CN209311368U - 一种自动化干湿冻融循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动化干湿冻融循环试验装置，包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。试验根据输入参数指令，将信号发送至控制模块，由各模块协作完成干湿冻融循环试验全过程。本实用新型提供的这种实用新型装置，专业用于黄土干湿冻融循环试验，实现了试验的全自动控制，提高试验精度，减少人员投入，降低生产成本。

Description

一种自动化干湿冻融循环试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种自动化干湿冻融循环试验装置，能够自动检测试样在试验过程中的干湿状态和冻融状态，属于地质工程岩土性质的动平衡测试领域，实现了干湿冻融循环试验全自动控制及提高试验精度。

背景技术

黄土公路边坡在大气环境影响下，长期经历着干湿循环和冻融循环作用，这必然会引起黄土物理力学性质和结构的改变，从而影响其强度特性和渗透特性。因此，干湿循环和冻融循环试验对于研究黄土性质具有重要意义。

研究土体强度参数随干湿和冻融循环次数的衰减规律，首先要制备试验样品，对试样样品进行相应次数的干湿和冻融循环操作。这一过程中，工作量大，操作繁琐，耗时长，精度控制差。制样结束后的干湿和冻融循环试验也不能自动控制。

干湿循环试验过程中对加水量的控制、蒸发过程中试样的质量控制要求较精确。传统干湿试验过程中由于没有专用仪器，人为加水过程中，多个试样多次加水量很难做到精确、统一；蒸发过程中，无法准确判断样品是否已经达到所需干燥程度，且加水与蒸发过程的转换，全程需要试验人员随时称重来判断试样的干湿状态。通过传统干湿循环试验仪器得到的结果离散性大，精度低，试验误差大，费时又费力，增加试验成本。冻融循环试验是通过设定冷冻温度和融化温度来实现冻融过程，一般只能实现放样过程，不能实现试验结束后的取样过程。由于冻融循环试验一次试样较多，一般将试验样品全部放入，当设定的当次循环结束后分别取出，不同次数的试验分批次取出时均需手动完成，如果错过当次循环取出时间，则进入下一次循环试验，费时费力又影响试验进度。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述技术不足，解决现有技术急需要一种自动化黄土干湿冻融循环试验仪器的问题，而提供一种能够实现自动、高效、精确地进行黄土干湿冻融循环试验的自动化干湿冻融循环试验装置，专业用于黄土干湿冻融循环试验，实现了试验全自动控制及提高试验精度。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

一种黄土干湿冻融循环试验装置，包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块。蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块设置在操作台面上。蒸发模块通过温度传感器检测温度，将信号发送至智能温控仪表，完成对温度的控制；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量，将信号发送至控制模块，完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱，通过控制模块控制步进电机实现自动开关门，完成制冷控制，并能自动完成试样的放置与取出；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。试验根据输入参数指令，将信号发送至控制模块，由各模块协作完成干湿冻融循环试验全过程。

进一步地，所述试验仪器包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块。蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块设置在操作台面上。蒸发模块通过温度传感器检测温度，将信号发送至智能温控仪表，完成对温度的控制；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量，将信号发送至控制模块，完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱，通过控制模块控制步进电机实现自动开关门，完成制冷控制；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。

进一步地，所述控制模块包括触摸屏、可编程逻辑控制器，触摸屏设置在操作台上方支架上，可编程逻辑控制器设置在控制柜内，控制柜设置在操作台左下方。

进一步地，所述蒸发模块包括外壳、光波管、温度传感器和智能温控仪表。外壳固定在操作台面上，光波管置于外壳内部中间位置，固定在试样的正上方，温度传感器固定在光波管一侧，另一端连接到智能温控仪表，智能温控仪表设置在控制柜内。

进一步地，所述喷淋模块包括喷头、旋转舵机、支架、限位开关、蠕动泵、储水盒、管路及样品放置区。喷头和旋转舵机连接，支架用于支撑喷头和旋转舵机，限位开关设置在旋转舵机最左侧，蠕动泵固定在操作台面下方，储水盒在蠕动泵一侧，二者由管路连接，样品放置区位于喷头正下方。

进一步地，所述称量模块包括压力传感器、称体、显示屏。压力传感器位于称体一侧，另一端连接到控制柜，称体和显示屏固定在操作台面上。

进一步地，所述制冷箱、步进电机、限位开关。制冷箱位于操作台面最右侧，步进电机设置在制冷箱的一侧，限位开关分别设置在箱门的一侧(制冷箱关门位置处)和操作台面支架位置(制冷箱开门最大位置处)。

进一步地，所述机械手操作模块包括密封同步皮带滑台、电动机械手和链接装置。密封同步皮带滑台设置在平行于整个操作台面上方，电动机械手垂直于密封同步皮带滑台，二者由连接装置相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型是专门用于黄土干湿冻融循环试验，相比以往试验仪器，具有温度、水分等参量的自动测量与控制，加水与蒸发的转换不需要手动调整，根据称量模块返回给控制模块的信号，完成加水与蒸发的自动转换。加水与蒸发过程中，对试样实时称量，根据设置参数自动判定是否达到设定要求。根据控制系统给定的信号完成冷冻与融化的转换，可以实现冻融循环试验的全自动控制，无需手动开门、关门取出样品，全程机械手完成操作，根据设定参数自动开关门，依次取出试验样品。试验仪器各模块标准化设计，可随意组合形成多套装置，实现不仅限于黄土干湿循环试验、冻融循环试验及干湿冻融交替试验，也可实现其他材料所需的环境试验，并能精确控制。该仪器能够实现试验过程的全自动控制，试验精度高，误差小。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1是本实用新型自动化干湿冻融循环试验装置的结构示意图。

图2是蒸发模块的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是称量装置的俯视图。

图5是制冷装置的俯视图。

图6是控制柜布置图。

图7是本实用新型自动化干湿冻融循环试验装置的试验方法的控制流程图。

图中：1.低压水管 2.操作台支架 3.蠕动泵 4.控制柜 5.样品放置托盘 6.支架7.旋转舵机 8.外壳 9.限位开关 11.喷头 13.光波管 14.高压水管 15.机械手 16.密封滑台 17.连接线路 18.导轨 21.称体 22.安装支架 23.触摸屏 24.显示器 26.开门限位开关 27.关门限位开关 28.制冷箱 30.储水盒 31.制冷箱步进电机 32.称重传感器 33.加热传感器 34.光波管固定夹 41.接线槽 42.箱体 43.空气开关 44.插座 45.可编程逻辑控制器 46.电源 48.电机驱动 50.接线端 51.直流稳压电源 52.PID智能温控仪表 53.继电器 54.固态继电器。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本实用新型技术方案。

如图1-7所示，本实用新型公开了一种黄土干湿冻融循环试验装置，包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块。蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块设置在操作台面上。蒸发模块通过温度传感器检测温度，将信号发送至智能温控仪表，完成对温度的控制；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量，将信号发送至控制模块，完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱，通过控制模块控制步进电机实现自动开关门，完成制冷控制，并能自动完成试样的放置与取出；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。试验根据输入参数指令，将信号发送至控制模块，由各模块协作完成干湿冻融循环试验全过程。

所述控制模块包括触摸屏、可编程逻辑控制器，触摸屏设置在操作台上方支架上，可编程逻辑控制器设置在控制柜内，控制柜设置在操作台左下方。

所述蒸发模块包括外壳、光波管、温度传感器和PID智能温控仪表。外壳固定在操作台面上，光波管置于外壳内部中间位置，固定在试样的正上方，温度传感器固定在光波管一侧，另一端连接到智能温控仪表，智能温控仪表设置在控制柜内。

所述喷淋模块包括喷头、旋转舵机、支架、限位开关、蠕动泵、储水盒、管路及样品放置托盘。喷头和旋转舵机连接，支架用于支撑喷头和旋转舵机，限位开关设置在旋转舵机最左侧，蠕动泵固定在操作台面下方，储水盒在蠕动泵一侧，二者由管路连接，样品放置区位于喷头正下方。

所述称量模块包括压力传感器、称体、显示屏。压力传感器位于称体一侧，另一端连接到控制柜，称体和显示屏固定在操作台面上。

所述制冷模块包括制冷箱、步进电机、限位开关。制冷箱位于操作台面最右侧，步进电机设置在制冷箱的一侧，限位开关分别设置在箱门的一侧(制冷箱关门位置处)和操作台面支架位置(制冷箱开门最大位置处)。

所述机械手操作模块包括密封同步皮带滑台、电动机械手和链接装置。密封同步皮带滑台设置在平行于整个操作台面上方，电动机械手垂直于密封同步皮带滑台，二者由连接装置相连。

本实用新型自动化干湿冻融循环试验装置的试验方法，具体步骤如下：

(1)通过土工试验得到试样的初始含水率ω₀和初始质量m₀；

(2)将储水盒内的水注满，将管路内的空气排除干净，打开控制柜电源开关，打开触摸屏开关，打开上位机电脑开关，将称量模块的显示屏数值清零；

(3)打开上位机组态软件，显示参数设置界面；

(4)选择试验运行模式：干湿循环试验、冻融循环试验和干湿冻融循环综合试验；

(5)设定试验干湿或者冻融循环次数n和蒸发温度t；

(6)对试样进行加水，设定加水量Δm。如需将试样加水至含水率ω，需加水质量为：一次循环结束后试验的加水量即为蒸发量，由控制系统自动判断给出；

(7)设定加水静置时间t(一般可设定12h)；

(8)对试样进行蒸发或冷冻，设定试样蒸发后或冷冻后质量m。如需将试样蒸发至含水率ω'，蒸发完成后试样质量为：此值为由蒸发进入加水的临界值，当试样蒸发后质量达到m，则蒸发模块接收控制信号，停止蒸发，进入加水状态；

(9)对冻融循环试验，由机械手操作将加水静置完成的试样放置于制冷箱中，根据设定的冷冻时间t₁完成制冷过程，当达到设定时间后，机械手操作模块接受信号，取出试样进行自然融化过程；设定融化时间t₂，当达到设定时间后，机械手操作模块接受信号，对试样进行称重，根据质量损失量m’，系统自动判断进行加水，静置一段时间t’后，机械手操作模块接受信号，将试样放置于制冷箱中进行冷冻试验，进入下一次冻融循环试验。

本实用新型提供一种试验装置，专业用于黄土干湿冻融循环试验，实现了试验全自动控制及提高试验精度。

试验根据输入参数指令，将信号发送至控制模块，由各模块协作完成干湿冻融循环试验全过程。

本实用新型提供的这种试验装置，专业用于黄土干湿冻融循环试验，实现了试验的全自动控制，提高试验精度，减少人员投入，降低生产成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块；蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块设置在操作台面上；蒸发模块用于对样品加热蒸发，通过温度传感器检测温度，将信号发送至智能温控仪表，完成对温度的控制；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量，将信号发送至控制模块，完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱，通过控制模块控制步进电机实现自动开关门，完成制冷控制，并能自动完成试样的放置与取出；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。

2.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：控制模块包括触摸屏、可编程逻辑控制器，触摸屏设置在操作台上方支架上，可编程逻辑控制器设置在控制柜内，控制柜设置在操作台左下方。

3.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述蒸发模块包括外壳、光波管、温度传感器和PID智能温控仪表；外壳固定在操作台面上，光波管置于外壳内部中间位置，固定在试样的正上方，温度传感器固定在光波管一侧，另一端连接到智能温控仪表，智能温控仪表设置在控制柜内。

4.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述喷淋模块包括喷头、旋转舵机、支架、限位开关、蠕动泵、储水盒、管路及样品放置托盘，喷头和旋转舵机连接，支架用于支撑喷头和旋转舵机，限位开关设置在旋转舵机最左侧，蠕动泵固定在操作台面下方，储水盒在蠕动泵一侧，二者由管路连接，样品放置区位于喷头正下方。

5.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述称量模块包括压力传感器、称体、显示屏，压力传感器位于称体一侧，另一端连接到控制柜，称体和显示屏固定在操作台面上。

6.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述制冷模块包括制冷箱、步进电机、开门限位开关、关门限位开关；制冷箱位于操作台面最右侧，步进电机设置在制冷箱的一侧，关门限位开关设置在箱门的一侧和开门限位开关位于操作台面支架位置。

7.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述机械手操作模块包括密封同步皮带滑台、电动机械手和连接装置，密封同步皮带滑台设置在整个操作台面上方，电动机械手垂直于密封同步皮带滑台，二者由连接装置相连。