一种全自动干湿冻融循环试验系统及试验方法技术方案

本发明专利技术涉及试验装置技术领域，具体为一种全自动干湿冻融循环试验系统及试验方法，包括工作台面、控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统，试样存放系统通过对每个试样槽进行编号，并通过控制系统控制机械手伺服系统在三维空间中完成试样的抓取，同时蒸发系统通过加热管完成对温度的控制，喷淋系统通过蠕动泵完成对加水量的控制，称重系统通过压力传感器完成对试样的质量控制，制冷系统采用温控式冷冻装置完成对试样的冷冻，依靠各系统彼此配合可随意组合形成多套装置，可用于实现多种材料的干湿循环试验、冻融循环试验及干湿冻融交替试验，自动化程度高，实现了试验的全自动控制，提高了试验精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动干湿冻融循环试验系统及试验方法
本专利技术涉及干湿冻融循环试验装置
，具体为一种全自动干湿冻融循环试验系统及试验方法。
技术介绍
公路材料大多是暴露在大气环境中，长期经历着干湿循环和冻融循环作用，这必然会引起其力学性质和结构的改变，从而影响其强度特性。因此，干湿循环和冻融循环试验对于研究公路材料的性质具有重要意义。研究公路材料强度参数随干湿和冻融循环次数的衰减规律，首先要对样品进行相应次数的干湿和冻融循环操作。这一过程，工作量大，操作繁琐，耗时长，试验精度不易控制。干湿循环试验过程中对加水量、干湿转换的控制要求较精确。传统干湿试验由于没有专用仪器，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，且干湿转换全程需要试验人员通过不停称重来判断试样的干湿状态。冻融循环试验是通过设定冷冻温度和融化温度来实现，但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。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述技术不足，解决现有技术中缺乏一种全自动干湿冻融循环试验仪器的问题，提供了一种能够实现自动、高效、精确地进行干湿冻融循环试验的自动化干湿冻融循环试验系统，用于多种公路材料干湿冻融循环试验，实现了试验全自动控制及提高试验精度。为了实现所述目的，本专利技术采用的具体实施方案如下：一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，包括工作台面31、控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统，所述工作台面31的四周顶部和底部均设置有若干工作台支架，其特征在于：所述控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均设置在同一工作台面31上，且所述蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均与控制系统相连接；所述控制系统位于工作台面31的下方，其上方的工作台面31上设置有试样存放系统、喷淋系统、称重系统和制冷系统，所述喷淋系统、称重系统和制冷系统均位于试样存放系统的同一侧，且所述工作台面31的上方设置有机械手伺服系统。所述控制系统主要包括PLC控制器405、操作屏28和控制线路，PLC控制器405和控制线路均设置在工作台面31下方的控制柜4内，操作屏28设置在工作台面31上。所述试样存放系统主要包括若干个试样槽34和试样放置盘33，试样槽34设置在试样放置盘33内，试样放置盘33设置在工作台面31上。所述蒸发系统主要包括圆形外壳8、加热管10、温度传感器和智能温控仪表，圆形外壳8固定在工作台面31上，其顶部留设有开口，内壁的中间位置上通过加热管固定夹38固定设置有加热管10，加热管10的一侧固定设置有温度传感器，温度传感器的另一端与智能温控仪表相连接，智能温控仪表设置在控制柜4内。所述喷淋系统主要包括喷淋头、支架6、蠕动泵3、盛水箱37、试样放置托盘5、高压水管13和低压水管1，所述支架6为“Π”形结构，其底端固定设置在工作台面31上，顶部横杆的两端均设置有限位开关9，顶部横杆的中间位置上通过旋转舵机7与喷淋头相连接，喷淋头位于试样放置托盘5的正上方，且其通过高压水管13与蠕动泵3相连接，蠕动泵3固定在工作台面31下方，其通过低压水管1与盛水箱37相连接，所述旋转舵机7和蠕动泵3均与控制柜4相连接。所述称重系统包括压力传感器39、称体15和称重显示屏26，压力传感器39位于称体15的一侧，其另一端与控制柜4相连接，所述称体15和称重显示屏26均固定设置在工作台面上。所述制冷系统包括制冷箱36、温度传感器40、步进电机22和限位开关，制冷箱36位于工作台面31最右侧，步进电机22设置在制冷箱36的一端，其另一端与控制柜4相连接，限位开关包括关门限位开关30和开门限位开关27，关门限位开关30和开门限位开关27分别设置在制冷箱36两侧的关门最小位置处和工作支架上的开门最大位置处。所述机械手伺服系统包括若干个密封同步皮带滑台、电动机械手18和连接装置21，若干个密封同步皮带滑台均位于工作台面31上方，其分为水平密封同步皮带滑台和垂直密封同步皮带滑台，其中水平密封同步皮带滑台分别固定设置在工作台支架和导轨16上，导轨16为“Π”形结构，其两侧边底端均活动设置在位于工作台支架上的水平密封同步皮带滑台上，垂直密封同步皮带滑台通过背部的固定夹19卡合设置在位于导轨16上的水平密封同步皮带滑台上，且其上通过连接装置21活动设置有电动机械手18，所述连接装置21采用电动液压系统，其顶端活动固定在水平密封同步皮带滑台上方的导轨16上，且其顶端与控制柜4相连接。所述本系统试验方法的具体步骤如下：1)通过公路土工试验得到试样的初始含水率ω0和初始质量m0；2)将盛水箱37内注满水，将管路内的空气排除干净，打开控制柜4电源开关，打开电脑，将称重系统的称重显示屏26数值清零；3)打开操作界面，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交替循环试验；5)设定试验干湿或者冻融循环次数N和蒸发温度T；6)设定加水量Δm，如需将试样加水至含水率ω，则需加水质量为：对于需要饱和的试样，应先按照饱和试验方法将试样饱和后放置该试验系统初始位置，加水量设为0；7)设定加水静置时间t，可根据需要自由设定；8)对一次干湿循环试验，设定试样蒸发后质量m蒸，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蒸，则蒸发模块接收控制信号，停止蒸发，进入加水状态；第一次干湿循环结束后，由于第一次加水前试样的初始含水率ω0与蒸发一次后试样的含水率不同，即第二次之后循环试验开始时的初始含水率为ω'，后续循环试验的加水量为此值即为每个循环试验过程的蒸发量，由控制系统自动判断给出，无需设定，多次干湿循环试样重复上述过程；9)对于一次冻融循环试验，设定加水静置时间t、冷冻时间t1、融化时间t2、试样质量为冷冻前质量即m0+Δm，如果冷冻和融化结束后试样质量减少，则系统自动判断冷冻前和融化后质量差，进行加水，可以在进行试验前对试样用保鲜膜进行包裹严实后再进行试验，多次冻融循环试验重复上述过程；10)对干湿冻融交替循环试验的参数设定，按步骤1)-9)对各参数进行设定；11)各参数设定完成后，由控制系统控制电动机械手18将试样放置与喷淋系统下方进行加水，静置完成后，电动机械手18抓取试样放置在蒸发系统内进行蒸发，结束后进行称重、加水、静置，对干湿循环试验重复上述动作；对冻融循环试验，加水静置完成后，电动机械手18抓取试样放置在制冷系统内，当达到设定的冷冻时间后取出试样放置在试样加水区进行融化试验，当达到设定的融化时间后进行称量、加水、静置，对冻融循环试验重复上述动作；对干湿冻融交替循环试验，连续重复上述动作。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是用于多种公路材料干湿冻融循环试验，相比以往试验仪器，具有温度、水分、时间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，根据称重系统返回给控制系统的信号，完成干湿状态的自动转换。加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，包括工作台面(31)、控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统，所述工作台面(31)的四周顶部和底部均设置有若干工作台支架，其特征在于：所述控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均设置在同一工作台面(31)上，且所述蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均与控制系统相连接；所述控制系统位于工作台面(31)的下方，其上方的工作台面(31)上设置有试样存放系统、喷淋系统、称重系统和制冷系统，所述喷淋系统、称重系统和制冷系统均位于试样存放系统的同一侧，且所述工作台面(31)的上方设置有机械手伺服系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，包括工作台面(31)、控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统，所述工作台面(31)的四周顶部和底部均设置有若干工作台支架，其特征在于：所述控制系统、试样存放系统、蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均设置在同一工作台面(31)上，且所述蒸发系统、喷淋系统、称重系统、制冷系统和机械手伺服系统均与控制系统相连接；所述控制系统位于工作台面(31)的下方，其上方的工作台面(31)上设置有试样存放系统、喷淋系统、称重系统和制冷系统，所述喷淋系统、称重系统和制冷系统均位于试样存放系统的同一侧，且所述工作台面(31)的上方设置有机械手伺服系统。2.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述控制系统主要包括PLC控制器(405)、操作屏(28)和控制线路，PLC控制器(405)和控制线路均设置在工作台面(31)下方的控制柜(4)内，操作屏(28)设置在工作台面(31)上。3.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述试样存放系统主要包括若干个试样槽(34)和试样放置盘(33)，试样槽(34)设置在试样放置盘(33)内，试样放置盘(33)设置在工作台面(31)上。4.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述蒸发系统主要包括圆形外壳(8)、加热管(10)、温度传感器和智能温控仪表(411)，圆形外壳(8)固定在工作台面(31)上，其顶部留设有开口，内壁的中间位置上通过加热管固定夹(38)固定设置有加热管(10)，加热管(10)的一侧固定设置有温度传感器，温度传感器的另一端与智能温控仪表(411)相连接，智能温控仪表(411)设置在控制柜(4)内。5.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述喷淋系统主要包括喷淋头、支架(6)、蠕动泵(3)、盛水箱(37)、试样放置托盘(5)、高压水管(13)和低压水管(1)，所述支架(6)为“Π”形结构，其底端固定设置在工作台面(31)上，顶部横杆的两端均设置有限位开关(9)，顶部横杆的中间位置上通过旋转舵机(7)与喷淋头相连接，喷淋头位于试样放置托盘(5)的正上方，且其通过高压水管(13)与蠕动泵(3)相连接，蠕动泵(3)固定在工作台面(31)下方，其通过低压水管(1)与盛水箱(37)相连接，所述旋转舵机(7)和蠕动泵(3)均与控制柜(4)相连接。6.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述称重系统包括压力传感器(39)、称体(15)和称重显示屏(26)，压力传感器(39)位于称体(15)的一侧，其另一端与控制柜(4)相连接，所述称体(15)和称重显示屏(26)均固定设置在工作台面上。7.根据权利要求1所述一种用于多种材料的全自动干湿冻融循环试验系统，其特征在于：所述制冷系统包括制冷箱(36)、温度传感器(40)、步进电机(22)和限位开关，制冷箱(36)位于工作台面(31)最右侧，步进电机(22)设置在制冷箱(36)的一端，其另一端与控制柜(4)相连接，限位开关包括关门限位开关(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，李丽，魏建升，赵元科，张青龙，
申请(专利权)人：李丽，
类型：发明
国别省市：甘肃,62