CN114354300B - 应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，包括粉碎系统、喷淋系统、搅拌系统、底部滑盒和盛土皿；粉碎系统包括位于装置外壳内部的盛样桶和盛样桶内的切削机构，底部滑盒通过轨道安装在装置外壳内部，并且底部滑盒位于盛样桶正下方，在底部滑盒内设置有重量感应装置，所述盛土皿放置在底部滑盒中；搅拌系统的搅拌转轴包括弧形轴段，弧形轴段上设置有搅拌杆。将烘干后的块状土样倒入盛样桶，然后通过控制系统的人机交互屏设定预制土样的重量和加水量，粉碎系统先粉碎土样落入盛土皿中，达到土量后喷水，达到水量后，再启动搅拌系统，搅拌均匀后，使弧形轴段旋转至水平状态，最后拉出底部滑盒并取出盛土皿。
Description
技术领域
本发明属于室内土工试验技术领域，尤其是涉及一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法。
背景技术
击实试验是指用锤击实土样以了解土的压实特性的一种方法。这个方法是用不同的击实功(锤重×落距×锤击次数)分别锤击不同含水量的土样，并测定相应的干容重，从而求得最大干容重、最优含水量，从而为填土工程的设计、施工提供依据。
击实试样通常采用干法制备，即取一定量的烘干土样(轻型约20kg，重型约50kg)，放在橡皮板上用木碾碾散，然后将碾散后的土样过5mm(轻型)或20mm(重型)筛，并将筛下的土样拌匀，然后根据土样的塑限预估最优含水率，按依次相差约2％的含水率制备(不少于5个)试样，其中两个含水率高于塑限，两个含水率低于塑限，一个接近塑限，最后将各含水率的土样分层装入击实筒内进行试验，目前该试验在制样过程中存在以下问题：因制样量较大，试验人员在调配不同含水率下的土样时费时费力，试验效率较低；制样过程中伴随较大扬尘污染，严重影响实验室正常工作环境，且扬尘对试验人员的身体健康存在较大威胁；人工搅拌不同含水率下的土样存在水分挥发的情况，致使土样不能按设计要求的含水率进行试验，严重时将导致试验结果无效，对此需从新进行试验，严重影响试验进度。
综上所述，寻求一种环保、高效、且制备土样含水率精确的自动化制备击实试验用土样的装置是当前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，所述自动化土样制备装置包括：粉碎系统、喷淋系统、搅拌系统、装置外壳、底部滑盒、盛土皿和控制系统；
粉碎系统包括第一驱动电机、切削杆和盛样桶，盛样桶位于装置外壳内部，盛样桶底部开设有滤孔，所述切削杆竖直位于盛样桶内，切削杆顶部与第一驱动电机的输出轴连接；
底部滑盒通过轨道安装在装置外壳内部，并且底部滑盒位于盛样桶正下方，在底部滑盒内设置有重量感应装置，所述盛土皿放置在底部滑盒中并且重量感应装置支撑盛土皿的底部，通过重量感应装置对盛土皿进行称重；
喷淋系统包括储水箱、喷淋管、电控阀和液位传感器；其中，所述储水箱固定在装置外壳外壁上，储水箱底部设置有出水口，所述电控阀安装在该出水口并连接所述喷淋管，喷淋管的出水口伸入至装置外壳内，对着底部滑盒上方位置，能够对盛土皿进行喷水；
所述搅拌系统包括第二驱动电机和搅拌转轴，第二驱动电机横向安装在装置外壳侧壁上，所述搅拌转轴包括两个直轴段和一个弧形轴段，弧形轴段的两端分别与直轴段连接，两个直轴段分别通过轴承水平安装在装置外壳侧壁上，两个直轴段是同轴关系，其中一个直轴段与第二驱动电机的输出轴连接；所述弧形轴段上还设置有搅拌杆；
所述控制系统与所述第一驱动电机、第二驱动电机、电控阀、液位传感器和重量感应装置连接；
制备特定含水率土样时，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的块状土样倒入盛样桶，然后通过控制系统的人机交互屏设定预制土样的重量和加水量，开始制样；
步骤二：控制系统控制粉碎系统的第一驱动电机启动，驱动切削杆对盛样桶中的土样进行粉粹，土样碎末从盛样桶底部的滤孔进入到盛土皿中，当土样重量达到重量感应装置设定的重量后，粉碎系统的第一驱动电机关闭；
步骤三：控制系统控制喷淋系统的电控阀开启，对盛土皿内的土样实施喷淋，当喷淋出水量达到预定水量后，控制系统控制喷淋系统的电控阀关闭；
步骤四：控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机开启，使弧形轴段上的搅拌杆对盛土皿中的土样实施搅拌；
步骤五：土样搅拌均匀后，控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机使弧形轴段和其上的搅拌杆旋转至水平状态，使弧形轴段和其上的搅拌杆位置高于盛土皿的顶部，以不影响底部滑盒的拉出；
步骤六：拉出底部滑盒，然后取出盛土皿。
在上述技术方案中，切削杆底部安装有切削刃片。
在上述技术方案中，粉碎系统还包括掷样管，掷样管底部出口与盛样桶连通，掷样管顶部进口用于放入土样。
在上述技术方案中，底部滑盒设置有用于放置盛土皿的凹槽。
在上述技术方案中，底部滑盒外壁上设置有拉手，能够方便的将底部滑盒拉出装置外壳。
在上述技术方案中，所述搅拌杆的数量为多个。
在上述技术方案中，控制系统通过液位传感器检测的液位变化量以及储水箱的尺寸计算出喷淋出水量。
在上述技术方案中，取出盛土皿后，再闷料12小时。
本发明的优点和有益效果为：
1.本发明为一种智能化、自动化制样设备，解决了击实试验因用样量大，试验人员在调配不同含水率下的土样时存在费时费力，试验效率较低的问题。
2.本发明为自动化制样装置，且试样在制备过程中处于封闭空间，解决了传统人工制样过程中存在的因扬尘污染而影响实验室正常工作环境，扬尘对试验人员的身体健康存在较大威胁等多方面问题，具有很好的环保性，同时封闭的制样空间，避免了因人工搅拌不同含水率下的土样所存在水分挥发而影响试验结果准确性的问题，且能够有效的保证试验进度。
3.本发明能够巧妙的控制粉碎系统、喷淋系统、搅拌系统和重量感应装置，使得各系统之间相互配合，有效的保证了制样过程高效合理，且本发明结构简单，操作方面，成本较低，所制备的试样完全满足击实试验用土样的要求。
4.本发明通过底部滑盒能够方便的取出制备好的土样，底部滑盒上的盛土皿采用圆弧碗状的器皿，并且与其相配合的设计了专用的搅拌转轴，搅拌转轴横向设置，搅拌转轴的中间部分弧形轴段，弧形轴段上设置搅拌杆，通过搅拌杆对圆弧碗状的器皿内土样进行搅拌。当需要取出底部滑盒时，控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机使弧形轴段和其上的搅拌杆旋转至水平状态，这样不会影响底部滑盒的拉出。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的外形示意图；
图3是本发明中的底部滑盒的俯视图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，所述自动化土样制备装置包括：粉碎系统1、喷淋系统2、搅拌系统3、装置外壳4、底部滑盒5、盛土皿7和控制系统8。
粉碎系统1包括第一驱动电机1-1、切削杆1-2、盛样桶1-3和掷样管1-4，其中，第一驱动电机1-1安装在装置外壳4顶部，盛样桶1-3位于装置外壳4内部，盛样桶1-3底部开设有滤孔，所述切削杆1-2竖直位于盛样桶1-3内，切削杆1-2顶部与第一驱动电机1-1的输出轴连接，切削杆1-2底部安装有切削刃片；所述掷样管1-4底部出口与盛样桶1-3连通，掷样管1-4顶部进口用于放入土样。通过第一驱动电机1-1驱动切削杆1-2转动，对盛样桶1-3中的土样进行粉碎。
底部滑盒5通过轨道5-1安装在装置外壳4内部，并且底部滑盒5位于盛样桶1-3正下方，底部滑盒5设置有用于放置盛土皿7的凹槽5-2，盛土皿7为弧形碗状，在底部滑盒5内设置有重量感应装置6，所述盛土皿7放置在底部滑盒5的凹槽中并且重量感应装置6支撑盛土皿7的底部，这样通过重量感应装置6对盛土皿7进行称重。
喷淋系统2包括储水箱2-1、喷淋管2-2、电控阀2-3和液位传感器2-4；其中，所述储水箱2-1固定在装置外壳4外壁上，储水箱2-1底部设置有出水口，所述电控阀2-3安装在该出水口并连接所述喷淋管2-2，喷淋管2-2的出水口伸入至装置外壳4内，对着底部滑盒5上方位置，能够对盛土皿7进行喷水。
所述搅拌系统3包括第二驱动电机3-1和搅拌转轴，第二驱动电机3-1横向安装在装置外壳4侧壁上，所述搅拌转轴包括两个直轴段3-2和一个弧形轴段3-3，弧形轴段3-3的两端分别与直轴段3-2连接，两个直轴段3-2分别通过轴承水平安装在装置外壳4侧壁上，两个直轴段3-2是同轴关系，其中一个直轴段3-2与第二驱动电机3-1的输出轴连接，通过第二驱动电机3-1能够驱动整个搅拌转轴转动。所述弧形轴段3-3上还设置有多个搅拌杆3-4，工作时，第二驱动电机3-1驱动搅拌转轴往复转动，使弧形轴段3-3上的搅拌杆3-4对盛土皿7中的土样进行往复搅拌。
所述控制系统8安装在装置外壳4上，控制系统8与所述第一驱动电机1-1、第二驱动电机3-1、电控阀2-3、液位传感器2-4和重量感应装置6连接。
制备特定含水率土样时，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的块状土样倒入盛样桶，然后通过控制系统的人机交互屏设定预制土样的重量和加水量，开始制样。
步骤二：控制系统控制粉碎系统的第一驱动电机启动，驱动切削杆对盛样桶中的土样进行粉粹，土样碎末从盛样桶底部的滤孔进入到盛土皿中，当土样重量达到重量感应装置设定的重量后，粉碎系统的第一驱动电机关闭。
步骤三：控制系统控制喷淋系统的电控阀开启，对盛土皿内的土样实施喷淋，当喷淋出水量达到预定水量后，控制系统控制喷淋系统的电控阀关闭。
步骤四：控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机开启，使弧形轴段上的搅拌杆对盛土皿中的土样实施搅拌。
步骤五：土样搅拌均匀后，控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机使弧形轴段和其上的搅拌杆旋转至水平状态，使弧形轴段和其上的搅拌杆位置高于盛土皿的顶部，以不影响底部滑盒的拉出。
步骤六：拉出底部滑盒(底部滑盒5外壁上设置有拉手5-3，能够方便的将底部滑盒5拉出装置外壳4)，然后取出盛土皿，再闷料一夜后备用。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：所述自动化土样制备装置包括：粉碎系统、喷淋系统、搅拌系统、装置外壳、底部滑盒、盛土皿和控制系统；
粉碎系统包括第一驱动电机、切削杆和盛样桶，盛样桶位于装置外壳内部，盛样桶底部开设有滤孔，所述切削杆竖直位于盛样桶内，切削杆顶部与第一驱动电机的输出轴连接；
底部滑盒通过轨道安装在装置外壳内部，并且底部滑盒位于盛样桶正下方，在底部滑盒内设置有重量感应装置，所述盛土皿放置在底部滑盒中并且重量感应装置支撑盛土皿的底部，通过重量感应装置对盛土皿进行称重；
喷淋系统包括储水箱、喷淋管、电控阀和液位传感器；其中，所述储水箱固定在装置外壳外壁上，储水箱底部设置有出水口，所述电控阀安装在该出水口并连接所述喷淋管，喷淋管的出水口伸入至装置外壳内，对着底部滑盒上方位置，能够对盛土皿进行喷水；
所述搅拌系统包括第二驱动电机和搅拌转轴，第二驱动电机横向安装在装置外壳侧壁上，所述搅拌转轴包括两个直轴段和一个弧形轴段，弧形轴段的两端分别与直轴段连接，两个直轴段分别通过轴承水平安装在装置外壳侧壁上，两个直轴段是同轴关系，其中一个直轴段与第二驱动电机的输出轴连接；所述弧形轴段上还设置有搅拌杆；
所述控制系统与所述第一驱动电机、第二驱动电机、电控阀、液位传感器和重量感应装置连接；
制备特定含水率土样时，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的块状土样倒入盛样桶，然后通过控制系统的人机交互屏设定预制土样的重量和加水量，开始制样；
步骤二：控制系统控制粉碎系统的第一驱动电机启动，驱动切削杆对盛样桶中的土样进行粉粹，土样碎末从盛样桶底部的滤孔进入到盛土皿中，当土样重量达到重量感应装置设定的重量后，粉碎系统的第一驱动电机关闭；
步骤三：控制系统控制喷淋系统的电控阀开启，对盛土皿内的土样实施喷淋，当喷淋出水量达到预定水量后，控制系统控制喷淋系统的电控阀关闭；
步骤四：控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机开启，使弧形轴段上的搅拌杆对盛土皿中的土样实施搅拌；
步骤五：土样搅拌均匀后，控制系统控制搅拌系统的第二驱动电机使弧形轴段和其上的搅拌杆旋转至水平状态，使弧形轴段和其上的搅拌杆位置高于盛土皿的顶部，以不影响底部滑盒的拉出；
步骤六：拉出底部滑盒，然后取出盛土皿。
2.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：切削杆底部安装有切削刃片。
3.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：粉碎系统还包括掷样管，掷样管底部出口与盛样桶连通，掷样管顶部进口用于放入土样。
4.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：底部滑盒设置有用于放置盛土皿的凹槽。
5.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：底部滑盒外壁上设置有拉手，能够方便的将底部滑盒拉出装置外壳。
6.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：所述搅拌杆的数量为多个。
7.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：控制系统通过液位传感器检测的液位变化量以及储水箱的尺寸计算出喷淋出水量。
8.根据权利要求1所述的应用自动化土样制备装置制备特定含水率土样的制备方法，其特征在于：取出盛土皿后，再闷料12小时。
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