CN113686648A - 一种原位剪切仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土体检测技术领域，且公开了一种原位剪切仪，包括壳体，所述壳体内固定连接有横板和安装板，所述壳体相对的两侧均开设有通孔，两个所述通孔内均连接有支撑板，所述支撑板的侧壁连接有行走机构，所述横板和安装板之间共同连接有传动机构，所述传动机构与支撑板连接，所述壳体内通过第一滚动轴承转动连接有传动轴，所述传动轴的轴壁上连接有剪切机构，所述壳体的上端固定连接有把手，所述壳体的下端固定连接有支撑架。该原位剪切仪，可以有效地提高检测速度和使用方便性，无需取样即可在原位对深层土体进行检测，而且可以自行潜入土体深层进行剪切测试，同时也可以对土体进行倾斜剪切。

Description

一种原位剪切仪
技术领域
本发明涉及土体检测技术领域，具体为一种原位剪切仪。
背景技术
土壤是由固体颗粒组成的，土粒间的联结强度远远小于土粒本身的强度，故在外力作用下土粒之间发生相互错动，引起土壤中的一部分相对另一部分产生滑动，土壤抵抗这种滑动的性能，称为土壤的抗剪性能，土壤的位移阻力常用土壤的抗剪强度来表征，目前，检测土体的方法是将土样置于由上、下盒构成的剪切盒中，在其上加以垂直荷载，使土样在横断面上到法向力，固定下盒，在上盒施以水平力，则土样在位于上、下盒之间的横截面上受到剪力的作用，然而此方法改变了土体原有的应力状态。
目前，检测土体剪切强度的仪器，不方便检测较深土层的剪切力，深层土体常需要深挖取土才能进行检测，取样速度慢，成本高，并且取出的土样结构容易遭到破坏，获取的土体难以保持原有的真实强度，测量时由于受仪器的限制，仅可以测量土体水平方向的剪切性能。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种原位剪切仪，可以有效地提高检测速度和使用方便性，无需取样即可在原位对深层土体进行检测，而且可以自行潜入土体深层进行剪切测试，同时也可以对土体进行倾斜剪切等优点，解决了现有检测土体剪切强度的仪器，不方便检测较深土层的剪切力，深层土体常需要深挖取土才能进行检测，取样速度慢，成本高，并且取出的土样结构容易遭到破坏，获取的土体难以保持原有的真实强度，测量时由于受仪器的限制，仅可以测量土体水平方向的剪切性能的问题。
(二)技术方案
为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种原位剪切仪，包括壳体，所述壳体内固定连接有横板和安装板，所述壳体相对的两侧均开设有通孔，两个所述通孔内均连接有支撑板，所述支撑板的侧壁连接有行走机构，所述横板和安装板之间共同连接有传动机构，所述传动机构与支撑板连接，所述壳体内通过第一滚动轴承转动连接有传动轴，所述传动轴的轴壁上连接有剪切机构，所述壳体的上端固定连接有把手，所述壳体的下端固定连接有支撑架。
优选的，所述行走机构包括固定板，所述固定板的两端均通过第二滚动轴承转动连接有转轴，两个所述转轴的两端均固定连接有行走轮，所述固定板的一侧通过销钉与支撑板的侧壁转动连接，所述固定板的另一侧固定连接有固定杆，所述固定杆的杆壁上固定连接有电机，所述电机的输出端贯穿固定杆的侧壁并固定连接有传动辊，所述固定杆的一侧通过第一滚珠轴承转动连接有涨紧轮，所述传动辊和涨紧轮之间共同绕接有传动带，所述传动带的内侧绕接有两个皮带轮，两个所述皮带轮分别与两个转轴的轴壁固定连接。
优选的，所述固定板的侧壁对称固定连接有两个拉力弹簧，两个所述拉力弹簧远离固定板的一端分别与支撑板相对的两侧固定连接。
优选的，所述传动机构包括丝杆，所述丝杆的两端均通过第二滚珠轴承分别与横板和安装板相对的一侧转动连接，所述丝杆的杆壁上通过第三滚动轴承转动连接有定位板，所述定位板的两端均与壳体的内侧固定连接，所述定位板相对的两侧均对称固定连接有两个支撑杆，两个所述支撑杆的下端均与安装板的上端固定连接，所述支撑板相对的两侧均通过销钉转动连接有两个摆臂，两个所述摆臂远离支撑板的一端均通过销轴分别与两个支撑杆的杆壁转动连接，其中位于下方的两个所述支撑杆之间共同固定连接传动杆，所述传动杆的杆壁上套接有滑套，所述滑套的一侧固定连接有拉杆，所述丝杆的杆壁上螺纹连接有内螺纹管，所述拉杆的一端通过旋转轴与内螺纹管的管壁转动连接，所述横板的侧壁连接有减速机构，且减速机构与丝杆的上端连接。
优选的，所述减速机构包括第一蜗轮，所述丝杆的上端与第一蜗轮侧壁同轴心固定连接，所述第一蜗轮的侧壁对称啮合有两个第一蜗杆，且第一蜗杆的两端均通过第三滚珠轴与壳体的内侧转动连接，所述横板的上端固定连接有减速电机，所述减速电机的输出端固定连接有第二蜗杆，所述第二蜗杆的杆壁上对称啮合有两个第二蜗轮，两个所述第二蜗轮分别与两个第一蜗杆的杆壁固定连接。
优选的，所述剪切机构包括两个垫板，两个所述垫板之间共同固定连接有液压缸，所述转轴的轴壁上固定连接有半齿轮，所述安装板的侧壁固定连接有换向电机，所述换向电机的输出端固定连接有齿轮，所述齿轮与半齿轮啮合，所述垫板远离液压缸的一端固定连接有第一螺纹柱，所述垫板通过第一螺纹柱螺纹连接有传动接杆，所述传动接杆的另一端通过螺纹孔螺纹连接有第二螺纹柱，所述第二螺纹柱的一端螺纹连接有剪切头，所述垫板的侧壁通过导向孔滑动套接有导向杆，所述导向杆的杆壁上固定连接有定位杆，所述定位杆的一端与半齿轮的一侧固定连接。
优选的，所述剪切头的一端通过凹槽滑动套接有圆珠，所述圆珠的一侧延伸至凹槽外并开设有平面，所述圆珠的侧壁套接有定位环，所述定位环的侧壁通过多个均匀分布的螺栓与剪切头的侧壁紧固连接。
优选的，所述圆珠侧壁的平面上固定连接有多个均匀分布的防滑凸起和防滑钉，多个所述防滑钉呈环形分布。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种原位剪切仪，具备以下有益效果：
1、本发明在使用的时候，先在地面钻孔，然后手握把手提剪切仪放置在孔洞内，启动减速电机带动传动机构运动，传动机构运动时带动支撑板移动，支撑板运动时带动固定板移动，固定板移动时带动转轴使行走轮与孔洞侧壁接触，然后启动电机带动传动辊旋转，传动辊旋转带动传动带旋转，传动带旋转带动皮带轮使转轴旋转，转轴旋转带动行走轮旋转，此时在行走轮的带动下剪切仪移动至孔洞内部，在到达预定位置时，开启剪切机构在孔洞内膨胀，对孔洞内壁施加剪切力，从而能够无需取土，保持土体在原位即可进行剪切检测，提高了土体的检测速度和效果。
2、通过本发明设置有的传动机构，在使用时，减速电机旋转时带动第二蜗杆使第二蜗轮旋转，第二蜗轮旋转带动第一蜗杆使第一蜗轮旋转，第一蜗轮旋转带动丝杆旋转，丝杆旋转带动内螺纹管移动，内螺纹管旋转带动拉杆使传动杆受力，传动杆受力带动摆臂摆动，摆臂摆动时带动支撑板移动，进而可以快速调整行走机构的间距，适用于不同直径的孔洞使用，且剪切仪在孔洞内滑脱时可以随时调整传动机构，使行走机构与孔洞侧壁的接触力度，并且由减速电机、第一蜗杆、第二蜗杆、第一蜗轮和第二蜗轮组成的减速机构具有自锁性能，保证传动机构支撑行走机构时的稳定性。
3、本发明设置有的剪切机构，在使用时，启动液压缸，液压缸工作时推动两个垫板相对运动，垫板运动时带动传动接杆使剪切头移动，剪切头移动时带动圆珠与孔壁接触，由于剪切头对称设置，液压缸推动对称设置的传动接杆、剪切头和圆珠时，其中一个圆珠先与孔壁接触，受力后剪切机构整能在导向杆上滑动，使两个剪切头受力均匀，在需要测量倾斜剪切力时，启动转向电机带动齿轮旋转，齿轮旋转带动半齿轮旋转，半齿轮旋转带动定位杆和导向杆使垫板摆动，进而使得安装在垫板上的剪切机构倾斜一定的角度，在液压缸工作时可以使剪切机构对孔壁施加倾斜的剪切力，可测量山体土体的剪切强度。
附图说明
图1为本发明提出的一种原位剪切仪结构示意图；
图2为本发明提出的一种原位剪切仪的内部结构示意图；
图3为本发明提出的一种原位剪切仪图1中行走机构和传动机构的结构示意图；
图4为本发明提出的一种原位剪切仪图3中行走机构和传动机构的连接结构示意图。
图5为本发明提出的一种原位剪切仪图1中壳体内剪切机构的结构示意图；
图6为本发明提出的一种原位剪切仪图5中剪切机构的爆炸图；
图7为本发明提出的一种原位剪切仪图5中剪切机构提供倾斜剪切力时的效果图；
图8为本发明提出的一种原位剪切仪最大工作范围的效果图。
图中：1、壳体；2、剪切头；3、定位环；4、传动接杆；5、支撑架；6、行走轮；7、皮带轮；8、传动带；9、电机；10、传动辊；11、支撑板；12、涨紧轮；13、把手；14、减速电机；15、横板；16、第一蜗杆；17、定位板；18、支撑杆；19、摆臂；20、安装板；21、传动轴；22、半齿轮；23、圆珠；24、防滑凸起；25、防滑钉；26、换向电机；27、齿轮；28、导向杆；29、液压缸；30、垫板；31、第二蜗杆；32、第二蜗轮；33、固定板；34、第一蜗轮；35、拉杆；36、拉力弹簧；37、内螺纹管；38、丝杆。
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。
实施例1：
参照附图1-8,一种原位剪切仪，包括壳体1，壳体1内固定连接有横板15和安装板20，壳体1相对的两侧均开设有通孔，两个通孔内均连接有支撑板11，支撑板11的侧壁连接有行走机构，行走机构包括固定板33，固定板33的两端均通过第二滚动轴承转动连接有转轴，两个转轴的两端均固定连接有行走轮6，固定板33的一侧通过销钉与支撑板11的侧壁转动连接，固定板33的另一侧固定连接有固定杆，固定杆的杆壁上固定连接有电机9，电机9的输出端贯穿固定杆的侧壁并固定连接有传动辊10，固定杆的一侧通过第一滚珠轴承转动连接有涨紧轮12，传动辊10和涨紧轮12之间共同绕接有传动带8，传动带8的内侧绕接有两个皮带轮7，两个皮带轮7分别与两个转轴的轴壁固定连接，固定板33的侧壁对称固定连接有两个拉力弹簧36，两个拉力弹簧36远离固定板33的一端分别与支撑板11相对的两侧固定连接，横板15和安装板20之间共同连接有传动机构，传动机构与支撑板11连接，壳体1内通过第一滚动轴承转动连接有传动轴21，传动轴21的轴壁上连接有剪切机构，壳体1的上端固定连接有把手13，壳体1的下端固定连接有支撑架5。
本发明在使用的时候，先在地面打出直径12至20厘米的孔洞，然后手握把手13提剪切仪放置在孔洞内，启动减速电机14带动传动机构运动，传动机构运动时带动支撑板11移动，支撑板11运动时带动固定板33移动，固定板33移动时带动转轴使行走轮6与孔洞侧壁接触，然后启动电机9带动传动辊10旋转，传动辊10旋转带动传动带8旋转，传动带8旋转带动皮带轮7使转轴旋转，转轴旋转带动行走轮6旋转，此时在行走轮6的带动下剪切仪移动至孔洞内部，在到达预定位置时，开启剪切机构在孔洞内膨胀，对孔洞内壁施加剪切力，从而能够无需取土，保持土体在原位即可进行抗剪切检测，提高了土体的检测速度和效果。
实施例2：基于实施例1有所不同的是；
参照附图2-4,传动机构包括丝杆38，丝杆38的两端均通过第二滚珠轴承分别与横板15和安装板20相对的一侧转动连接，丝杆38的杆壁上通过第三滚动轴承转动连接有定位板17，定位板17的两端均与壳体1的内侧固定连接，定位板17相对的两侧均对称固定连接有两个支撑杆18，两个支撑杆18的下端均与安装板20的上端固定连接，支撑板11相对的两侧均通过销钉转动连接有两个摆臂19，两个摆臂19远离支撑板11的一端均通过销轴分别与两个支撑杆18的杆壁转动连接，其中位于下方的两个支撑杆18之间共同固定连接传动杆，传动杆的杆壁上套接有滑套，滑套的一侧固定连接有拉杆35，丝杆38的杆壁上螺纹连接有内螺纹管37，拉杆35的一端通过旋转轴与内螺纹管37的管壁转动连接，横板15的侧壁连接有减速机构，且减速机构与丝杆38的上端连接，减速机构包括第一蜗轮34，丝杆38的上端与第一蜗轮34侧壁同轴心固定连接，第一蜗轮34的侧壁对称啮合有两个第一蜗杆16，且第一蜗杆16的两端均通过第三滚珠轴与壳体1的内侧转动连接，横板15的上端固定连接有减速电机14，减速电机14的输出端固定连接有第二蜗杆31，第二蜗杆31的杆壁上对称啮合有两个第二蜗轮32，两个第二蜗轮32分别与两个第一蜗杆16的杆壁固定连接。
本发明设置有的传动机构，在使用时，减速电机14旋转时带动第二蜗杆31使第二蜗轮32旋转，第二蜗轮32旋转带动第一蜗杆16使第一蜗轮34旋转，第一蜗轮34旋转带动丝杆38旋转，丝杆38旋转带动内螺纹管37移动，内螺纹管37旋转带动拉杆35使传动杆受力，传动杆受力带动摆臂19摆动，摆臂19摆动时带动支撑板11移动，进而可以快速调整行走机构的间距，适用于不同直径的孔洞使用，且剪切仪在孔洞内滑脱时可以随时调整传动机构，使行走机构与孔洞侧壁的接触力度，并且由减速电机9、第一蜗杆16、第二蜗杆31、第一蜗轮34和第二蜗轮32组成的减速机构具有自锁性能，保证传动机构支撑行走机构时的稳定性。
实施例3：基于实施例1有所不同的是；
参照附图5-7,剪切机构包括两个垫板30，两个垫板30之间共同固定连接有液压缸29，转轴的轴壁上固定连接有半齿轮22，安装板20的侧壁固定连接有换向电机26，换向电机26的输出端固定连接有齿轮27，齿轮27与半齿轮22啮合，垫板30远离液压缸29的一端固定连接有第一螺纹柱，垫板30通过第一螺纹柱螺纹连接有传动接杆4，传动接杆4的长度可根据实际使用需求更换不同长度的备用件，传动接杆4的另一端通过螺纹孔螺纹连接有第二螺纹柱，第二螺纹柱的一端螺纹连接有剪切头2，垫板30的侧壁通过导向孔滑动套接有导向杆28，导向杆28的杆壁上固定连接有定位杆，定位杆的一端与半齿轮22的一侧固定连接，剪切头2的一端通过凹槽滑动套接有圆珠23，圆珠23的一侧延伸至凹槽外并开设有平面，圆珠23的侧壁套接有定位环3，定位环3的侧壁通过多个均匀分布的螺栓与剪切头2的侧壁紧固连接，圆珠23侧壁的平面上固定连接有多个均匀分布的防滑凸起24和防滑钉25，多个防滑钉25呈环形分布。
本发明设置有的剪切机构，在使用时，启动液压缸29，液压缸29工作时推动两个垫板30相对运动，垫板30运动时带动传动接杆4使剪切头2移动，剪切头2移动时带动圆珠23与孔壁接触，由于剪切头2对称设置，液压缸29推动对称设置的传动接杆4、剪切头2和圆珠23时，其中一个圆珠23先与孔壁接触，受力后剪切机构整能在导向杆28上滑动，使两个剪切头2受力均匀，在需要测量倾斜剪切力时，启动换向电机26带动齿轮27旋转，齿轮27旋转带动半齿轮22旋转，半齿轮22旋转带动定位杆和导向杆28使垫板30摆动，进而使得安装在垫板30上的剪切机构倾斜一定的角度，在液压缸29工作时可以使剪切机构对孔壁施加倾斜的剪切力，可测量山体土体的剪切强度。
需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种原位剪切仪，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内固定连接有横板(15)和安装板(20)，所述壳体(1)相对的两侧均开设有通孔，两个所述通孔内均连接有支撑板(11)，所述支撑板(11)的侧壁连接有行走机构，所述横板(15)和安装板(20)之间共同连接有传动机构，所述传动机构与支撑板(11)连接，所述壳体(1)内通过第一滚动轴承转动连接有传动轴(21)，所述传动轴(21)的轴壁上连接有剪切机构，所述壳体(1)的上端固定连接有把手(13)，所述壳体(1)的下端固定连接有支撑架(5)。
2.根据权利要求1所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述行走机构包括固定板(33)，所述固定板(33)的两端均通过第二滚动轴承转动连接有转轴，两个所述转轴的两端均固定连接有行走轮(6)，所述固定板(33)的一侧通过销钉与支撑板(11)的侧壁转动连接，所述固定板(33)的另一侧固定连接有固定杆，所述固定杆的杆壁上固定连接有电机(9)，所述电机(9)的输出端贯穿固定杆的侧壁并固定连接有传动辊(10)，所述固定杆的一侧通过第一滚珠轴承转动连接有涨紧轮(12)，所述传动辊(10)和涨紧轮(12)之间共同绕接有传动带(8)，所述传动带(8)的内侧绕接有两个皮带轮(7)，两个所述皮带轮(7)分别与两个转轴的轴壁固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述固定板(33)的侧壁对称固定连接有两个拉力弹簧(36)，两个所述拉力弹簧(36)远离固定板(33)的一端分别与支撑板(11)相对的两侧固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述传动机构包括丝杆(38)，所述丝杆(38)的两端均通过第二滚珠轴承分别与横板(15)和安装板(20)相对的一侧转动连接，所述丝杆(38)的杆壁上通过第三滚动轴承转动连接有定位板(17)，所述定位板(17)的两端均与壳体(1)的内侧固定连接，所述定位板(17)相对的两侧均对称固定连接有两个支撑杆(18)，两个所述支撑杆(18)的下端均与安装板(20)的上端固定连接，所述支撑板(11)相对的两侧均通过销钉转动连接有两个摆臂(19)，两个所述摆臂(19)远离支撑板(11)的一端均通过销轴分别与两个支撑杆(18)的杆壁转动连接，其中位于下方的两个所述支撑杆(18)之间共同固定连接传动杆，所述传动杆的杆壁上套接有滑套，所述滑套的一侧固定连接有拉杆(35)，所述丝杆(38)的杆壁上螺纹连接有内螺纹管(37)，所述拉杆(35)的一端通过旋转轴与内螺纹管(37)的管壁转动连接，所述横板(15)的侧壁连接有减速机构，且减速机构与丝杆(38)的上端连接。
5.根据权利要求4所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述减速机构包括第一蜗轮(34)，所述丝杆(38)的上端与第一蜗轮(34)侧壁同轴心固定连接，所述第一蜗轮(34)的侧壁对称啮合有两个第一蜗杆(16)，且第一蜗杆(16)的两端均通过第三滚珠轴与壳体(1)的内侧转动连接，所述横板(15)的上端固定连接有减速电机(14)，所述减速电机(14)的输出端固定连接有第二蜗杆(31)，所述第二蜗杆(31)的杆壁上对称啮合有两个第二蜗轮(32)，两个所述第二蜗轮(32)分别与两个第一蜗杆(16)的杆壁固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述剪切机构包括两个垫板(30)，两个所述垫板(30)之间共同固定连接有液压缸(29)，所述转轴的轴壁上固定连接有半齿轮(22)，所述安装板(20)的侧壁固定连接有换向电机(26)，所述换向电机(26)的输出端固定连接有齿轮(27)，所述齿轮(27)与半齿轮(22)啮合，所述垫板(30)远离液压缸(29)的一端固定连接有第一螺纹柱，所述垫板(30)通过第一螺纹柱螺纹连接有传动接杆(4)，所述传动接杆(4)的另一端通过螺纹孔螺纹连接有第二螺纹柱，所述第二螺纹柱的一端螺纹连接有剪切头(2)，所述垫板(30)的侧壁通过导向孔滑动套接有导向杆(28)，所述导向杆(28)的杆壁上固定连接有定位杆，所述定位杆的一端与半齿轮(22)的一侧固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述剪切头(2)的一端通过凹槽滑动套接有圆珠(23)，所述圆珠(23)的一侧延伸至凹槽外并开设有平面，所述圆珠(23)的侧壁套接有定位环(3)，所述定位环(3)的侧壁通过多个均匀分布的螺栓与剪切头(2)的侧壁紧固连接。
8.根据权利要求7所述的一种原位剪切仪，其特征在于：所述圆珠(23)侧壁的平面上固定连接有多个均匀分布的防滑凸起(24)和防滑钉(25)，多个所述防滑钉(25)呈环形分布。
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