一种自动可控型试验砂样制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于建筑试验技术领域，涉及一种自动可控型试验砂样制备装置及方法，先将减速带刹车电机与变频器连接后再分别与计算机、plc操作控制器相连；在plc操作控制器上输入水平轨道的运动轨迹和运动速度，并检查水平位移系统是否正常工作；再将竖向位移控制系统与水平位移系统进行组装后连接到计算机和plc操作控制器上，并进行试验砂样制备前的运行检查；然后确定落砂的落距和落砂的流量以及卸砂系统的运动轨迹和卸砂系统的运动速度，通过plc操作控制器控制微型电机进行落砂，重复落砂过程直至土工试验砂样制备完成，将卸砂系统取下，完成试验砂样的制备；自动化程度高，砂样制备过程安全，土准备时间少，为土工试验的快速的进行提供可靠保障。

【技术实现步骤摘要】
一种自动可控型试验砂样制备装置及方法
：本专利技术属于建筑试验
，涉及一种自动可控型试验砂样制备装置及方法。
技术介绍
：近年来，土工离心模型实验能够提供与原型地基应力场高度相似的模拟环境，成为科学研究中的重要物理模拟手段，使用离心机模型技术研究岩土力学问题越来越受学者们的欢迎，而成功地开展离心机模型试验的前提就是模型土床的制备。为便于控制土床的相关特性，试验中常常首选再建土壤，此外，为确保试验的可重复性，这就要求在试验中必须能实现不同土样的可复制性。对于粘土而言，可通过将其初始泥浆状态固结，然后从这个大型土样上栽取若干来获得试验土样；但是砂土土样的制取并非那么简单，需要单独制备每个土样，这使控制土样的一致性成为有相当难度的问题。在土工模型试验中，装样控制是试验过程中基础而重要的环节，砂土装样主要通过相对密度进行控制，目前常见装样方法有振动法、击实法、插捣法和砂雨法等，探究装样方法的目的在于在试验过程中实现指定相对密度的模型砂样，并保证其均匀性和可重复性。同时也对其模型的装样质量提出了更高的要求，现有的试验设备及方法难以满足实际需求。因此，迫切需要设计一种自动可控的砂样制备装置，以满足现在土工试验对砂样的需求，从而推动我国离心模拟技术标准化及在实际工程中的应用，扩大离心模拟技术在工程界的影响力，开展全国岩土工程离心模拟平行试验。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种简便自动可控型试验砂样制备装置，在进行试验前，根据试验对砂样相对密度的需求进行制备砂样，能满足各种试验对于不同砂样的需求，保证试验的顺利进行，同时可以减少试验砂样的准备时间，缩短试验的准备工作。为了实现上述目的，本专利技术所述自动可控型试验砂样制备装置的主体结构包括水平位移控制系统、竖向位移控制系统、卸砂系统、激光位移采集系统和控制系统五个功能部分，水平位移控制系统包括水平Y轴齿条轨道、水平X轴齿条轨道、滑动块、减速带刹车电机、变频器，水平X轴齿条轨道安装在水平Y轴齿条轨道上组成工字型结构的水平轨道；水平Y轴齿条轨道和水平X轴齿条轨道均由工字钢、齿轮和齿条组成，固定块安装在滑轮上组成滑动块，滑动块的滑轮固定在水平X轴齿条轨道上的工字钢上，减速带刹车电机的一端通过齿轮和齿条与水平X轴齿条轨道上的工字钢相连，另一端与变频器连接并一起固定在滑动块的固定块上，减速带刹车电机带动滑动块通过齿轮和齿条在工字钢上运动，从而实现滑动块在x、y方向的运动；减速带刹车电机带动滑动块运动的速度通过数据线传送到控制系统，控制系统根据实际试验需求对减速带刹车电机的运动速度和运动轨迹进行调整；竖向位移控制系统采用无线控制的卷帘机，卷帘机的一端固定在滑动块上，能根据需要在水平面上任意运动，另一端通过挂钩与卸砂系统连接，用于调节卸砂系统的竖向位移，激光位移采集系统实时采集卸砂系统的位移数据并输送到控制系统，控制系统根据所采集的位移数据调整卷帘机的工作状态，控制卸砂系统的升高或降低；卸砂系统采用2.5毫米厚钢板做侧板，两块6毫米厚钢板做底板围成卸砂圆桶，底板由两块相同钢板通过螺栓上下连接组成，其中一块钢板与侧板焊接连接，另一块钢板与微型电机相连接，两块钢板上分别沿周向均匀开有圆孔，装砂时两块钢板上的圆孔错开，将卸砂系统关闭；当准备卸砂时，微型电机带动下钢板转动，两块钢板的圆孔相对应，将卸砂系统打开，并根据需要控制打开的圆孔大小进行卸砂；激光位移采集系统由四个微型激光位移计构成，四个微型激光位移计均匀固定在卸砂系统的侧板上，并且安装在同一平面上，微型激光位移计通过测量卸砂系统距卸砂平面的垂直距离确定卸砂系统是否倾斜，从而对卸砂系统进行微调，微型激光位移计将卸砂系统距卸砂平面的垂直距离传给控制系统，控制系统通过调整卸砂系统位移以达到试验所需要的落砂高度进行落砂工作；控制系统采用plc操作控制器，控制系统通过数据采集线分别与水平位移系统、竖向位移系统、激光位移采集系统和外接的计算机连接，外接的计算机采集水平位移系统的运动数据信息、竖向位移系统的竖向位移的数据信息和激光位移采集系统的数据信息并对采集到的数据信息进行处理后传送到plc操作控制器，plc操作控制器对各个系统的运动状态进行调整以达到试验需要的运动状态，用于完成试验砂样的制备。本专利技术所述卸砂系统的体积和底板的圆孔直径D根据以下三个条件确定：一是卸砂流量F(min/kg)与圆孔直径D(mm)大小关系式F＝0.161D-0.510；二是落砂的流量F、砂样相对密度Dr的关系；三是落砂管径D与砂土最大粒径d比值为2.35-5.2，本专利技术所述卸砂系统的半径R为0.3米，高h为0.6米，底板圆孔直径D大小为2cm。本专利技术采用所述自动可控型试验砂样制备装置制备试验砂样的具体过程为：(1)先将减速带刹车电机与变频器连接，再将减速带刹车电机与变频器的信号线分别与计算机、plc操作控制器相连；打开电源后在plc操作控制器上输入水平轨道的运动轨迹和运动速度，并检查水平位移系统是否正常工作；(2)将竖向位移控制系统与水平位移系统进行组装，将激光位移采集系统安装到卸砂系统的侧板上，将微型激光位移计安装在同一水平面上，再将卸砂系统安装在竖向位移系统上，组装完毕后，将数据采集线连接到计算机和plc操作控制器上，打开电源，进行试验砂样制备前的运行检查，检查整个装置是否正常运行；(3)根据土工试验对砂样相对密度的要求，确定落砂的落距和落砂的流量；同时根据对试验砂样的需求，确定卸砂系统的运动轨迹和卸砂系统的运动速度；(4)通过plc操作控制器控制微型电机将卸砂系统两块钢板上的圆孔错开后将卸砂系统移动到装砂的位置，通过外接的传送带将卸砂系统装满砂，再将卸砂系统移动到指定的落砂位置，通过微型激光位移计检查卸砂系统是否水平无倾斜，检查准备工作完成后，在plc操作控制器上输入所需要的卸砂系统运动轨迹(例如U形轨迹)、运动速度、落砂的流量和落砂的落距；然后打开卸砂系统和装置电源开关，落砂系统在水平位移控制系统和竖向位移控制系统的带动下开始进行土工试验砂样的制备，随着落砂的不断进行，激光位移采集系统实时不断采集卸砂系统与落砂平面的垂直位移的变化，并将采集的数据信息传送到计算机中，计算机经过数据分析处理后将指令信息传送给plc操作控制器中，plc操作控制器进行位移的调整，使得卸砂系统落砂的落距总是保持不变，保证制备的试验砂样更加均匀、准确、误差小；(5)卸砂装置内所有砂落完之后，重新将落砂系统移动到装砂位置，将卸砂系统两块钢板上的圆孔错开后，重新进行装砂工作，重复步骤(4)，直至土工试验砂样制备完成，将卸砂系统取下，完成试验砂样的制备。本专利技术与传统实验装置比较，具有以下优点：一是该装置可以实现在x、y轴运动，制作的土工试验砂样更均匀、连续，更加接近现实中的自然土层；二是能根据对砂样相对密度的实际需求进行制备砂样，砂样制备更加简便、快捷；三是能实时传输现场数据的信息到计算机中，由计算机进行数据处理，然后对砂样制备装置进行调节，使得砂样制备更加准确、误差小；四是砂样的制备自动化程度高，能制备大型试验的砂样，砂样制备更加简便，可靠度更高；五是砂样的制备全过程在计算机和plc操作控制器上进行操作，砂样制备过程更加安全，土工试样砂样的准备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动可控型试验砂样制备装置，其特征在于主体结构包括水平位移控制系统、竖向位移控制系统、卸砂系统、激光位移采集系统和控制系统五个功能部分，水平位移控制系统包括水平Y轴齿条轨道、水平X轴齿条轨道、滑动块、减速带刹车电机、变频器，水平X轴齿条轨道安装在水平Y轴齿条轨道上组成工字型结构的水平轨道；水平Y轴齿条轨道和水平X轴齿条轨道均由工字钢、齿轮和齿条组成，固定块安装在滑轮上组成滑动块，滑动块的滑轮固定在水平X轴齿条轨道上的工字钢上，减速带刹车电机的一端通过齿轮和齿条与水平X轴齿条轨道上的工字钢相连，另一端与变频器连接并一起固定在滑动块的固定块上，减速带刹车电机带动滑动块通过齿轮和齿条在工字钢上运动，从而实现滑动块在x、y方向的运动；减速带刹车电机带动滑动块运动的速度通过数据线传送到控制系统，控制系统根据实际试验需求对减速带刹车电机的运动速度和运动轨迹进行调整；竖向位移控制系统采用无线控制的卷帘机，卷帘机的一端固定在滑动块上，能根据需要在水平面上任意运动，另一端通过挂钩与卸砂系统连接，用于调节卸砂系统的竖向位移，激光位移采集系统实时采集卸砂系统的位移数据并输送到控制系统，控制系统根据所采集的位移数据调整卷帘机的工作状态，控制卸砂系统的升高或降低；卸砂系统采用2.5毫米厚钢板做侧板，两块6毫米厚钢板做底板围成卸砂圆桶，底板由两块相同钢板通过螺栓上下连接组成，其中一块钢板与侧板焊接连接，另一块钢板与微型电机相连接，两块钢板上分别沿周向均匀开有圆孔，装砂时两块钢板上的圆孔错开，将卸砂系统关闭；当准备卸砂时，微型电机带动下钢板转动，两块钢板的圆孔相对应，将卸砂系统打开，并根据需要控制打开的圆孔大小进行卸砂；激光位移采集系统由四个微型激光位移计构成，四个微型激光位移计均匀固定在卸砂系统的侧板上，并且安装在同一平面上，微型激光位移计通过测量卸砂系统距卸砂平面的垂直距离确定卸砂系统是否倾斜，从而对卸砂系统进行微调，微型激光位移计将卸砂系统距卸砂平面的垂直距离传给控制系统，控制系统通过调整卸砂系统位移以达到试验所需要的落砂高度进行落砂工作；控制系统采用plc操作控制器，控制系统通过数据采集线分别与水平位移系统、竖向位移系统、激光位移采集系统和外接的计算机连接，外接的计算机采集水平位移系统的运动数据信息、竖向位移系统的竖向位移的数据信息和激光位移采集系统的数据信息并对采集到的数据信息进行处理后传送到plc操作控制器，plc操作控制器对各个系统的运动状态进行调整以达到试验需要的运动状态，用于完成试验砂样的制备。...

【技术特征摘要】
1.一种自动可控型试验砂样制备装置，其特征在于主体结构包括水平位移控制系统、竖向位移控制系统、卸砂系统、激光位移采集系统和控制系统五个功能部分，水平位移控制系统包括水平Y轴齿条轨道、水平X轴齿条轨道、滑动块、减速带刹车电机、变频器，水平X轴齿条轨道安装在水平Y轴齿条轨道上组成工字型结构的水平轨道；水平Y轴齿条轨道和水平X轴齿条轨道均由工字钢、齿轮和齿条组成，固定块安装在滑轮上组成滑动块，滑动块的滑轮固定在水平X轴齿条轨道上的工字钢上，减速带刹车电机的一端通过齿轮和齿条与水平X轴齿条轨道上的工字钢相连，另一端与变频器连接并一起固定在滑动块的固定块上，减速带刹车电机带动滑动块通过齿轮和齿条在工字钢上运动，从而实现滑动块在x、y方向的运动；减速带刹车电机带动滑动块运动的速度通过数据线传送到控制系统，控制系统根据实际试验需求对减速带刹车电机的运动速度和运动轨迹进行调整；竖向位移控制系统采用无线控制的卷帘机，卷帘机的一端固定在滑动块上，能根据需要在水平面上任意运动，另一端通过挂钩与卸砂系统连接，用于调节卸砂系统的竖向位移，激光位移采集系统实时采集卸砂系统的位移数据并输送到控制系统，控制系统根据所采集的位移数据调整卷帘机的工作状态，控制卸砂系统的升高或降低；卸砂系统采用2.5毫米厚钢板做侧板，两块6毫米厚钢板做底板围成卸砂圆桶，底板由两块相同钢板通过螺栓上下连接组成，其中一块钢板与侧板焊接连接，另一块钢板与微型电机相连接，两块钢板上分别沿周向均匀开有圆孔，装砂时两块钢板上的圆孔错开，将卸砂系统关闭；当准备卸砂时，微型电机带动下钢板转动，两块钢板的圆孔相对应，将卸砂系统打开，并根据需要控制打开的圆孔大小进行卸砂；激光位移采集系统由四个微型激光位移计构成，四个微型激光位移计均匀固定在卸砂系统的侧板上，并且安装在同一平面上，微型激光位移计通过测量卸砂系统距卸砂平面的垂直距离确定卸砂系统是否倾斜，从而对卸砂系统进行微调，微型激光位移计将卸砂系统距卸砂平面的垂直距离传给控制系统，控制系统通过调整卸砂系统位移以达到试验所需要的落砂高度进行落砂工作；控制系统采用plc操作控制器，控制系统通过数据采集线分别与水平位移系统、竖向位移系统、激光位移采集系统和外接的计算机连接，外接的计算机采集水平位移系统的运动数据信息、竖向位移系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊伟，赵国晓，赵彦平，王永洪，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37