测量根土复合体的摩擦力与抗拉力的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量根土复合体的摩擦力与抗拉力的装置及其使用方法，所属抗拉力测量技术领域，包括：框架、拉拔系统、温控系统和数据采集与处理系统；框架包括试验台底座、支柱一、支柱二和横支撑梁，支柱一和支柱二分别固定在试验台底座的两侧，横支撑梁的两端分别与支柱一和支柱二的顶部固定连接，且夹具室位于支柱一、支柱二和横支撑梁之间；该装置实现对不同温度尤其是低温环境下的根系摩擦力与抗拉力进行测量并维持其试样的温度，且结合传感器组、数据采集箱和工作站实现了对试验数据的自动采集和处理，从而保证数据采集的可靠性，避免产生误差。避免产生误差。避免产生误差。

【技术实现步骤摘要】
测量根土复合体的摩擦力与抗拉力的装置及其使用方法


[0001]本专利技术属于抗拉力测量
，具体涉及一种测量根土复合体的摩擦力与抗拉力的装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]植被护坡能够有效地克服工程措施护坡的不足，不仅能发挥固土护坡作用，还能充分发挥植被的景观效应和环境效应，起到恢复生态、保护环境、美化景观的作用，因此被广泛应用于土质边坡防护。固土护坡作用主要是由根系在土中相互交错与土体构成根土复合体，当土体在受到外力作用下发生变形时，根系的张拉会限制土体的变形，这种根系限制土体变形的作用来源于土体与根系的摩擦力和根系抗拉力，摩擦力和抗拉力越大，则根系提高根土复合体的能力就越强。
[0003]现有的根土摩擦力多采用拉力计直接测量，人为干扰因素较大，不能精准的记录实验数据，从而会造成较大的测量误差，且现有的试验装置不能测量不同温度环境下的根土摩擦力，特别是不能考虑低温对根
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土摩擦力的影响，而低温环境必然对根
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土摩擦力产生影响，尤其在寒冷地区对根
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土摩擦力的测量，对于计算植被根系作用边坡的稳定性至关重要。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供一种测量根土复合体的摩擦力与抗拉力的装置及其使用方法，该装置实现对不同温度尤其是低温环境下的根系摩擦力与抗拉力进行测量，且结合传感器组、数据采集箱和工作站实现了对试验数据的自动采集和处理，从而保证数据采集的可靠性，避免产生误差。
[0005]其具体技术方案为：一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置，包括：框架、拉拔系统、温控系统和数据采集与处理系统；框架包括试验台底座、支柱一、支柱二和横支撑梁，支柱一和支柱二分别固定在试验台底座的两侧，横支撑梁的两端分别与支柱一和支柱二的顶部固定连接，且夹具室位于支柱一、支柱二和横支撑梁之间；拉拔系统包括试样轴向拉拔设备、轴向限位装置和根系夹具，轴向限位装置固定在支柱一的顶部，试样轴向拉拔设备固定在轴向限位装置上并位于横支撑梁的上方，至少部分轴向拉拔设备穿过横支撑梁并嵌入夹具室内，且根系夹具与试样轴向拉拔设备的底部相连接；温控系统包括恒温室、试样温控箱、第一冷却液输入管、第一冷却液输出管、第二冷却液输入管和第二冷却液输出管，恒温室设置在支柱一和支柱二之间，恒温室位于夹具室下方，恒温室内设有连接环，连接环内设有螺旋状冷却管，试样温控箱与第一冷却液输入管的一端相连通，第一冷却液输入管的另一端与螺旋状冷却管的一端相连通，螺旋状冷却管的另一端与第一冷却液输出管的一端相连通，第一冷却液输出管的另一端与试样温控箱相连通，且第二冷却液输入管和第二冷却液输出管的两端均分别与恒温室和试样温控箱相连接；数据采集与处理系统包括传感器组、数据采集箱
和工作站，传感器组包括轴向拉力传感器、轴向旋出式位移传感器、轴向上限位传感器、轴向下限位传感器、第一温度传感器和第二温度传感器，数据采集箱对传感器组监测的数据进行采集，并通过工作站进行分析处理；具体地，试样温控箱上设有温控面板；具体地，工作站包括轴向伺服控制台、微型计算机和数据处理软件。
[0006]另外，本专利技术提供的上述技术方案中的一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，轴向拉拔设备包括：轴向伺服电机、轴向减速机、轴向旋出螺杆、轴向转换轴和轴向传力轴；轴向伺服电机设置在横支撑梁的上方；轴向减速机的输入轴与轴向伺服电机的输出端相连接，且轴向减速机固定在轴向限位装置上；轴向旋出螺杆的顶端与轴向减速机的输出轴相连接，且轴向选出螺杆穿过横支撑梁并嵌入夹具室内；轴向转换轴与轴向旋出螺杆的底部相连接，轴向拉力传感器的顶部与轴向转换轴的底部相连，且轴向转换轴绕设在轴向旋出螺杆的外侧；轴向传力轴的顶部与轴向拉力传感器的底部相连接，且根系夹具通过轴向固定轴与轴向传力轴的底部连接。
[0007]在上述技术方案中，轴向限位装置包括：轴向限位支柱、轴向限位支板和轴向限位部件；轴向限位支柱固定在支柱一的顶部；轴向限位支板固定在轴向限位支柱上；轴向限位部件与轴向限位支板相连，且轴向减速机固定在轴向限位部件上。
[0008]在上述技术方案中，还包括：第一密封活塞套和第二密封活塞套；第一密封活塞套设置在夹具室内，第一密封活塞套与轴向旋出螺杆相连；第二密封活塞套与第一密封活塞套相连接，轴向转换轴依次穿过第一密封活塞套和第二密封活塞套，且轴向转换轴通过第二密封活塞套与夹具室顶部密封连接。
[0009]在上述技术方案中，根系夹具包括：第一钢板和第二钢板；第一钢板与轴向固定轴相连接；第二钢板通过螺母与第一钢板相连接，且第一钢板与第二钢板之间有距离。
[0010]在上述技术方案中，还包括：箱体、千斤顶、垫板、试样桶、压杆、压块和根系模具；箱体包括底座、四个立柱和横梁，四个立柱分别固定在底座上，且横梁与立柱通过螺母连接；千斤顶设置在箱体内；垫板设置在千斤顶的顶面；试样桶为两端具有开口的中空腔体，且试样桶设置在垫板的顶面；压杆与横梁固定连接；压块的底部设有卡槽，压块与压杆相连接，且至少部分压块嵌入试样桶内；根系模具上的卡口嵌入压块的卡槽内。
[0011]在上述技术方案中，恒温室四周与底面铺设有保温板，且恒温室内设有连接柱，连接柱通过第二冷却液输入管和第二冷却液输出管与试样温控箱连接。
[0012]在上述技术方案中，还包括：让位孔；让位孔贯穿设置在横支撑梁上，且至少部分轴向旋出螺杆和轴向旋出式位移传感器嵌入让位孔内。
[0013]在上述技术方案中，使用方法包括如下步骤：S1：将根土复合体试样放入恒温室内的连接环的内部，调节拉拔系统使根系夹具下降至合适的位置，将根土复合体试样的根系夹在第一钢板和第二钢板之间并拧动螺母固定根土复合体试样的根系的位置，关闭恒温室的门，完成装样操作；S2：开启温控系统，根据设计需要的温度，通过调节温控面板实现调节根土复合体试样的温度，并使第一冷却液输入管和第一冷却液输出管与第二冷却液输入管和第二冷却液输出管的液体循环流动，从而使恒温室内的连接柱、连接环的工作温度与试样设计温度一致；
S3：开启数据采集与处理系统，采集根土复合体试样温度信息，采集拉拔系统的轴向位移和轴向拉力信息，当采集到的根土复合体试样温度与温控面板显示温度一致时，工作站的微型计算机上会出现提示信息，根土复合体试样达到设计温度后通过工作站设置轴向伺服控制台的工作参数，使轴向拉拔设备对根土复合体进行轴向拉拔，通过数据采集与处理系统实时获取并存储根土复合体试样的温度和根系位移信息，由工作站的数据处理软件对采集的数据进行分析成像处理，最后通过时间与轴向拉力的关系图得出根土复合体根
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土摩擦力与抗拉力。
[0014]在上述技术方案中，使用方法还包括：在千斤顶上放置一个垫板，将试样桶放置在垫板上并将土样倒入试样桶内，调整横梁的高度并将横梁固定在立柱上，将根系模具的卡口嵌入压块的卡槽内，启动千斤顶使试样桶向上移动，压块压实土样使土样达到试验要求，再关闭千斤顶使试样桶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置，其特征在于，包括：框架，所述框架包括试验台底座、支柱一、支柱二和横支撑梁，所述支柱一和所述支柱二分别固定在所述试验台底座的两侧，所述横支撑梁的两端分别与所述支柱一和所述支柱二的顶部固定连接，且所述夹具室位于所述支柱一、所述支柱二和所述横支撑梁之间；拉拔系统，所述拉拔系统包括试样轴向拉拔设备、轴向限位装置和根系夹具，所述轴向限位装置固定在所述支柱一的顶部，所述试样轴向拉拔设备固定在所述轴向限位装置上并位于所述横支撑梁的上方，至少部分所述轴向拉拔设备穿过所述横支撑梁并嵌入所述夹具室内，且所述根系夹具与所述试样轴向拉拔设备的底部相连接；温控系统，所述温控系统包括恒温室、试样温控箱、第一冷却液输入管、第一冷却液输出管、第二冷却液输入管和第二冷却液输出管，所述恒温室设置在所述支柱一和所述支柱二之间，所述恒温室位于所述夹具室下方，所述恒温室内设有连接环，所述连接环内设有螺旋状冷却管，所述试样温控箱与所述第一冷却液输入管的一端相连通，所述第一冷却液输入管的另一端与所述螺旋状冷却管的一端相连通，所述螺旋状冷却管的另一端与所述第一冷却液输出管的一端相连通，所述第一冷却液输出管的另一端与所述试样温控箱相连通，且所述第二冷却液输入管和所述第二冷却液输出管的两端均分别与所述恒温室和所述试样温控箱相连接；数据采集与处理系统，所述数据采集与处理系统包括传感器组、数据采集箱和工作站，所述传感器组包括轴向拉力传感器、轴向旋出式位移传感器、轴向上限位传感器、轴向下限位传感器、第一温度传感器和第二温度传感器，所述数据采集箱对传感器组监测的数据进行采集，并通过工作站进行分析处理；具体地，所述试样温控箱上设有温控面板；具体地，工作站包括轴向伺服控制台、微型计算机和数据处理软件。2.根据权利要求1所述的一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置，其特征在于，所述轴向拉拔设备包括：轴向伺服电机，所述轴向伺服电机设置在所述横支撑梁的上方；轴向减速机，所述轴向减速机的输入轴与所述轴向伺服电机的输出端相连接，且所述轴向减速机固定在所述轴向限位装置上；轴向旋出螺杆，所述轴向旋出螺杆的顶端与所述轴向减速机的输出轴相连接，且所述轴向选出螺杆穿过所述横支撑梁并嵌入所述夹具室内；轴向转换轴，所述轴向转换轴与所述轴向旋出螺杆的底部相连接，所述轴向拉力传感器的顶部与所述轴向转换轴的底部相连，且所述轴向转换轴绕设在所述轴向旋出螺杆的外侧；轴向传力轴，所述轴向传力轴的顶部与所述轴向拉力传感器的底部相连接，且所述根系夹具通过轴向固定轴与所述轴向传力轴的底部连接。3.根据权利要求2所述的一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置，其特征在于，所述轴向限位装置包括：轴向限位支柱，所述轴向限位支柱固定在所述支柱一的顶部；轴向限位支板，所述轴向限位支板固定在所述轴向限位支柱上；轴向限位部件，所述轴向限位部件与所述轴向限位支板相连，且所述轴向减速机固定
在所述轴向限位部件上。4.根据权利要求3所述的一种测量根土复合体摩擦力与抗拉力的装置，其特征在于，还包括：第一密封活塞套，所述第一密封活塞套设置在所述夹具室内，所述第一密封活塞套与所述轴向旋出螺杆相连；第二密封活塞套，所述第二密封活塞套与所述第一密封活塞套相连接，所述轴向转换轴依次穿过所述第一密封活塞套和所述第二密封活塞套，且所述轴向转换轴通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清林，罗宣兵，杨潇飞，刘星炎，程建军，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：