CN114509329B - 一种多功能的三轴实验装样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能的三轴实验装样装置，包括：盖体、过渡箱、承载箱、装样组件、装样模具、操作模块、套接器；所述过渡箱顶部铰连接盖体，且通过伸缩的电动承载杆连接于承载箱的顶部，所述装样组件设置于承载箱内部，底部通过套接器套接装样模具，该装样模具的底部套接在承载箱内腔底部的震动模块上，所述操作模块固定设置在承载箱的外部；本发明提供了一种一体式装样装置，从样品的筛选，到最后自动装样压紧，整个过程省去了大量的人工环节，减轻了相关试验人员的工作负担。

Description

一种多功能的三轴实验装样装置

技术领域

本发明属于矿山岩土工程技术领域，具体涉及一种多功能的三轴实验装样装置。

背景技术

三轴压缩试验是指有侧限压缩和剪力试验。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2〜2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切应力。三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。与直剪试验比较，三轴试样中的应力分布比较均匀，可供在复杂应力条件下研究土壤的抗剪强度特性。由于能准确测定土样孔隙水压力的变化，因此能定量获取土壤中有效应力的变化状况。但土样的制备工作比较烦琐，易受扰动。另外，常用的三轴剪切仪的实际中主应力等于小主应力，将其成果应用到平面变形或三向应力状态的研究中会有所不符。

现目前，在此三轴实验中对对圆筒状的样品装样十分麻烦，需要人为的设计制成圆筒磨具，然后人为的向里面填充样品；一方面费时费力，另一方面人为装样不能很好的掌控其样本的密度，且人为装取的样本质地不均匀，导致最终的实验结果存在误差。

因此，需要一种能快速装样，解放操作者双手，同时能提高装样质量的三轴实验装样装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种多功能的三轴实验装样装置，通过电控与机械的相互配合，解决上述的人工替代装样、提升装样质量的问题。

为了达到解决上述技术问题的技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，包括：盖体、过渡箱、承载箱、装样组件、装样模具、操作模块、套接器；

所述过渡箱顶部铰连接盖体，且通过伸缩的电动承载杆连接于承载箱的顶部，所述装样组件设置于承载箱内部，底部通过套接器套接装样模具，该装样模具的底部套接在承载箱内腔底部的震动模块上，所述操作模块固定设置在承载箱的外部；

所述震动模块内部固定设有震动器，顶部固定设有压力传感器；所述装样组件、套接器电连接承载箱，装样模具通过通气导管连接承载箱；所述承载箱的内侧面契合装样模具处，固定设有检测装样高度超声探头，其底部设有中央处理器；

进一步的，所述震动模块底部为电动伸缩器，伸缩器顶部固定连接阶梯状的连接件，所述震动器固定设置在该连接件中，压力传感器固定设置在连接件的顶部；所述装样模具套接于连接件上；

进一步的，所述装样模具的主体为两半圆型的弧板，底部内腔套接有外径小于其内径的罩体，套接于连接件上，所述弧板外侧设有贯穿其整体的通气口，该通气口可拆卸的连接通气导管；所述弧板一侧铰连接，另一侧设有相互卡接的卡扣；所述装样模具顶部套接于套接器的底部内腔；

进一步的，所述套接器包括套接圆盘，以及固定连接在套接圆盘底部的电动连接杆、铰连接在电动连接杆底部的压盘，所述套接圆盘侧面设有可拆卸连接导线的电连接口，所述套接圆盘设有贯穿其上下的镂空，且顶部固定设有凸起的圆环，所述套接器通过该圆环套接到装样组件的内腔；

进一步的，所述电动连接杆带有伸缩距离负反馈，其底部设有步进电机，压盘的顶部设有连接吊耳，所述步进电机的转轴固定连接带该连接吊耳上；

进一步的，所述装样组件包括顶部的漏斗，以及固定连接在漏斗底部的预装筒，所述漏斗和预装筒之间固定设有节流阀，所述该节流阀整体为空心的球体，外部设有电驱动组件，内部设有铰连接于两侧壁的节流板，所述电驱动组件固定连接节流板，驱动节流板转动；

进一步的，所述预装筒底壁为镂空设计，且底部上通过弹性带连接有圆盘，所述预装筒顶壁固定设有四角布置的红外测距传感器，所述该圆盘完全覆盖镂空部分，且底部设有金属片，所述预装筒的底部契合圆盘的位置也设有金属片；所述漏斗外侧固定设有圆柱体，通过该圆柱体卡接到承载箱内侧壁；

进一步的，所述承载箱上部内侧壁设有竖直的弧形槽，配合圆柱体滑动连接装样组件的漏斗，所述弧形槽内圆柱体上下两侧均设有复位弹簧；所述承载箱体的底部内腔还固定设有通过导气管连通置装药模具的抽气泵；

进一步的，所述电动承载杆两端分别铰连接在过渡箱的外侧和承载箱的外侧，所述过渡箱的底部和承载箱的顶部中间固定连接有圆周密封其接口的弹性带，所述过渡箱还设有可拆卸的筛网，所述该筛网设有不同密度的多种规格；

进一步的，所述操作模块包括显示屏以及控制按键；

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种一体式装样装置，从样品的筛选，到最后自动装样压紧，整个过程省去了大量的人工环节，减轻了相关试验人员的工作负担；

2、同时，该装置底部设计有震动模块，且该震动模块产生的震感可覆盖整个装置的装样组件和装样模具，在实际使用过程中，一方面能帮助样本顺利的到达底部的装样模具中，另一方面在震动环境下装样，可保证其样品叠加时，逐层质地均匀，使得最终装取的样品密度均匀，有助于实验高质进行；

3、该装置在装样组件设计预装筒，即在装取样本之前，通过红外测距传感器对其内部样品占据空间的轴向距离，通过计算预先测得样品的量，方便后续的精准装样；

4、该装置在在承载箱的侧壁设有超声探头，通过检测确定其装样模具中的样品高度，同时设有压力传感器检测其样品的质量，再配合规则的装样模具，通过中央处理的其的分析计算，能实时的展现处此样品的密度，通过压紧样品或是增添样品能实现其样品密度的可控调节，使得实验人员能刚好的掌控其装取样品的质量，包括密度、均匀程度等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种多功能的三轴实验装样装置的整体结构示意图；

图2是一种多功能的三轴实验装样装置的正面结构示意图；

图3是一种多功能的三轴实验装样装置的截面示意图；

图4是一种多功能的三轴实验装样装置的套接器及其附属结构示意图；

图5是一种多功能的三轴实验装样装置的装样组件及其附属结构示意图；

图6是附图3中部位10处的局部放大示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-盖体，2-过渡箱，3-承载箱，31-弧形槽，32-抽气泵，33-中央处理单元，34-震动模块，341-电动伸缩器，342-连接件，343-震动器，345-压力传感器，4-装样组件，41-漏斗，411-圆柱体，42-节流阀，421-电驱组件，422-节流板，43-预装筒，431-红外测距传感器，432-圆盘，44-复位弹簧，5-装样模具，51-卡扣，52-通气导管，53-弧板，54-罩体，55-超声探头，6-操作模块，61-显示屏，62-控制按键，7-筛网，71-电动承载杆，8-弹性带，9-套接器，91-套接圆盘，92-圆环，93-电动连接杆，94-压盘，95-连接吊耳，96-电连接口，97-导线。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1至图6所示，一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，包括：盖体1、过渡箱2、承载箱3、装样组件4、装样模具5、操作模块6、套接器9；

所述过渡箱2顶部铰连接盖体1，且通过伸缩的电动承载杆71连接于承载箱3的顶部，所述装样组件4设置于承载箱3内部，底部通过套接器9套接装样模具5，该装样模具5的底部套接在承载箱3内腔底部的震动模块34上，所述操作模块6固定设置在承载箱3的外部；

所述震动模块34内部固定设有震动器343，顶部固定设有压力传感器345；所述装样组件4、套接器9电连接承载箱3，装样模具5通过通气导管52连接承载箱3；所述承载箱3的内侧面契合装样模具5处，固定设有检测装样高度超声探头55，其底部设有中央处理器33；在中央处理器33控制整个装置运作，包括控制电动承载杆71伸缩，以带动过渡箱2起伏运动完成对样品的筛选；中央处理器33控制震动模块34动作，并接受压力传感器345、超声探头55的信号，做出数据分析；

所述震动模块34底部为电动伸缩器341，电动伸缩器341顶部固定连接阶梯状的连接件342，所述震动器343固定设置在该连接件342中，压力传感器345固定设置在连接件342的顶部；所述装样模具5套接于连接件342上；

所述装样模具5的主体为两半圆型的弧板53，底部内腔套接有外径小于其内径的罩体54，套接于连接件342上，所述弧板53外侧设有贯穿其整体的通气口，该通气口可拆卸的连接通气导管52，以吸取弧板和内部橡胶套之间的空气，使其完全贴合，方便装样精准；所述弧板53一侧铰连接，另一侧设有相互卡接的卡扣51；所述装样模具5顶部套接于套接器9的底部内腔；

所述套接器9包括套接圆盘91，以及固定连接在套接圆盘91底部的电动连接杆93、铰连接在电动连接杆93底部的压盘94，所述套接圆盘91侧面设有可拆卸连接导线的电连接口96，所述套接圆盘91设有贯穿其上下的镂空，且顶部固定设有凸起的圆环92，所述套接器9通过该圆环92套接到装样组件4的内腔；

所述电动连接杆93带有伸缩距离负反馈，其底部设有步进电机，压盘94的顶部设有连接吊耳95，所述步进电机的转轴固定连接在该连接吊耳95上；步进电机可带动压盘94沿着吊耳95的轴线方向旋转，以避免在装样过程中，阻挡样品进入到装样模具中；

所述装样组件4包括顶部的漏斗41，以及固定连接在漏斗41底部的预装筒43，所述漏斗41和预装筒43之间固定设有节流阀42，所述该节流阀42整体为空心的球体，外部设有电驱动组件421，内部设有铰连接于两侧壁的节流板422，所述电驱动组件421固定连接节流板422，驱动节流板422转动，以控制节流阀42的通断，进而控制装样的量；

所述预装筒43底壁为镂空设计，且底部上通过弹性器件连接有圆盘432，所述预装筒43顶壁固定设有四角布置的红外测距传感器431，所述该圆盘432完全覆盖镂空部分，且底部设有金属片，圆盘432在受到外力顶起时，解除对镂空部分的密封，样品便从镂空部分下泄，所述预装筒43的底部契合圆盘432的位置也设有金属片，两金属片接触时向中央处理器33传递电信号，用于其控制该装置运作；所述漏斗41外侧固定设有圆柱体411，通过该圆柱体411卡接到承载箱3内侧壁；

所述承载箱3上部内侧壁设有竖直的弧形槽31，配合圆柱体411滑动连接装样组件4的漏斗41，所述弧形槽31内圆柱体411上下两侧均设有复位弹簧44，缓解震动时的部分冲击，保证整个装置的稳定性；所述承载箱体3的底部内腔还固定设有通过通气导管52连通装药模具5的抽气泵32；

所述电动承载杆71两端分别铰连接在过渡箱2的外侧和承载箱3的外侧，所述过渡箱2的底部和承载箱3的顶部中间固定连接有圆周密封其接口的弹性带8，所述过渡箱2还设有可拆卸的筛网7，所述该筛网7设有不同密度的多种规格，可根据所要装取样本的不同，自由选装，实用性更广；

所述操作模块6包括显示屏61以及控制按键62，电动承载杆71、电动伸缩器341、电动连接杆93均为电动推杆。

实施例2

本实施例为一种多功能的三轴实验装样装置的工作原理及其具体使用方法、步骤；

该装置的工作原理：

首先，中央处理器33总领控制该装置的各个电器元件，操作模块6用于人为输入指令以及获取相关信息；

具体的，启动该装置后红外测距传感器431、压力传感器345、超声探头55、节流阀42工作，节流阀42处于常闭状态；在装样模具5套接到连接件342上时，压力传感器345接受到部分压力信息，中央处理器33控制电动伸缩器341向上延伸，在此装样模具5向上运动的过程中，若是圆盘432金属片脱离，则停止运动，若压力传感器345检测接受到的压力过大，则也停止运动；此外，操作人员可于操作模块6上解除该自动上升形式，并通过手动控制装样模具5上升；

通过操作模块6设计预装体积，中央处理器33控制节流阀42开合，红外测距传感器431检测样品占据预装筒43的高度，其中红外测距传感器431为四角布置，可通过点位连线构件样品上平面的倾斜面，以保证测量的精准性；最终中央处理单元33通过计算得出预装筒43中实时装样情况，当到达预定值时节流阀42自动关闭；

后续样品装在装样模具5后，超声探头55实时监测其内部样品的高度，压力传感器345实时监测样品的质量，配合规则的样品内腔容积，计算其样品的浓度；其中，在样品装入到装样模具5中之前，需要在操作模块6上对其压力值归零处理；

在装样的过程中，套接器9受中央传感器33控制通过电动连接杆93间断驱动圆盘91按压样品，在振动模块34的配合下，均匀压紧样品，在其密度达到预定值时，立即停止压紧和震动；同样的，可于操作模块6上手动驱动动连接杆93和圆盘91动作。

该装置的具体使用方法、步骤：

1、打开端盖1，于过渡箱2内加入样品原料；

2、通过操作模块6启动电动承载杆71动作，筛选样品；

3、于操作模块6中设置预装流量以及装样密度；

4、于操作模块6上手动启动预装样；

5、预装样结束后，手动将橡皮膜套接在装样模具5内侧，底部加装透水石并用罩体卡接；

6、将该装样模具5通过罩体套接到连接件342上；

7、连接导线和通气导管52；

8、于操作模块6上启动装样，装样结束后取下套接器9和装样模具5整体；

9、取下套接器9，在装样磨具5内部的橡皮膜内，即样品顶部加装透水石；

10、将装样磨具5和承载的样品放置于三轴实验仪器中；

11、松开取下装样磨具5的弧板53。

综上所述，1、本发明提供了一种一体式装样装置，从样品的筛选，到最后自动装样压紧，整个过程省去了大量的人工环节，减轻了相关试验人员的工作负担；

2、同时，该装置底部设计有震动模块，且该震动模块产生的震感可覆盖整个装置的装样组件和装样模具，在实际使用过程中，一方面能帮助样本顺利的到达底部的装样模具中，另一方面在震动环境下装样，可保证其样品叠加时，逐层质地均匀，使得最终装取的样品密度均匀，有助于实验高质进行；

3、该装置在装样组件设计预装筒，即在装取样本之前，通过红外测距传感器对其内部样品占据空间的轴向距离，通过计算预先测得样品的量，方便后续的精准装样；

4、该装置在在承载箱的侧壁设有超声探头，通过检测确定其装样模具中的样品高度，同时设有压力传感器检测其样品的质量，再配合规则的装样模具，通过中央处理的其的分析计算，能实时的展现处此样品的密度，通过压紧样品或是增添样品能实现其样品密度的可控调节，使得实验人员能刚好的掌控其装取样品的质量，包括密度、均匀程度等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，包括：盖体、过渡箱、承载箱、装样组件、装样模具、操作模块、套接器；

所述过渡箱顶部铰连接盖体，且通过伸缩的电动承载杆连接于承载箱的顶部，所述装样组件设置于承载箱内部，底部通过套接器套接装样模具，该装样模具的底部套接在承载箱内腔底部的震动模块上，所述操作模块固定设置在承载箱的外部；

所述震动模块内部固定设有震动器，顶部固定设有压力传感器；所述装样组件、套接器电连接承载箱，装样模具通过通气导管连接承载箱；所述承载箱的内侧面契合装样模具处，固定设有检测装样高度超声探头，其底部设有中央处理器；

所述震动模块底部为电动伸缩器，伸缩器顶部固定连接阶梯状的连接件，所述震动器固定设置在该连接件中，压力传感器固定设置在连接件的顶部；所述装样模具套接于连接件上；

所述装样模具的主体为两半圆型的弧板，底部内腔套接有外径小于其内径的罩体，套接于连接件上，所述弧板外侧设有贯穿其整体的通气口，该通气口可拆卸的连接通气导管；所述弧板一侧铰连接，另一侧设有相互卡接的卡扣；所述装样模具顶部套接于套接器的底部内腔；

所述套接器包括套接圆盘，以及固定连接在套接圆盘底部的电动连接杆、铰连接在电动连接杆底部的压盘，所述套接圆盘侧面设有可拆卸连接导线的电连接口，所述套接圆盘设有贯穿其上下的镂空，且顶部固定设有凸起的圆环，所述套接器通过该圆环套接到装样组件的内腔；

所述电动连接杆带有伸缩距离负反馈，其底部设有步进电机，压盘的顶部设有连接吊耳，所述步进电机的转轴固定连接在该连接吊耳上；

所述装样组件包括顶部的漏斗，以及固定连接在漏斗底部的预装筒，所述漏斗和预装筒之间固定设有节流阀，该节流阀整体为空心的球体，外部设有电驱动组件，内部设有铰连接于两侧壁的节流板，所述电驱动组件固定连接节流板，驱动节流板转动。

2.根据权利要求1所述一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，所述预装筒的底壁为镂空设计，且底部上通过弹性带连接有圆盘，所述预装筒顶壁固定设有四角布置的红外测距传感器，该圆盘完全覆盖镂空部分，且底部设有金属片，所述预装筒的底部契合圆盘的位置也设有金属片；所述漏斗外侧固定设有圆柱体，通过该圆柱体卡接到承载箱内侧壁。

3.根据权利要求2所述一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，所述承载箱上部内侧壁设有竖直的弧形槽，配合圆柱体滑动连接装样组件的漏斗，所述弧形槽内圆柱体上下两侧均设有复位弹簧；所述承载箱体的底部内腔还固定设有通过导气管连通至装药模具的抽气泵。

4.根据权利要求1所述一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，所述电动承载杆两端分别铰连接在过渡箱的外侧和承载箱的外侧，所述过渡箱的底部和承载箱的顶部中间固定连接有圆周密封其接口的弹性带，所述过渡箱还设有可拆卸的筛网，该筛网设有不同密度的多种规格。

5.根据权利要求1所述一种多功能的三轴实验装样装置，其特征在于，所述操作模块包括显示屏以及控制按键。

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