一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，包括干濕循環(huán)機構、試樣調整機構、加熱風干機構和檢測控制與處理模塊。本儀器由干濕循環(huán)機構中的同步帶輪及同步帶傳遞步進電機輸入的動力，帶動安裝于兩側的螺紋傳動柱轉動；橫梁通過螺紋和兩螺紋傳動柱配合，螺紋傳動柱的轉動驅動橫梁上下運動，從而帶動試樣調整機構將試樣循環(huán)浸入水槽中浸水和提升到風干區(qū)風干。巖樣干濕循環(huán)試驗過程由設在外部的配套檢測控制與處理模塊按程序進行自動控制。本試驗儀器結構簡單，使用方便，實用性強，能夠全自動化操作提高試驗效率和試驗精度，具有很強的推廣應用前景。
【專利說明】一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，具體地說是一種與巖土性質試驗中干濕循環(huán)控制相關的儀器，特別是一種能夠自動檢測試樣在試驗過程中的干濕狀態(tài)并實現(xiàn)干濕循環(huán)過程自動控制的試驗儀器，屬于地質工程巖土性質的動平衡測試領域。

【背景技術】
[0002]近年來，干濕循環(huán)對巖土體強度影響的研究引起了人們的重視。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國興建了許多大型水利水電工程。長江三峽工程及西南三江水電群等重大工程分布區(qū)，存在大量的庫岸邊坡。在水庫運行條件下，引起庫岸邊坡滲流場的動態(tài)變化，處于低水位和高水位浸潤線之間的巖土體受到周期性的干濕循環(huán)作用，巖土材料的力學性能逐漸弱化，從而影響庫岸邊坡的穩(wěn)定性。
[0003]對典型庫岸滑坡滑帶土和對應基巖有必要進行室內水巖作用機制試驗，用以揭示庫岸水位變動帶巖土體在干濕循環(huán)作用強度參數(shù)的折減規(guī)律，為進一步研究庫岸邊坡的穩(wěn)定性和演化提供科學依據(jù)。但要研究巖土體強度參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的衰減規(guī)律，首先要制備試驗樣品，對試樣樣品進行相應次數(shù)的干濕循環(huán)操作。這一過程，工作量大，操作繁瑣，耗時長，精度控制差。在本發(fā)明之前，中國公開了專利申請?zhí)枮?01210542086.1的“有荷作用下土工試件干濕循環(huán)試驗儀器”技術，該干濕循環(huán)試驗儀器包括試驗臺、設置于試驗臺上的土工試件三瓣模、向土工試件三瓣模中試件施加豎向壓力的加載裝置和對土工試件三瓣模中試件加熱的加熱裝置。其通過加載裝置、水缸和加熱裝置，實現(xiàn)在加載狀態(tài)下模擬土體的干濕循環(huán)變化，對土工試件的強度衰減規(guī)律進行試驗研究。該技術不足之處在于該儀器需要人工操作，不能實現(xiàn)自動地進行巖樣干濕循環(huán)試驗。因此，需要創(chuàng)新一種能自動、高效、精確地進行巖樣干濕循環(huán)試驗的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服上述技術不足，解決現(xiàn)有技術急需要一種自動化的巖樣干濕循環(huán)試驗儀器的問題，而提供一種能夠實現(xiàn)自動、高效、精確地進行巖樣干濕循環(huán)試驗的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術措施是:提供一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，包括干濕循環(huán)機構、試樣調整機構、加熱風干機構和檢測控制與處理模塊；
[0006]所述的干濕循環(huán)機構設有支架、螺紋傳動柱、傳動箱體、傳動箱蓋、步進電機、同步帶輪、同步帶、橫梁和水槽；所述支架的上、下邊框中安裝有兩根對稱的螺紋傳動柱，支架底部安裝有傳動箱體，傳動箱體中安裝有步進電機，傳動箱體頂部設有傳動箱蓋，支架、螺紋傳動柱和傳動箱體構成試驗儀器的整體支撐框架；所述螺紋傳動柱上的動力傳動器件安裝在傳動箱體內部，即在傳動箱體中，螺紋傳動柱上對稱地安裝有一對同步帶輪，所述一對同步帶輪與步進電機輸出軸上安裝的同步帶輪通過同步帶連接；橫梁通過兩端的螺紋孔安裝在左右兩螺紋傳動柱中，橫梁通過兩螺紋傳動柱的轉動在兩螺紋傳動柱上作升降運動，螺紋傳動柱內側的傳動箱蓋上安裝有水槽；
[0007]所述的試樣調整機構安裝在橫梁下方，試樣調整機構設有拉力傳感器、托架、輔助托架、防水電機和試樣轉盤；所述的拉力傳感器與橫梁連接，兩個拉力傳感器左右對稱布置并分別連接托架的兩邊，托架底邊中心開有安放輔助托架的槽，槽內還開有一個安裝孔，架托與輔助托架呈十字交叉設置，輔助托架兩端向試樣轉盤邊翹起，且中心也開有一個安裝孔，輔助托架用于輔助試樣轉盤在托架中的定位；安裝在托架下的防水電機的輸出軸從架托和輔助托架底面穿過所述的安裝孔，并在防水電機的輸出軸上安裝試樣轉盤，防水電機直接驅動試樣轉盤轉動，用于確保試樣在試驗過程中各方位能夠均勻浸水和風干；
[0008]所述的加熱風干機構安裝在支架的上部，加熱風干機構設有風扇電機、防護架、風扇、防護罩和電熱管；所述的風扇電機、防護架安裝在支架上，防護架起到安全防護的作用，防護架內安裝有風扇、防護罩和電熱管；
[0009]所述的檢測控制與處理模塊為一個設在外部的配套模塊，用于采集拉力傳感器的輸出信號，記錄試驗過程中試樣的實時重力變化，并按程序和試樣的重力變化控制三個電機的工作狀態(tài)，完成整個試驗過程的自動檢測、控制、處理和保存。
[0010]所述的干濕循環(huán)機構中對稱的左右兩螺紋傳動柱通過步進電機帶動同步帶、同步帶輪傳動，使安裝于兩側螺紋傳動柱的橫梁上下移動時左右兩端保持同步，從而帶動與橫梁連接的整個試樣調整機構能作將試樣浸入水槽和提升至加熱風干機構區(qū)進行風干的循環(huán)運動。
[0011]所述的水槽通過卡槽直接卡在傳動箱蓋上，方便拆卸和安裝。
[0012]所述的拉力傳感器承受并感應整個試樣調整機構連同試樣的重力變化。
[0013]所述的防水電機外部經(jīng)過防腐蝕及防水處理，具有防腐防水性能；安裝防水電機時將連接的電線順沿托架布置，并穿過拉力傳感器的安裝孔連同拉力傳感器的連接線一同引出，把防水電機的引線對重力感應的干擾降到最低程度。
[0014]所述的試樣轉盤為耐酸堿腐蝕的材料制成，試樣轉盤上開有篩孔，能夠在試驗過程中試樣出水后及時濾除試樣轉盤上的殘留水。
[0015]所述的加熱風干機構通過風扇電機驅動風扇轉動，產(chǎn)生可調節(jié)的風速，風扇的風經(jīng)過功率可調的電熱管加熱后吹向試樣，加速試樣風干，以縮短試驗時間。
[0016]本發(fā)明的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器與現(xiàn)有技術相比有益效果在于:
[0017]1.本發(fā)明的試驗儀器充分考慮了巖土自然環(huán)境下干濕循環(huán)的真實條件，能夠根據(jù)設定試驗過程和參數(shù)自動完成巖土體干濕循環(huán)性質的試驗，并記錄試驗全過程中的數(shù)據(jù)。
[0018]2.本發(fā)明采用風速可調的風扇和功率可調的電熱管構成加熱與風干機構，能夠滿足不同巖土體干濕循環(huán)條件的試驗。
[0019]3.本發(fā)明的干濕循環(huán)機構和加熱風干機構布置在同一對螺紋傳動柱上，干、濕狀態(tài)轉換效率高，且兩種狀態(tài)下界線明顯，能夠較好排除狀態(tài)之間的干擾。
[0020]4.本發(fā)明的試樣轉盤安裝在拉力傳感器之下，拉力傳感器實時感應試樣的干濕狀態(tài)，保證了試驗的實時性和精度。
[0021 ] 5.本發(fā)明的試樣轉盤在加熱風干過程中勻速轉動，使試樣各個風干面的風干速度趨于一致，最大限度地接近于自然真實情況，所進行的試驗數(shù)據(jù)可為進一步研究庫岸邊坡的穩(wěn)定性和演化提供科學依據(jù)。
[0022]6.本發(fā)明的試驗儀器結構簡單，易于實現(xiàn)，使用方便，實用性強，能夠全自動化操作，提高試驗效率，試驗精度好，應用市場廣大，具有很強的推廣應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器結構正視示意圖。
[0024]圖2為圖1的左視圖。
[0025]圖3本發(fā)明的試驗儀器結構立體示意圖。
[0026]圖4本發(fā)明的試驗儀器工作原理運動簡圖。
[0027]上述圖中:I一支架，2—防護架，3—防護罩，4一風扇，5—電熱管，6—螺紋傳動柱，
7—橫梁,8—拉力傳感器，9 一托架，10 一試樣轉盤,11 一輔助托架，12 一同步帶，13—傳動箱體，14一步進電機，15一同步帶輪，16一傳動箱蓋，17一防水電機，18一7_K槽，19一風扇電機。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施不限于此。
[0029]實施例1:本發(fā)明提供一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其結構如圖1、2、3所示。本發(fā)明是一種在巖土性質試驗中與干濕循環(huán)控制相關的自動化試驗儀器。試驗儀器包括干濕循環(huán)機構、試樣調整機構、加熱風干機構和檢測控制與處理模塊。
[0030]所述的干濕循環(huán)機構設有支架1、螺紋傳動柱6、傳動箱體13、傳動箱蓋16、步進電機14、同步帶輪15、同步帶12、橫梁7和水槽18 ;所述的支架I的上、下邊框中安裝有兩根對稱的螺紋傳動柱6，支架的底部安裝有傳動箱體13，傳動箱體中安裝有步進電機14，傳動箱體頂部設有傳動箱蓋16，支架、螺紋傳動柱和傳動箱體構成試驗儀器的整體支撐框架。所述的螺紋傳動柱6上的動力傳動器件安裝在傳動箱體13內部，即在傳動箱體13中，螺紋傳動柱6上對稱地安裝有一對同步帶輪15，所述一對同步帶輪與步進電機14輸出軸上安裝的同步帶輪通過同步帶12連接；橫梁7通過兩端的螺紋孔安裝在左右兩螺紋傳動柱中，通過兩螺紋傳動柱的轉動使橫梁在兩螺紋傳動柱中作升降運動，螺紋傳動柱內側的傳動箱蓋16上安裝有水槽18 ;水槽通過卡槽直接卡在傳動箱蓋上，方便拆卸和安裝。
[0031]所述的試樣調整機構安裝在橫梁7下方，試樣調整機構設有拉力傳感器8、托架9、輔助托架11、防水電機17和試樣轉盤10 ;所述的拉力傳感器8與橫梁7連接，兩個拉力傳感器左右對稱布置并分別連接托架9的兩邊，托架底邊中心開有安放輔助托架11的槽，槽內還開有一個安裝孔，架托與輔助托架呈十字交叉設置，輔助托架兩端向試樣轉盤10邊翹起，且中心也開有一個安裝孔，輔助托架用于輔助試樣轉盤10在托架中的定位；安裝在托架下的防水電機17的輸出軸從架托和輔助托架底面穿過所述的安裝孔，并在防水電機的輸出軸上安裝試樣轉盤10,防水電機直接驅動試樣轉盤轉動,用于確保試樣在試驗過程中各方位能夠均勻浸水和風干。
[0032]所述的防水電機17外部經(jīng)過防腐蝕及防水處理，具有防腐防水性能；安裝防水電機時將連接的電線順沿托架9布置，并穿過拉力傳感器8的安裝孔連同拉力傳感器的連接線一同引出，把防水電機的引線對重力感應的干擾降到最低程度。所述的試樣轉盤10為耐酸堿腐蝕的材料制成，試樣轉盤上開有篩孔，能夠在試驗過程中試樣出水后及時濾除試樣轉盤上的殘留水。
[0033]所述的加熱風干機構安裝在支架I的上部，加熱風干機構設有風扇電機19、防護架2、風扇4、防護罩3和電熱管5 ;所述的風扇電機19、防護架2安裝在支架I上，防護架起到安全防護的作用，防護架內安裝有風扇4、防護罩3和電熱管5。
[0034]所述的檢測控制與處理模塊為一個設在外部的配套模塊，用于采集拉力傳感器的輸出信號，記錄試驗過程中試樣的實時重力變化，并按程序和試樣的重力變化控制三個電機的工作狀態(tài)，完成整個試驗過程的自動檢測、控制、處理和保存。
[0035]所述的干濕循環(huán)機構中對稱的左右兩螺紋傳動柱通過步進電機帶動同步帶、同步帶輪傳動，使安裝于兩側螺紋傳動柱的橫梁上下移動時左右兩端保持同步，從而帶動與橫梁連接的整個試樣調整機構能作將試樣浸入水槽和提升至加熱風干機構區(qū)進行風干的循環(huán)運動。
[0036]圖4所示為儀器工作原理的運動結構簡圖，螺紋傳動柱6的動力傳動器件安裝在傳動箱體13內部，安裝同步帶輪15和同步帶12是為了使對稱安裝的兩根螺紋傳動柱6同步轉動，使橫梁7兩端同步升降，也使兩個拉力傳感器同步承受并感應整個試樣調整機構連同試樣的重力變化。步進電機14輸出軸的正反轉動帶動螺紋傳動柱6的正反轉動,相應帶動橫梁7上下運動，帶動放置在試樣調整機構試樣轉盤中的試樣上下運動，循環(huán)進入水箱18和進入加熱風干區(qū)進行巖樣干濕循環(huán)試驗。
[0037]本發(fā)明的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器進行巖樣干濕循環(huán)試驗的工作過程為:
[0038]⑴、確定及設置試驗參數(shù):先確定試驗所需的試驗參數(shù)，包括試驗中每個干濕循環(huán)中試樣所需達到的失水率和浸泡時間，三個電機的轉速等，通過外部的檢測控制與處理模塊設置試驗參數(shù)。
[0039]⑵、試樣裝載:把干濕循環(huán)機構的橫梁7提升至支架的上部，在試樣轉盤10上裝載所要試驗的試樣；若是第一次試驗,需要把水槽18加入適量水后通過卡槽直接卡在傳動箱蓋16上，若非第一次試驗，亦需檢查水槽18中的水位，以試樣剛好能夠完全浸入且不會使水溢出為宜。
[0040]⑶、開啟自動干濕循環(huán)試驗儀器:儀器進行自動試驗，由檢測控制與處理模塊控制干濕循環(huán)機構的步進電機14轉動，橫梁7下降，使試樣浸入水槽18中，浸入時間達到設定值后橫梁7提升至加熱風干機構的風口處，然后按照設定的風速和加熱功率啟動風扇4和電熱管5，對試樣進行風干；風干過程中，拉力傳感器8實時感應試樣的重力變化，當試樣的失水率達到設定值后加熱風干機構停止工作，干濕循環(huán)機構的橫梁7下降，試驗進入下一個循環(huán)。循環(huán)次數(shù)達到設定次數(shù)后，儀器停止工作。
[0041]⑷、關閉自動干濕循環(huán)試驗儀器，取回試樣以備后續(xù)試驗；卸樣并清洗水槽18。
[0042]本發(fā)明的試驗儀器結構簡單，易于實現(xiàn)，使用方便，實用性強，能夠全自動化操作，提高試驗效率，試驗精度好，應用市場廣大，具有很強的推廣應用前景。
【權利要求】
1.一種自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，包括干濕循環(huán)機構、試樣調整機構、加熱風干機構和檢測控制與處理模塊；其特征在于: 所述的干濕循環(huán)機構設有支架、螺紋傳動柱、傳動箱體、傳動箱蓋、步進電機、同步帶輪、同步帶、橫梁和水槽；所述支架的上、下邊框中安裝有兩根對稱的螺紋傳動柱，支架底部安裝有傳動箱體，傳動箱體中安裝有步進電機，傳動箱體頂部設有傳動箱蓋，支架、螺紋傳動柱和傳動箱體構成試驗儀器的整體支撐框架；所述螺紋傳動柱上的動力傳動器件安裝在傳動箱體內部，即在傳動箱體中，螺紋傳動柱上對稱地安裝有一對同步帶輪，所述一對同步帶輪與步進電機輸出軸上安裝的同步帶輪通過同步帶連接；橫梁通過兩端的螺紋孔安裝在左右兩螺紋傳動柱中，橫梁通過兩螺紋傳動柱的轉動在兩螺紋傳動柱上作升降運動，螺紋傳動柱內側的傳動箱蓋上安裝有水槽； 所述的試樣調整機構安裝在橫梁下方，試樣調整機構設有拉力傳感器、托架、輔助托架、防水電機和試樣轉盤；所述的拉力傳感器與橫梁連接，兩個拉力傳感器左右對稱布置并分別連接托架的兩邊，托架底邊中心開有安放輔助托架的槽，槽內還開有一個安裝孔，架托與輔助托架呈十字交叉設置，輔助托架兩端向試樣轉盤邊翹起，且中心也開有一個安裝孔，輔助托架用于輔助試樣轉盤在托架中的定位；安裝在托架下的防水電機的輸出軸從架托和輔助托架底面穿過所述的安裝孔，并在防水電機的輸出軸上安裝試樣轉盤，防水電機直接驅動試樣轉盤轉動，用于確保試樣在試驗過程中各方位能夠均勻浸水和風干； 所述的加熱風干機構安裝在支架的上部，加熱風干機構設有風扇電機、防護架、風扇、防護罩和電熱管；所述的風扇電機、防護架安裝在支架上，防護架起到安全防護的作用，防護架內安裝有風扇、防護罩和電熱管； 所述的檢測控制與處理模塊為一個設在外部的配套模塊，用于采集拉力傳感器的輸出信號，記錄試驗過程中試樣的實時重力變化，并按程序和試樣的重力變化控制三個電機的工作狀態(tài)，完成整個試驗過程的自動檢測、控制、處理和保存。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的干濕循環(huán)機構中對稱的左右兩螺紋傳動柱通過步進電機帶動同步帶、同步帶輪傳動，使安裝于兩側螺紋傳動柱的橫梁上下移動時左右兩端保持同步，從而帶動與橫梁連接的整個試樣調整機構能作將試樣浸入水槽和提升至加熱風干機構區(qū)進行風干的循環(huán)運動。
3.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的水槽通過卡槽直接卡在傳動箱蓋上，方便拆卸和安裝。
4.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的拉力傳感器承受并感應整個試樣調整機構連同試樣的重力變化。
5.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的防水電機外部經(jīng)過防腐蝕及防水處理，具有防腐防水性能；安裝防水電機時將連接的電線順沿托架布置，并穿過拉力傳感器的安裝孔連同拉力傳感器的連接線一同引出，把防水電機的引線對重力感應的干擾降到最低程度。
6.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的試樣轉盤為耐酸堿腐蝕的材料制成，試樣轉盤上開有篩孔，能夠在試驗過程中試樣出水后及時濾除試樣轉盤上的殘留水。
7.根據(jù)權利要求1所述的自動化巖樣干濕循環(huán)試驗儀器，其特征在于:所述的加熱風干機構通過風扇電機驅動風扇轉動，產(chǎn)生可調節(jié)的風速，風扇的風經(jīng)過功率可調的電熱管加熱后吹向試樣，加速試樣風干，以縮短試驗時間。
【文檔編號】G01N33/24GK104297453SQ201410610585
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】唐輝明, 王君鷺, 張永權, 李純, 魯莎 申請人:中國地質大學（武漢）