CN115773916A - 环刀制样装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种环刀制样装置，包括底座、试样压制装置、环刀盒、主支撑柱以及环刀盒公转驱动件；试样压制装置以及主支撑柱并行设置在底座上；环刀盒与主支撑柱相连；环刀盒公转驱动件与主支撑柱相连并驱动主支撑柱绕主支撑柱的轴向转动；环刀盒公转驱动件通过主支撑柱带动环刀盒移动至试样压制装置正下方；试样压制装置对环刀盒内的土样进行压实处理。本发明提供了一种有效提高制样的工作效率以及容易脱模的环刀制样装置。

Description

环刀制样装置

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种环刀制样装置，尤其涉及一种便于制样取样的环刀制样装置。

背景技术

在土工试验和地质力学相似材料配比试验中，尤其是在测得重塑土或者相似材料的力学特性时，经常需要制作环刀试样来进行试验。环刀试样要求外观平整、压实均匀，同时保证准确的压实度和密度。传统重塑土环刀试样制备方法通常采用击实法或压实法。大致的方式均是先将土先倒入模具内压实至所需压实度，然后用环刀切出环刀试样或者将压实后的试样压入环刀中再取出环刀试样，最后用削土刀削去环刀上下表面多余的土。在操作过程中，首先材料压实过程中，如果遇到摩擦力较大或者目标压实度较大的材料，靠人工压实达到目标压实度十分困难；同时，很难保证试样在压实的过程中受力均匀。在取样过程中，需要用削土刀削去环刀上下表面多余的土，再将环刀试样从环刀中取出，但是人工削土常常会由于施力不均而造成试样表面不够平整，甚至会给环刀试样带来扰动，进而增加试验的不确定性，同时在从环刀内取出试样时，遇到压实度较高的土样或者黏性较大的土样，人工将土样从环刀内取出也十分困难，经常会在取出时造成试样损伤甚至破坏，基于此，亟需一种便于试样压实制样，同时又便于取样的环刀试样制样装置。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种有效提高制样的工作效率以及容易脱模的环刀制样装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环刀制样装置，其特征在于：所述环刀制样装置包括底座、试样压制装置、环刀盒、主支撑柱以及环刀盒公转驱动件；所述试样压制装置以及主支撑柱并行设置在底座上；所述环刀盒与主支撑柱相连；所述环刀盒公转驱动件与主支撑柱相连并驱动主支撑柱绕主支撑柱的轴向转动；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱带动环刀盒移动至试样压制装置正下方；所述试样压制装置对环刀盒内的土样进行压实处理。

作为优选，本发明所采用的试样压制装置包括第三伸缩杆、反力架以及压头；所述反力架以及主支撑柱并行设置在底座上；所述第三伸缩杆竖直设置在反力架上；所述压头设置在第三伸缩杆端部并与第三伸缩杆同轴；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱带动环刀盒移动至压头正下方；所述第三伸缩杆驱动压头对环刀盒内的土样进行压实处理。

作为优选，本发明所采用的试样压制装置包括升降台以及第四伸缩杆；所述升降台通过第四伸缩杆设置在底座上；所述第四伸缩杆与第三伸缩杆同轴；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱带动环刀盒移动至压头和升降台之间。

作为优选，本发明所采用的环刀盒是三个，三个环刀盒均布在主支撑柱的周向，三个环刀盒的结构完全相同。

作为优选，本发明所采用的环刀盒包括环刀底座以及与环刀底座可拆卸连接的环刀壁；所述环刀底座与环刀底座整体呈上部开口的筒状结构；所述环刀壁与主支撑柱相连；所述试样压制装置伸入环刀壁中对环刀壁内的土样进行压实处理。

作为优选，本发明所采用的环刀底座通过卡件与环刀壁可拆卸连接；所述卡件包括设置在环刀壁外壁上的夹具固定槽以及设置在环刀底座上的弹簧夹具；所述夹具固定槽是两个，两个夹具固定槽对称设置；所述弹簧夹具包括第一卡持件、弹簧以及第二卡持件，所述第一卡持件的结构与第二卡持件的结构完全相同；所述第一卡持件包括握持杆以及与握持杆相连的卡舌，握持杆与卡舌整体呈L状；第一卡持件通过弹簧与第二卡持件相对设置；所述第一卡持件卡舌以及第二卡持件卡舌分别伸入对称设置的夹具固定槽中。

作为优选，本发明所采用的环刀底座和环刀壁之间设置有环形滑轨。

作为优选，本发明所采用的环刀制样装置还包括环刀盒自转驱动件；所述环刀盒自转驱动件包括固定板、第二伸缩杆、第二齿条、第二轴承以及第二齿轮；所述第二轴承以及第二齿轮自上而下依次套装在环刀壁外壁；所述第二轴承通过连接杆与主支撑柱相连；所述连接杆通过固定板与第二伸缩杆相连；所述第二伸缩杆与第二齿条相连，所述第二伸缩杆驱动第二齿条沿第二伸缩杆的轴向伸出或缩回；所述第二齿条与第二齿轮相啮合；所述第二齿条通过第二齿轮驱动环刀壁绕环刀壁的轴向转动。

作为优选，本发明所采用的环刀盒公转驱动件包括第一伸缩杆、第一齿条、第一齿轮、固定槽以及第一轴承；所述固定槽通过第一轴承套装在主支撑柱外部；所述第一齿轮套装在主支撑柱外部；所述第一齿轮与固定槽相连；所述第一伸缩杆固定设置在底座上；所述第一伸缩杆与第一齿条相连并驱动第一齿条沿第一伸缩杆的轴向伸出或缩回；所述第一齿条与第一齿轮相啮合，所述第一齿条通过第一齿轮带动固定槽沿主支撑柱的轴向转动；所述第二轴承通过连接杆与固定槽相连。

作为优选，本发明所采用的环刀制样装置还包括加载板以及副支撑柱；所述副支撑柱是两根，两根副支撑柱与主支撑柱形成支撑结构；所述加载板设置在支撑结构上；所述试样压制装置贯穿加载板对环刀盒内的土样进行压实处理。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种环刀制样装置，包括底座、试样压制装置、环刀盒、主支撑柱以及环刀盒公转驱动件；试样压制装置以及主支撑柱并行设置在底座上；环刀盒与主支撑柱相连；环刀盒公转驱动件与主支撑柱相连并驱动主支撑柱绕主支撑柱的轴向转动；环刀盒公转驱动件通过主支撑柱带动环刀盒移动至试样压制装置正下方；试样压制装置对环刀盒内的土样进行压实处理。本发明环刀盒公转驱动件，带动三个环刀盒依次旋转到预定位置，进而达到三个环刀盒同时分别进行装样、压样和取样的操作，有效提高了制样的工作效率，在试样压实的过程中，压头向下压进环刀壁内腔中，直至将材料压实到预设的高度与压实度，机械压实材料，可以使试样在压实过程中受力更加均匀，通过预设压头下降的高度，可以控制试样的高度，避免人工二次削土带来的扰动；第二伸缩杆的设定可以带动第二齿轮的转动，进而带动环刀壁的转动，在压实过程中，由于试样垂直方向受到压头带来的法向应力，试样上下表面受到的摩擦力大于侧面与环刀壁之间的摩擦力，因此在环刀壁旋转的过程中，可以保证试样不动，环刀壁的内侧与试样四周发生切向错动，这样可以使试样更容易脱模，避免试样粘在环刀壁上难以脱模的问题。

附图说明

图1是本发明所提供的环刀制样装置的三维结构示意图；

图2是本发明所提供的环刀制样装置的正视结构示意图；

图3是本发明所提供的环刀制样装置的俯视结构示意图；

图4是本发明所提供的环刀制样装置的正视剖面结构示意图；

图5是本发明所提供的环刀制样装置的俯视剖面结构示意图；

图6是本发明所采用的环刀盒的仰视剖面结构示意图；

图7是本发明所采用的环刀盒的正视剖面结构示意图；

图中：

1-底座；2-第一伸缩杆；3-第一齿条；4-第一齿轮；5-固定槽；6-固定板；7-第二伸缩杆；8-第二齿条；9-第二轴承；10-环刀盒；11-连接杆；12-第一轴承；13-主支撑柱；14-加载板；15-第三伸缩杆；16-副支撑柱；17-反力架；18-压头；19-升降台；20-第四伸缩杆；101-环刀底座；102-夹具固定槽；103-弹簧夹具；104-环形滑轨；105-环刀壁；106-第二齿轮。

具体实施方式

参见图1、图2以及图3，本发明提供了一种环刀制样装置，包括底座1、试样压制装置、环刀盒10、主支撑柱13以及环刀盒公转驱动件；试样压制装置以及主支撑柱13并行设置在底座1上；环刀盒10与主支撑柱13相连；环刀盒公转驱动件与主支撑柱13相连并驱动主支撑柱13绕主支撑柱13的轴向转动；环刀盒公转驱动件通过主支撑柱13带动环刀盒10移动至试样压制装置正下方；试样压制装置对环刀盒10内的土样进行压实处理。

参见图1以及图2，试样压制装置包括第三伸缩杆15、反力架17以及压头18；反力架17以及主支撑柱13并行设置在底座1上；第三伸缩杆15竖直设置在反力架17上；压头18设置在第三伸缩杆15端部并与第三伸缩杆15同轴；环刀盒公转驱动件通过主支撑柱13带动环刀盒10移动至压头18正下方；第三伸缩杆15驱动压头18对环刀盒10内的土样进行压实处理。参见图4，本发明所采用的试样压制装置包括升降台19以及第四伸缩杆20；升降台19通过第四伸缩杆20设置在底座1上；第四伸缩杆20与第三伸缩杆15同轴；环刀盒公转驱动件通过主支撑柱13带动环刀盒10移动至压头18和升降台19之间。在压实过程中，第四伸缩杆20带动升降台19上升，直至到达压头18下方环刀盒10的底面，为压头18压实时提供底部的反力。

参见图1以及图5，本发明所采用的环刀盒10是三个，三个环刀盒10均布在主支撑柱13的周向，三个环刀盒10的结构完全相同。参见图6以及图7，本发明所采用的环刀盒10包括环刀底座101以及与环刀底座101可拆卸连接的环刀壁105；环刀底座101与环刀底座101整体呈上部开口的筒状结构；环刀壁105与主支撑柱13相连；试样压制装置伸入环刀壁105中对环刀壁105内的土样进行压实处理。环刀底座101通过卡件与环刀壁105可拆卸连接；卡件包括设置在环刀壁105外壁上的夹具固定槽102以及设置在环刀底座101上的弹簧夹具103，弹簧夹具103的设置极大方便的环刀底座101的装配与拆卸。夹具固定槽102是两个，两个夹具固定槽102对称设置；弹簧夹具103包括第一卡持件、弹簧以及第二卡持件，第一卡持件的结构与第二卡持件的结构完全相同；第一卡持件包括握持杆以及与握持杆相连的卡舌，握持杆与卡舌整体呈L状；第一卡持件通过弹簧与第二卡持件相对设置；第一卡持件卡舌以及第二卡持件卡舌分别伸入对称设置的夹具固定槽102中，在需要装配和拆卸环刀底座101时，直接用手按住弹簧夹具103，使弹簧夹具103与固定槽102脱离即可。环刀底座101和环刀壁105之间设置有环形滑轨104。

参见图1以及图3，本发明所提供的环刀制样装置还包括环刀盒自转驱动件，环刀盒自转驱动件包括固定板6、第二伸缩杆7、第二齿条8、第二轴承9以及第二齿轮106；第二轴承9以及第二齿轮106自上而下依次套装在环刀壁105外壁；第二轴承9通过连接杆11与主支撑柱13相连；连接杆11通过固定板6与第二伸缩杆7相连；第二伸缩杆7与第二齿条8相连，第二伸缩杆7驱动第二齿条8沿第二伸缩杆7的轴向伸出或缩回；第二齿条8与第二齿轮106相啮合；第二齿条8通过第二齿轮106驱动环刀壁105绕环刀壁105的轴向转动。在制样的过程中，由于试样垂直方向受到压头带来的法向应力，试样上下表面受到的摩擦力大于侧面与环刀壁105之间的摩擦力，第二伸缩杆7的设定可以带动第二齿轮106的转动，进而带动环刀壁105的转动。因此，在环刀壁105旋转的过程中，可以保证试样不动，环刀壁105的内侧与试样四周发生切向错动，这样可以使试样更容易脱模，避免试样粘在环刀壁上难以脱模的问题。

参见图1、图2以及图3，本发明所提供的环刀盒公转驱动件包括第一伸缩杆2、第一齿条3、第一齿轮4、固定槽5以及第一轴承12；固定槽5通过第一轴承12套装在主支撑柱13外部；第一齿轮4套装在主支撑柱13外部；第一齿轮4与固定槽5相连；第一伸缩杆2固定设置在底座1上；第一伸缩杆2与第一齿条3相连并驱动第一齿条3沿第一伸缩杆2的轴向伸出或缩回；第一齿条3与第一齿轮4相啮合，第一齿条3通过第一齿轮4带动固定槽5沿主支撑柱13的轴向转动；第二轴承9通过连接杆11与固定槽5相连。通过第一伸缩杆2的设置，可以带动第一齿条3水平活动，进而带动第一齿轮4和固定槽5以主支撑柱13为圆心旋转，进而达到使三个环刀盒10依次旋转到预定位置，进而达到三个环刀盒10同时分别进行装样、压样和取样的操作，有效提高了制样的工作效率。本发明所提供的环刀制样装置，当采用一个环刀盒10在工作时，在一个环刀盒顺时针旋转进行一轮装样、压样以及取样之后，同样是这个环刀盒在取样后，立刻进行装样，逆时针旋转进行第二轮的装样、压样以及取样，即，在顺时针以及逆时针(一个闭合轮回)的作用下，可先后制得两个土样，极大的提升了制样的效率以及制样质量的一致性。在接下来的制备过程中，就此进行循环，顺时针一轮，逆时针一轮，即，伸缩杆伸长时进行一轮，缩短时进行下一轮，先后进行制样，非常便利。同时，为了进一步提高工作效率，本发明采用两个环刀盒10，第一个环刀盒10装样后(定义该样为样品A)旋转120°在压样的过程中，第二个环刀盒10就可以装样(定义该样为样品B)，在第一个环刀盒10完成压样完成后，继续旋转120°后进行取样操作，此时第二个环刀盒10正好进行压样操作，当第一个环刀盒10取样后，完成第一轮制样，此时由第一个环刀盒10制备得到第一个试样，即样品A。由于第一齿条3的长度限制，本发明所提供的环刀制样装置即将开始反向转动，同时，对第一个环刀盒10进行装样(定义该样为样品C)工作，旋转120°后，第一个环刀盒10开始压样，同时，第二个环刀盒10处于第一个环刀盒10最初的位置(装填样品A的装样位置)，开始对第二个环刀盒10进行取样，此时由第二个环刀盒10制备得到第二个试样，即样品B。取出样品B的同时，在第二个环刀盒10进行装样(定义该样为样品D)工作，由于第一齿条3的长度限制，本发明所提供的环刀制样装置即将开始正向转动，旋转120°后，此时，装填有样品C的第一个环刀盒10回归至样品A的取样位置，对第一个环刀盒10进行取样，此时由第一个环刀盒10制备得到第三个试样，即样品C，依次循环，可在短时间内制备多个土样。当然根据该方式，可以采用三个环刀盒10，进一步提高工作效率。

其中，装样的具体操作是：首先将环刀底座101安装到环刀壁105上，形成环刀盒10，并在环刀壁105上涂抹凡士林以方便取样，然后将需要压制的土样进行称重和密度计算，将称重完成后的土样倒入环刀盒10中，最后将环刀盒10内的土样抹平。

压样的具体操作是：将装样完成后的环刀盒10旋转120°之后到达压头18的正下方，此时与压头18正对且置于压头18下方的升降台19开始上升，直至到达环刀盒10的底部，然后环刀盒10上方的压头18下压，直至将环刀盒10内部的土样压实到预定高度，最后第二齿条8通过第二齿轮106驱动环刀壁105绕环刀壁105的轴向转动，使环刀盒10内部的土样四周与环刀壁105分离。

取样的具体操作是：土样压实后，环刀盒10下方的升降台19下降，上方的压头18上升，然后环刀盒10再次旋转120°，将环刀底座101取下，此时土样会与环刀底座101一同取出，如果土样与环刀壁表面有部分粘结的情况，只需要用手从环刀盒上方轻轻将土样按下去即可。

参见图1、图2以及图3，环刀制样装置还包括加载板14以及副支撑柱16；副支撑柱16是两根，两根副支撑柱16与主支撑柱13形成支撑结构；加载板14设置在支撑结构上；试样压制装置贯穿加载板14对环刀盒10内的土样进行压实处理。

在试样压实的过程中，压头18向下压进环刀壁内腔中，直至将材料压实到预设的高度与压实度，机械压实材料，可以使试样在压实过程中受力更加均匀，通过预设压头18下降的高度，可以控制试样的高度，避免人工二次削土带来的扰动。

Claims (10)

1.一种环刀制样装置，其特征在于：所述环刀制样装置包括底座（1）、试样压制装置、环刀盒（10）、主支撑柱（13）以及环刀盒公转驱动件；所述试样压制装置以及主支撑柱（13）并行设置在底座（1）上；所述环刀盒（10）与主支撑柱（13）相连；所述环刀盒公转驱动件与主支撑柱（13）相连并驱动主支撑柱（13）绕主支撑柱（13）的轴向转动；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱（13）带动环刀盒（10）移动至试样压制装置正下方；所述试样压制装置对环刀盒（10）内的土样进行压实处理。

2.根据权利要求1所述的环刀制样装置，其特征在于：所述试样压制装置包括第三伸缩杆（15）、反力架（17）以及压头（18）；所述反力架（17）以及主支撑柱（13）并行设置在底座（1）上；所述第三伸缩杆（15）竖直设置在反力架（17）上；所述压头（18）设置在第三伸缩杆（15）端部并与第三伸缩杆（15）同轴；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱（13）带动环刀盒（10）移动至压头（18）正下方；所述第三伸缩杆（15）驱动压头（18）对环刀盒（10）内的土样进行压实处理。

3.根据权利要求2所述的环刀制样装置，其特征在于：所述试样压制装置包括升降台（19）以及第四伸缩杆（20）；所述升降台（19）通过第四伸缩杆（20）设置在底座（1）上；所述第四伸缩杆（20）与第三伸缩杆（15）同轴；所述环刀盒公转驱动件通过主支撑柱（13）带动环刀盒（10）移动至压头（18）和升降台（19）之间。

4.根据权利要求3所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀盒（10）是三个，三个环刀盒（10）均布在主支撑柱（13）的周向，三个环刀盒（10）的结构完全相同。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀盒（10）包括环刀底座（101）以及与环刀底座（101）可拆卸连接的环刀壁（105）；所述环刀底座（101）与环刀底座（101）整体呈上部开口的筒状结构；所述环刀壁（105）与主支撑柱（13）相连；所述试样压制装置伸入环刀壁（105）中对环刀壁（105）内的土样进行压实处理。

6.根据权利要求5所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀底座（101）通过卡件与环刀壁（105）可拆卸连接；所述卡件包括设置在环刀壁（105）外壁上的夹具固定槽（102）以及设置在环刀底座（101）上的弹簧夹具（103）；所述夹具固定槽（102）是两个，两个夹具固定槽（102）对称设置；所述弹簧夹具（103）包括第一卡持件、弹簧以及第二卡持件，所述第一卡持件的结构与第二卡持件的结构完全相同；所述第一卡持件包括握持杆以及与握持杆相连的卡舌，握持杆与卡舌整体呈L状；第一卡持件通过弹簧与第二卡持件相对设置；所述第一卡持件卡舌以及第二卡持件卡舌分别伸入对称设置的夹具固定槽（102）中。

7.根据权利要求6所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀底座（101）和环刀壁（105）之间设置有环形滑轨（104）。

8.根据权利要求7所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀制样装置还包括环刀盒自转驱动件；所述环刀盒自转驱动件包括固定板（6）、第二伸缩杆（7）、第二齿条（8）、第二轴承（9）以及第二齿轮（106）；所述第二轴承（9）以及第二齿轮（106）自上而下依次套装在环刀壁（105）外壁；所述第二轴承（9）通过连接杆（11）与主支撑柱（13）相连；所述连接杆（11）通过固定板（6）与第二伸缩杆（7）相连；所述第二伸缩杆（7）与第二齿条（8）相连，所述第二伸缩杆（7）驱动第二齿条（8）沿第二伸缩杆（7）的轴向伸出或缩回；所述第二齿条（8）与第二齿轮（106）相啮合；所述第二齿条（8）通过第二齿轮（106）驱动环刀壁（105）绕环刀壁（105）的轴向转动。

9.根据权利要求8所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀盒公转驱动件包括第一伸缩杆（2）、第一齿条（3）、第一齿轮（4）、固定槽（5）以及第一轴承（12）；所述固定槽（5）通过第一轴承（12）套装在主支撑柱（13）外部；所述第一齿轮（4）套装在主支撑柱（13）外部；所述第一齿轮（4）与固定槽（5）相连；所述第一伸缩杆（2）固定设置在底座（1）上；所述第一伸缩杆（2）与第一齿条（3）相连并驱动第一齿条（3）沿第一伸缩杆（2）的轴向伸出或缩回；所述第一齿条（3）与第一齿轮（4）相啮合，所述第一齿条（3）通过第一齿轮（4）带动固定槽（5）沿主支撑柱（13）的轴向转动；所述第二轴承（9）通过连接杆（11）与固定槽（5）相连。

10.根据权利要求9所述的环刀制样装置，其特征在于：所述环刀制样装置还包括加载板（14）以及副支撑柱（16）；所述副支撑柱（16）是两根，两根副支撑柱（16）与主支撑柱（13）形成支撑结构；所述加载板（14）设置在支撑结构上；所述试样压制装置贯穿加载板（14）对环刀盒（10）内的土样进行压实处理。

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