CN210720382U - 一种自动控制岩土干湿循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动控制岩土干湿循环试验装置，包括箱体、热风系统、时间控制系统、温度控制系统、含水率控制系统及试件盛放装置，箱体为一内置干湿循环工作室的方形空心箱，由干湿循环工作室和箱体外壳组成；试件盛放装置放置于干湿循环工作室内，热风系统镶嵌于干湿循环工作室左侧，时间控制系统镶嵌于箱体外壳左上侧，温度控制系统镶嵌于箱体外壳下部，含水率控制系统镶嵌于箱体外壳左下侧；电源/开关与时间控制系统中的时间控制器相连，时间控制器同时连接温度控制器与含水率控制系统中的含水率控制器。本实用新型实现了岩土干湿循环试验装置的自动控制，提高了试验的准确性，解决了岩土干湿循环试验中的平行试验问题。

Description

一种自动控制岩土干湿循环试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种自动控制岩土干湿循环试验装置。

背景技术

路基修筑时，路基是在最佳含水率OMC附近压实成型的。道路建成初期，路基土处于非饱和状态，运营过程中路基会不断湿化，并在2到3年的时间内达到平衡，即路基的平衡湿度。影响路基湿度的大小和达到平衡状态的时间的因素很多，因地区、地下水位、气候、路基填料、排水设施好坏、交通特点等因素的不同而有所差异。然而路基的平衡湿度并不是稳定不变的，裸露于大自然中的路基不断地受到地下水升降、大气降雨、日照蒸发等环境因素的干扰，路基湿度也因此增大、减小波动变化。正是由于这种长期的干湿循环，使土体的强度以及微观结构产生影响，从而引发边坡失稳、路基塌陷等灾害，导致巨大的经济损失和人员伤亡事件。

传统的岩土干湿循环仪器均是通过手工操作，自动化程度低，由于干湿循环实验耗时较长，增湿和干燥的转换过程必须人工实现，手工操作劳动量大，效率低，成本高，且人工操作对实验干扰性大，导致实验结果离散性大。

在现有的自动化干湿循环试验装置中，如专利申请号为 ZL201420392852.5的“干湿循环实验装置”技术，该装置包括箱体，箱体内设有试件架，试件架的上方设有喷头，箱体内设有用于容纳试验介质的空间，该空间通过泵与喷头连接，循环定时器与泵电连接；在箱体上还设有至少一个对着试件架的风干电扇。所述的试验架具有一定的高度，试件架下方的箱体内空构成用于容纳试验介质的空间，箱体的底部与泵连通。该装置虽然可以实现岩土干湿循环试验的目的，但整个实验循环过程仅依靠预先设定的时间控制，自动化程度不高，易导致实验过程中，实验值与设计值出现较大偏差，影响实验结果。又如专利申请号为ZL201410610585.9的“一种自动化岩样干湿循环实验仪器”技术，该仪器由干湿循环机构中的同步带轮及同步带传递步进电机输入的动力，带动安装于两侧的螺纹传动柱转动；横梁通过螺纹和两螺纹传动柱配合，螺纹传动柱的转动驱动横梁上下运动，从而带动试样调整机构将试样循环浸入水槽中浸水和提升到风干区风干。岩样干湿循环试验过程由设在外部的配套检测控制与处理模块按程序进行自动控制。该装置虽然可以实现自动控制岩样干湿循环试验的目的，但是该装置不能实现对温度的准确控制，也不能进行平行试验，使得试验存在很大的偶然性。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供了一种使用方便、运行高效、经济节能的自动控制岩土干湿循环试验装置，通过时间控制系统调节试验过程中所有试样的湿润、干燥循环状态及循环次数，联合温度控制器动态调节热力系统，含水率调节器动态调节试样含水率，实现岩土干湿循环自动控制装置的工作状态。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种自动控制岩土干湿循环试验装置，包括箱体、热风系统、时间控制系统、温度控制系统、含水率控制系统及试件盛放装置，箱体为一内置干湿循环工作室的方形空心箱，由干湿循环工作室和箱体外壳组成；热风系统由加热室、电动风机和电加热管组成，时间控制系统由时间控制器控制，温度控制系统由温度控制器、温度传感器组成，含水率控制系统由含水率控制器、进水阀、称重传感器、含水率监测探头和称重托盘组成；试件盛放装置放置于箱体的干湿循环工作室内，热风系统镶嵌于干湿循环工作室左侧，时间控制系统镶嵌于箱体外壳左上侧，温度控制系统镶嵌于箱体外壳下部，含水率控制系统镶嵌于箱体外壳左下侧；电源/开关与时间控制系统中的时间控制器相连，时间控制器同时连接温度控制系统中的温度控制器与含水率控制系统中的含水率控制器，温度控制器分别与温度传感器、热风系统中的电加热管及电动风机相连，含水率控制系统中的含水率控制器分别与含水率监测探头、进水阀及称重传感器相连。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述干湿循环工作室与箱体外壳之间填充有硅酸铝纤维保温材料，箱体外壳采用薄钢板制作，干湿循环工作室采用优质结构钢板制作，干湿循环工作室上部设置一排热风管道出风口，箱体前立面设置侧开门，右侧面底端设置出风口，底部设置进水口以及四个支撑脚。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，电加热管竖直安置于加热室内，电动风机安置于电加热管下侧、两者不连接，电动风机为低噪音耐高温轴流风机，其叶轮、涡壳均采用不锈钢制作，电动风机主机安置于箱体左侧，电动风机主机与加热室之间设置有硅酸铝纤维保温材料；电加热管由多根加热管并列式排列组成，并安置于干湿循环工作室左部，电加热管与干湿循环工作室之间设置保温隔热层。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述时间控制器由数据处理器、计时器、显示器和控制面板集成一体，并作为信息传输中心，采用传导线分别与温度控制器、含水率控制器、电源/开关相连接，统一控制整个试验进程。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述温度传感器设置于干湿循环工作室左侧，通过传输导线与温度控制器相连，温度控制器由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与温度传感器相连，采集、处理温度传感器数据，同时采用传导线与电加热管、电动风机连接，进而控制热风系统，实现实时监测调控干湿循环工作室内的温度状态。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述含水率监测探头布置于试样中，实时将测得的含水率数据传给含水率控制器，称重托盘通过隔热陶瓷垫与称重传感器相连、称重传感器通过传输导线与含水率控制器相连，含水率控制器由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与称重传感器相连，采集、处理称重传感器数据，并可实时显示、监测试样含水率信息，同时控制进水阀的开关状态，进而控制试样的脱湿和增湿过程；称重托盘为不锈钢制作的盘子，称重托盘下方设置四个称重传感器，称重托盘将可移动托架的重力传递到称重传感器上。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述试件盛放装置由透水石、托盘架和托盘组成，托盘架固定在干湿循环工作室距底面1/6～1/5位置，托盘架采用耐热钢格栅，托盘个数为6个，均匀固定在托盘架上，托盘的形状和大小可以根据岩土试样进行选择，透水石设置在托盘上。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，箱体左侧最下部设置预留测试接口，用于测试试样的回弹、应力、应变等参数。

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，温度传感器为高温高精度铂金电阻pt100式，最大量程为110，℃测量误差小于0.1。℃

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型可实现自动控制岩土干湿循环装置工作，具有便捷、高效、节能等特点。与传统的岩土干湿循环仪器相比，本装置集成时间控制系统、温度控制系统和含水率控制系统，实现了干湿循环试验高度自动化控制，解决了干湿循环试验中劳动量大，效率低，成本高，人工操作对试验结果干扰性大的问题，提高了试验效率和试验精度。与专利申请号为ZL201420392852.5的“干湿循环实验装置”相比，本装置设计了温度控制系统与含水率控制系统，可实时监测控制干湿循环工作室内的温度及含水率变化，并根据设计值对试验条件进行动态调整，不同于干湿循环实验装置只能依靠预先设定的时间控制整个试验过程，解决了自动化程度不高所带来的实验结果误差问题。与专利申请号为ZL201410610585.9的“一种自动化岩样干湿循环实验仪器”相比，本装置增设了温度控制系统，实现了对试验干燥温度的准确控制，减少了温度变化对于试验结果的影响，提高了试验的准确性，并实现了多组平行试验同时进行，避免了试验中偶然性事件的发生。另外，试验的增湿过程采用自然吸水的方式，能最大程度的还原实际工程中路基的干湿循环过程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的一些实施例，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它附图。

图1为本实用新型自动控制岩土干湿循环试验装置的结构立面图；

图2为本实用新型图1中Ⅰ-Ⅰ处的结构剖面图；

图3为本实用新型可称重托盘的平面结构图；

图4为本实用新型自动控制岩土干湿循环试验装置的控制原理框架图。

图中：1-箱体、2-热风系统、3-时间控制系统、4-温度控制系统、5-含水率控制系统、6-试件盛放装置、7-电源/开关、8-预留测试接口、9-时间控制器、10-温度控制器、11-含水率控制器、12-通风管道进风口、13-加热室、14-电加热管、15-隔热层、16-进风口、17-电动风机、18-托盘架、19-温度传感器、20-透水石、21-托盘、22-通风管出风口、23-称重托盘、24-进水口、 25-称重传感器、26-注水软管、27-出风口、28-支撑脚、29-通风管道、30- 进水阀、31-进风阀门、32-出风阀门、33-轮子、34干湿循环工作室、35含水率监测探头、36-试样。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的自动控制岩土干湿循环试验装置，如图1-4 所示，由箱体1、热风系统2、时间控制系统3、温度控制系统4、含水率控制系统5及试件盛放装置6构成，试件盛放装置6放置于箱体1的干湿循环工作室34内，干湿循环工作室34与箱体1外壳之间填充有硅酸铝纤维保温材料，热风系统2镶嵌于干湿循环工作室34左侧、时间控制系统3 镶嵌于箱体1外壳左上侧，温度控制系统4镶嵌于箱体1外壳下部，含水率控制系统5镶嵌于箱体1外壳左下侧；箱体电源/开关7与时间控制系统 3中的时间控制器9相连，时间控制器9同时连接温度控制系统4中的温度控制器10与含水率控制系统5中的含水率控制器11，温度控制器10分别与温度传感器19、热力系统2中的电加热管14及电动风机17相连，含水率控制系统5中的含水率控制器11分别与含水率监测探头35、进水阀30 及称重传感器25相连。

所述箱体1为一内置干湿循环工作室34的方形空心箱，由干湿循环工作室34和箱体1外壳组成，干湿循环工作室34与箱体1外壳通过硅酸铝纤维保温材料相连。箱体1外壳采用薄钢板制作，干湿循环工作室34采用优质结构钢板制作，工作室34上部设置一排热风管道出风口22，箱体1 前立面设置侧开门，右侧面底端设置出风口27，底部设置进水口24以及四个支撑脚28。箱体1左侧最下部设置预留测试接口8，可测试试样的回弹、应力、应变等参数。

所述热风系统2由加热室13、电动风机17和电加热管14组成，电动风机17、电加热管14通过电导线分别与温度控制器10相连，电加热管14 竖直安置于加热室13内，电动风机17安置于电加热管14下侧、两者不连接，电动风机17为低噪音耐高温轴流风机，其叶轮、涡壳均采用不锈钢制作，电动风机17主机安置于箱体1左侧，电动风机17主机与加热室13之间设置硅酸铝纤维保温材料；电加热管14由多根(4－8根)加热管并列式排列组成，电加热管14安置于干湿循环工作室34左部，电加热管14与干湿循环工作室34之间设置保温隔热层15，隔热层15为硅酸铝纤维保温材料。温度控制器10型号为华控HSTL-PT100-M20，电动风机17型号为JAKEL FASCO J238-112-11263。

所述时间控制系统3主要由时间控制器9控制，时间控制器9由数据处理器、计时器、显示器和控制面板集成一体，并作为信息传输中心，采用传导线分别与温度控制器10、含水率控制器11、电源/开关7相连接，统一控制整个试验进程。

所述温度控制系统4由温度控制器10、温度传感器19组成，温度传感器19设置于干湿循环工作室34左侧，通过传输导线与温度控制器10相连，温度控制器10由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与温度传感器19相连，采集、处理温度传感器数据，同时采用传导线与电加热管14、电动风机17连接，进而控制热风系统2，实现实时监测调控干湿循环工作室34内的温度状态；温度传感器19为高温高精度铂金电阻pt100 式，最大量程为110，℃测量误差小于0.1。℃温度传感器19由华控CH6 温度控制仪改进。

所述含水率控制系统5由含水率控制器11、进水阀30、称重传感器25、含水率监测探头35和称重托盘23组成，含水率监测探头35布置于试样36 中，实时将测得的含水率数据传给含水率控制器11，称重托盘23通过隔热陶瓷垫与称重传感器25相连、称重传感器25通过传输导线与含水率控制器35相连，含水率控制器由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与称重传感器25相连，采集、处理称重传感器25数据，并可实时显示、监测试样含水率信息，同时控制进水阀30的开关状态，进而控制试样的脱湿和增湿过程；称重托盘23为不锈钢制作的盘子，称重托盘23 下方设置四个称重传感器25，称重传感器25与称重托盘23之间采用高强度隔热陶瓷垫相连，称重托盘23将可移动托盘架的重力传递到称重传感器 25上；称重传感器25为微轮辐式称重传感器，量程为20-50kg，综合精度高于0.2％F·S。含水率控制器11由欧路达AD2015D控制仪改进，称重传感器25型号为欧路达AT8106-20。

所述试件盛放装置6由透水石20、托盘架18和托盘21组成，托盘架 18固定在干湿循环工作室34距底面1/6～1/5位置，托盘架18采用耐热钢格栅，托盘21个数为6个，均匀固定在托盘架18上，托盘21的形状和大小可以根据岩土试样进行选择，透水石20设置在托盘21上。

本实用新型提供的自动控制岩土干湿循环试验装置具体使用方法如下：

A、准备好试验试样36，放进可移动托盘21中，接通干湿循环装置电源/开关7，电源/开关7总体控制时间控制系统3、温度控制系统4和含水率控制系统5的供电状态，时间控制系统3中的时间控制器9控制试样的湿润、干燥循环状态及循环次数；温度控制系统4中的温度控制器10直接控制电加热管14和电动风机17工作状态，电加热管14和电动风机17为干湿循环工作室34提供烘干热风，并实时控制干湿循环工作室34内的温度；含水率控制系统5中的含水率控制器11控制进水口进水阀30，并通过含水率监测探头35和称重传感器25的反馈信息，实时控制干湿循环工作室34内试样36的含水率，形成由总到分的电力控制系统，能统一控制整个试验中试样的湿润、干燥循环过程；

B、在时间控制器9仪表盘中输入湿润静置时间、干燥静置时间及循环次数，在温度控制器10仪表盘中设定干湿循环装置初始工作温度，在含水率控制器11仪表盘中输入试样干燥状态含水率、湿润状态含水率、试样总重量等参数；

C、当在时间控制器9、温度控制器10、含水率控制器11仪表盘上设置好相应的数据以后，干湿循环装置开始工作，首先自动开启进水阀30，并控制进水速度，使试验水体通过注水软管26缓缓注入透水石20中，称重传感器25实时监测干湿循环工作室34内部试样36的重量，当试样总重量达到设定的值时，含水率控制器11关闭进水阀30，停止注水；

D、进水阀30关闭后，试样进行自然吸水，试样中布置的含水率监测探头35实施监测并将试样含水率信息反馈给含水率控制器11，当含水率达到设定值时，含水率控制器11将信号发给时间控制器9，时间控制器9开始计算湿润静置时间，试验的增湿过程采用自然吸水的方式，能最大程度的还原实际工程中路基的干湿循环过程；

E、当达到设定的静置时间后，时间控制器9向温度控制器10发出加热命令，装置自动打开进风阀门31、出风阀门32，热风系统2开始工作，温度传感器19实时监控干湿循环工作室34内部温度，将温度信息反馈到温度控制器10处理显示，温度控制器10根据工作温度和实时温度的差值，动态调整热风系统2工作状态；使干湿循环过程中能动态监测、显示干湿循环工作室34内的温度变化，并利用温度信息调整干湿循环工作室34内的温度；

F、当试样36总重量达到设定的值时，含水率控制器11向温度控制器 10发出命令，此时停止加热，并进行自然冷却，含水率监测探头35实时监测并将试样含水率信息反馈给含水率控制器11，当含水率达到设定值时，含水率控制器11将信号发给时间控制器9，关闭进风阀门31、出风阀门32，时间控制器9开始计算干燥静置时间；当达到设定的静置时间后，时间控制器9再次向含水率控制器11发出命令，开启进水阀30，接着进行下一次循环试验，直至整个循环试验结束；整个干湿循环过程中，含水率控制系统5动态监测试样的的含水率变化，并将含水率信息实时显示和处理利用，实现由试样含水率变化状态自动控制的干湿循环工作状态。

本实用新型通过时间控制系统整体调节试验过程中试样的湿润、干燥循环状态及循环次数，联合温度控制器动态调节热力系统，含水率控制器动态调节试样含水率，实现自动控制岩土干湿循环装置的工作状态，提高了试验的准确性，同时解决了岩土干湿循环试验中的平行试验问题。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，包括箱体(1)、热风系统(2)、时间控制系统(3)、温度控制系统(4)、含水率控制系统(5)及试件盛放装置(6)，箱体(1)为一内置干湿循环工作室(34)的方形空心箱，由干湿循环工作室(34)和箱体(1)外壳组成；热风系统(2)由加热室(13)、电动风机(17)和电加热管(14)组成，时间控制系统(3)由时间控制器(9)控制，温度控制系统(4)由温度控制器(10)、温度传感器(19)组成，含水率控制系统(5)由含水率控制器(11)、进水阀(30)、称重传感器(25)、含水率监测探头(35)和称重托盘(23)组成；试件盛放装置(6)放置于箱体(1)的干湿循环工作室(34)内，热风系统(2)镶嵌于干湿循环工作室(34)左侧，时间控制系统(3)镶嵌于箱体(1)外壳左上侧，温度控制系统(4)镶嵌于箱体(1)外壳下部，含水率控制系统(5)镶嵌于箱体(1)外壳左下侧；电源/开关(7)与时间控制系统(3)中的时间控制器(9)相连，时间控制器(9)同时连接温度控制系统(4)中的温度控制器(10)与含水率控制系统(5)中的含水率控制器(11)，温度控制器(10)分别与温度传感器(19)、热风系统(2)中的电加热管(14)及电动风机(17)相连，含水率控制系统(5)中的含水率控制器(11)分别与含水率监测探头(35)、进水阀(30)及称重传感器(25)相连。

2.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，所述干湿循环工作室(34)与箱体(1)外壳之间填充有硅酸铝纤维保温材料，箱体(1)外壳采用薄钢板制作，干湿循环工作室(34)采用优质结构钢板制作，干湿循环工作室(34)上部设置一排热风管道出风口(22)，箱体(1)前立面设置侧开门，右侧面底端设置出风口(27)，底部设置进水口(24)以及四个支撑脚(28)。

3.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，电加热管(14)竖直安置于加热室(13)内，电动风机(17)安置于电加热管(14)下侧、两者不连接，电动风机(17)为低噪音耐高温轴流风机，其叶轮、涡壳均采用不锈钢制作，电动风机(17)主机安置于箱体(1)左侧，电动风机(17)主机与加热室(13)之间设置有硅酸铝纤维保温材料；电加热管(14)由多根加热管并列式排列组成，并安置于干湿循环工作室(34)左部，电加热管(14)与干湿循环工作室(34)之间设置保温隔热层(15)。

4.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，所述时间控制器(9)由数据处理器、计时器、显示器和控制面板集成一体，并作为信息传输中心，采用传导线分别与温度控制器(10)、含水率控制器(11)、电源/开关(7)相连接，统一控制整个试验进程。

5.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，所述温度传感器(19)设置于干湿循环工作室(34)左侧，通过传输导线与温度控制器(10)相连，温度控制器(10)由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与温度传感器(19)相连，采集、处理温度传感器数据，同时采用传导线与电加热管(14)、电动风机(17)连接，进而控制热风系统(2)，实现实时监测调控干湿循环工作室(34)内的温度状态。

6.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，所述含水率监测探头(35)布置于试样(36)中，实时将测得的含水率数据传给含水率控制器(11)，称重托盘(23)通过隔热陶瓷垫与称重传感器(25)相连、称重传感器(25)通过传输导线与含水率控制器(11)相连，含水率控制器(11)由数据处理器、显示器和控制面板集成一体，通过传导线与称重传感器(25)相连，采集、处理称重传感器(25)数据，并可实时显示、监测试样含水率信息，同时控制进水阀(30)的开关状态，进而控制试样的脱湿和增湿过程；称重托盘(23)为不锈钢制作的盘子，称重托盘(23)下方设置四个称重传感器(25)，称重托盘(23)将可移动托架的重力传递到称重传感器(25)上。

7.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，所述试件盛放装置(6)由透水石(20)、托盘架(18)和托盘(21)组成，托盘架(18)固定在干湿循环工作室(34)距底面1/6～1/5位置，托盘架(18)采用耐热钢格栅，托盘(21)个数为6个，均匀固定在托盘架(18)上，托盘(21)的形状和大小可以根据岩土试样进行选择，透水石(20)设置在托盘(21)上。

8.根据权利要求1所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，箱体(1)左侧最下部设置预留测试接口(8)，用于测试试样的回弹、应力、应变参数。

9.根据权利要求5所述的自动控制岩土干湿循环试验装置，其特征在于，温度传感器(19)为高温高精度铂金电阻pt100式，最大量程为110℃，测量误差小于0.1℃。

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