
作为优选，养护完成后，在操纵台选择抗压强度试验，在完成抗拉强度测试试验的前期基础上，控制伺服压力机向下加载，伺服压力机向下的压力通过压力传递装置作用到强度测试模具的压力作用端，强度测试模具将向下的压力转换为横向的压力，按照设定速率均匀加载至试样发生破环后停止；通过应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗压强度、弹性模量、泊松比。
作为优选，当养护箱内的温湿度达到所需时拉开箱门，通过托盘挡板保证箱门拉开的最大限度。
作为优选，养护箱内部采用实心块作为基台。
作为优选，压缩机通过减震隔震材料与箱内壁的冷凝管连接。
本发明的有益特点是：可以对风积沙改性土进行精准智能养护，养护结束后，在设定不同温度和湿度环境条件下，通过系统伺服控制加载器对试样进行加载，实时采集记录加载数据，计算出风积沙改性土试样的抗拉强度、抗压强度、弹性模量和泊松比指标。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的养护箱内的正视图；
图3是本发明托盘示意图；
图4是本发明伺服控制加载器示意图；
图5是本发明控制箱示意图；
图6是本发明养护箱体内顶部示意图。
图中：1、底部排水槽；2、实心块；3、操纵台；4、加热管；5、显示器；6、冷凝管；7、油泵；8、冷凝进水管；9、高压油管；10、压力传递装置；11、顶部卡扣；12、梯形支撑柱；13、伺服压力机；14、加湿导管；15、短距滑轨；16、喷雾孔；17、摄像头；18、压力作用端；19、油箱；20、压缩机；21、加湿导管进水口；22、水箱；23、控制台主机；24、排风孔；25、箱门；26、托盘排水槽；27、限位槽； 28、托盘；29、箱门玻璃；30、托盘滑轮；31、托盘挡板；32、底部排水槽出水口；33、温度传感器；34、湿度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至6所示，本发明提供一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，包括：养护箱，养护箱内部采用实心块2作为基台，基台上方设有托盘28，托盘28的上方设有用于放置强度测试模具的限位槽27；托盘28上左右两侧设有托盘排水槽26，托盘28的左右两端设有托盘滑轮30，养护箱左右内侧设有短距滑轨15；托盘28的下方设有底部排水槽1，在底部排水槽出口处32设有可控制排水口径的管道；养护箱四周内壁排布着加热管4和冷凝管6，养护箱顶部设有加湿导管14、喷雾孔16、温度传感器33、湿度传感器34；养护箱顶部中间贯穿压力传递装置10，与养护箱体顶部的伺服压力机13 的底部连接，伺服压力机13的右端通过两根高压油管9与油泵7连接，养护箱的内部设有油箱19，油箱19的前端设有与加湿导管连接的水箱22；油箱19的下端设有压缩机20，其通过减震隔震材料与箱内壁的冷凝管6连接；压缩机20的前端设有控制台主机23，控制台主机23可以联网。
试验前，先在养护箱右侧的操纵台设定养护时风积沙改性土试样所需的温湿度，再拉开箱门25，将配制好的风积沙改性土试样置于所述托盘28上的模具槽内，通过短距滑轨15将托盘28送入养护箱内，关闭箱门25。养护箱内的温度传感器33、湿度传感器34实时监测箱内温度，并反馈给控制台主机23。控制台主机23根据温湿度反馈回来的信息来调节加热、降温、加湿装置，保证箱内温湿度的平衡，并将信息记录保存。养护结束后，在操纵台设定不同温度和湿度条件，选择想要进行的试验(抗拉强度试验或单轴压缩变形试验)，进而控制伺服加载器的伺服压力机向下对试样进行加载，对试样进行抗拉强度试验和抗压强度试验。
本发明的工作原理如下：
对系统内的各个装置检查无误后，通过控制台主机的操纵台对风积沙改性土养护所需的温湿度进行预先的设定，温度传感器33和湿度传感器34实时监测箱内的温湿度信息并对控制台主机23进行反馈。加热管4对养护箱体内的空气进行加热，加湿导管14从水箱22中获取水通过加湿导管进水口21输送至喷雾孔16对箱内空气进行加湿。当养护箱内的温湿度达到所需则拉开箱门25，托盘挡板保证箱门25 可以拉开的最大限度。将预先制备好的风积沙改性土试样放置在托盘 28上的强度测试模具中，强度测试模具放置在托盘限位槽27中，通过短距滑轨15上的托盘滑轮30缓慢推箱门25直至其关闭，并做好箱门25的密封。在系统内预设的试验方案下系统会自动调节箱体内的温湿度，并在控制台主机23的显示器5上实时显示箱体25内温湿度的数据并对异常数据做出处理、存储、上传。
若养护温度过高，需要降温时，控制台主机23会关闭加热装置的电源，并开启降温装置的电源通过压缩机工作，将低温液体通过冷凝进水管8输送至冷凝管6对箱内温度进行降温。降温时水蒸气凝结形成的小水珠会由于重力流入托盘排水槽26进而流入底部排水槽1通过底部排水槽出水口32流出箱外。压缩机20和控制台主机23工作时所散发的热量会通过排风孔2排出箱外。养护过程中可通过箱门 25上的箱门玻璃29观察风积沙改性土试样的养护箱状态。控制台主机23会将养护记录制成工作日志上传至云端服务器并编入养护数据进行存储。
养护完成后，在操纵台选择抗拉强度试验，调试各传感器与云端服务器相连接，控制摄像头17开始进行实时监控，松开压力传递装置的顶部卡扣11在操纵台上设定试验所需的温度和湿度。完成上述操作后，设置加载速率，启动伺服控制加载器，通过油泵7从油箱19中获取液压油经过高压油管9输送至伺服压力机13，控制伺服压力机13使之向下加载，顶部梯形支撑住给伺服压力机13提供向下加载的反力，将力通过压力传递装置10传递至压力作用端18，压力作用端18将力传递至强度测试摸具上的压力接触端，强度测试模具将向下的压力转换为横向的拉力，按照设定速率均匀加载至试样发生破坏后停止。底部实心块2支撑着托盘28防止托盘损坏。应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗拉强度。
若要进行抗压强度试验，可直接在强度测试摸具中改变模式，按照设定速率均匀加载至试样发生破坏后停止。应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗压强度、弹性模量、泊松比指标。
试验结束后，令强度测试模具空载，测定右活动拉板底座与滑轨之间摩擦因数μ。将摩擦因数数值进行存储，通过控制台对应变仪所测得的值进行修正处理得出试样应力修正值。由控制台主机对应变仪、应力计、引伸计获得的数据进行汇总处理，最终绘制试样整体在不同温度和湿度条件下的变形-时间、试样拉裂区应变-时间、试样压裂区应变-时间、应力-时间、应力-应变关系曲线。并对该试样数据组进行整合处理，使该试样的制样配比、养护日志、强度测试过程和数据处理结果等信息可以在控制台上直接获取或利用手机连接至云端服务器获取。
本发明系统采用物联网技术和AI技术，通过温湿度传感器对系统主机的反馈，系统主机根据反馈信息来调控加热、降温、加湿装置，保证风积沙改性土试样所需的养护环境，养护结束后通过控制台控制养护箱顶部的伺服控制加载器对风积沙改性土试样进行加载，测量其强度指标，该系统可以对风积沙改性土试样进行精准的智能养护并在养护结束后进行温湿度可控的抗拉强度试验和抗压强度试验，具有智能化控制、精准性养护以及数据远程传输的特点。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，包括：养护箱，养护箱内设有基台，基台上方设有托盘，托盘的上方设有用于放置强度测试模具的限位槽；托盘的上方左右两侧设有托盘排水槽，托盘的左右两端设有托盘滑轮，养护箱左右内侧设有短距滑轨；托盘的下方设有底部排水槽，在底部排水槽出口处设有可控制排水口径的管道；养护箱四周内壁排布着加热管和冷凝管，养护箱顶部设有加湿导管、喷雾孔、温度传感器、湿度传感器；养护箱顶部中间贯穿压力传递装置，与养护箱体顶部的伺服压力机的底部连接，伺服压力机的右端通过两根高压油管与油泵连接，养护箱的内部设有油箱，油箱的前端设有与加湿导管连接的水箱；油箱的下端设有压缩机；压缩机的前端设有控制台主机。
2.如权利要求1所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，所述温度传感器和湿度传感器实时监测箱内的温湿度信息并对控制台主机进行反馈。
3.如权利要求1或2所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，所述加热管对养护箱体内的空气进行加热，加湿导管从水箱中获取水通过加湿导管进水口输送至喷雾孔对箱内空气进行加湿。
4.如权利要求3所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，试验前，先在养护箱右侧的操纵台设定养护时风积沙改性土试样所需的温湿度，再拉开箱门，将配制好的风积沙改性土试样置于所述托盘上的模具槽内，通过短距滑轨将托盘送入养护箱内，关闭箱门；养护箱内的温度传感器、湿度传感器实时监测箱内温度，并反馈给控制台主机；控制台主机根据温湿度反馈回来的信息来调节加热、降温、加湿装置，保证箱内温湿度的平衡，并将信息记录保存。
5.如权利要求4所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，养护完成后，在操纵台选择抗拉强度试验，调试各传感器与云端服务器相连接，控制摄像头开始进行实时监控，松开压力传递装置的顶部卡扣在操纵台上设定试验所需的温度和湿度；完成上述操作后，设置加载速率，启动伺服控制加载器，通过油泵从油箱中获取液压油经过高压油管输送至伺服压力机，控制伺服压力机使之向下加载，顶部梯形支撑柱给伺服压力机提供向下加载的反力，将力通过压力传递装置传递至压力作用端，压力作用端将力传递至强度测试摸具上的压力接触端，强度测试模具将向下的压力转换为横向的拉力，按照设定速率均匀加载至试样发生破坏后停止；通过应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗拉强度。
6.如权利要求4所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，养护完成后，在操纵台选择抗压强度试验，伺服压力机向下的压力通过压力传递装置作用到强度测试模具的压力作用端，强度测试模具将向下的压力转换为横向的压力，按照设定速率均匀加载至试样发生破环后停止；通过应变仪和引伸计监测试样在破坏过程中的形变量，应力计监测试样在破坏时试样应力的变化状况及测试伺服控制加载器的加载数据，并将所得数据汇入加载数据组上传至云端服务器，计算出风积沙改性土试样的抗压强度、弹性模量、泊松比。
7.如权利要求4所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，当养护箱内的温湿度达到所需时拉开箱门，通过托盘挡板保证箱门拉开的最大限度。
8.如权利要求1所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，养护箱内部采用实心块作为基台。
9.如权利要求1所述的风积沙改性土智能养护及温湿控加载试验系统，其特征在于，压缩机通过减震隔震材料与箱内壁的冷凝管连接。
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