一种用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪

摘要

本发明公开了一种用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，包括支架，支架上有底板，在底板下方安装有同步电机，底板上设置有下切土盘，该下切土盘由同步电机带动旋转；在底板上分布有支撑立柱，支撑立柱上有顶板，在顶板上安装有连接轴，连接轴上有和下切土盘相对应的上切土盘；顶板上还安装有可伸缩的推杆，在可伸缩的推杆上方设有直流电机，可伸缩的推杆下方有削土刀架和直线电机，削土刀架上安装有切土刀，直线电机带动削土刀架在导轨上往复运动。本发明使用方便，在制样时可以精确的控制试样的尺寸，并且自动化程度较高，且能提高制样的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备，具体涉及一种用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪。

背景技术

目前，进行土的三轴试验时，一般都要根据试验规程的要求，对土样进行必要的加工制备。对于扰动土来说，一般是采用与仪器配套的击样装置将配制好的土样按预定的干密度分层击实，然后直接安装在试验底座上，进行试验。而对于原状土样的制备，一般采用与试验仪器配套的切土装置将土样切削成型。目前各仪器生产厂家生产的切土盘的结构形式除固定框架存在一些差异外，其用于放置和固定土样的部分基本相同，都是在固定框架的上下分别安装一个能够转动的圆盘，制样时将土样放置在两个圆盘中间夹紧，然后不断转动固定土样圆盘，并用切土刀或者钢丝锯进行切削工作。由于土样的软硬差异较大，在制样过程中存在以下问题：（1）在黄土含水率较小时，黄土呈坚硬或硬塑状态，采用切土刀切土时，用力小时很难削动，若用力过大，易造成土样破碎（或局部掉块）；在黄土含水率较大时，黄土呈塑性状态，强度大幅度降低，切土时，如用力不均，易造成土样扭裂或局部切削过度。（2）采用手工切削，土样尺寸控制不易，易出现土样上下直径不一致，土样不圆等问题。另外，黄土结构疏松，土样所能承受的轴向扭力很小，如果采用类似车床的切削方法，势必增加土样的轴向扭力，造成土样扰动。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，该仪器能够克服手工削样过程对土样的扰动，提高制样的精度和效率，以便对土样进行静三轴和动三轴试验，得到可信的试验数据。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，包括支架，支架上有底板，其特征在于，在底板下方安装有同步电机，底板上设置有下切土盘，该下切土盘由同步电机带动旋转；在底板上分布有支撑立柱，支撑立柱上有顶板，在顶板上安装有连接轴，连接轴上有和下切土盘相对应的上切土盘；顶板上还安装有可伸缩的推杆，在可伸缩的推杆上方设有直流电机，可伸缩的推杆下方有削土刀架和直线电机，削土刀架上安装有切土刀，直线电机带动削土刀架在导轨上往复运动。

本发明的用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪精度高，自动化程度高，适用于动、静三轴试验制样，还可满足科研和生产制样需要。其主要优点为：（1）采用竖向切削方式，减少切削过程对土样的扰动；（2）控制精度高，采用步进电机进行尺寸控制，步进电机的精度＜0.1mm，因此土样的尺寸控制比较严格；（3）操作方便，仪器的控制可采用制样程序，制样时，只需调用相应的程序即可控制仪器完成削样过程；（4）可采用不同的切削刀具，配合不同的切削方式，可以对不同结构的土体进行切削。

附图说明

图1是本发明的用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图中的标号分别表示：1、直流电机，2、可伸缩的推杆，3、连接轴，4、顶板，5、上切土盘，6、立柱，7、削土刀架，8、直线电机，9、导轨，10、下切土盘，11、同步电机，12、支架，13、霍尔开关，14、底板。

以下结合附图和工作原理对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见附图1，本发明的用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，包括支架12，支架12上有底板14，在底板14下方安装有同步电机11，底板14上设置有下切土盘10，该下切土盘10由同步电机11带动旋转；在底板14上分布有支撑立柱6，支撑立柱6上有顶板4，在顶板4上安装有连接轴3，连接轴3上有和下切土盘10相对应的上切土盘5；顶板4上还有可伸缩的推杆2，在可伸缩的推杆2上方设有直流电机1，可伸缩的推杆2下方有削土刀架7和直线电机8，削土刀架7上安装有切土刀，直线电机8带动削土刀架7在导轨9上往复运动。

可伸缩的推杆2最大行程250mm。

支撑立柱6有三根，位于顶板4和地板14之间，支撑立柱6之间的角度为120°。支撑立柱6高度为250mm，可满足多种试件尺寸要求。为了控制削土刀架7移动的位置，支撑立柱6上有一对霍尔开关13，通过霍尔开关13限制可伸缩的推杆2的位移。

连接轴3通过轴承能够旋转，也能够上下移动。

上切土盘5和下切土盘10带有固定针，可以固定土样。

下切土盘10与底板14采用密封的轴承连接，下切土盘10与步进电机11通过联轴器连接。

直线电机8可以精确的控制削土刀架7的位置，刀架可以安装不同的切土刀头，以适应不同的土性。当黄土较为坚硬时，可选择双刃旋转刀；当黄土较为松软时可直接安装板式切土刀进行切削。仪器的控制可以手动控制下切土盘10转动、削土刀架7上下移动、切土刀转动、前进和后退，也可采用程序控制的方式实现自动削土。

使用时先提起连接轴3，将土样轻轻放置在上、下切土盘（5，10）之间，放下轴连接3，靠连接轴3的重力将土样夹住，固定连接轴3上的固定螺丝，使连接轴3只能转动，不能上下移动。根据土样高度，调整霍尔开关13的位置，以控制削土刀架7运动高度。

打开控制电源，按下程序按钮，根据要求的土样尺寸及土样的性质，通过选择已存贮好的执行程序，按照预定程序执行削土任务。任务执行完毕，削土刀架7自动回到程序的初始位置。

以下发明人给出一些典型的控制程序：

（1）某黄土样，含水率6.3%-6.8%，比较坚硬，采用削土刀手工制样比较困难，因此在本发明的削样仪上进行制样。程序控制流程如下：

a）在削土刀架7上安装双刃旋转刀，装样，启动程序；

b）直流电机1启动，可伸缩的推杆2带动削土刀架7和直线电机8向上运动，到达土样顶部时，上部霍尔开关13发出信号；

c）可伸缩的推杆2停止运动，步进电机11带动切土盘10旋转20°；

d）直流电机1启动，可伸缩的推杆2带动向下运动，到达土样底部时，下部霍尔开关13发出信号；

e）可伸缩的推杆2停止运动，步进电机11带动下切土盘10旋转20°；

f）重复b）~e）步骤动作9次，即上下切土盘（5、10）旋转1圈，直线电机8带动削土刀架7及双刃旋转刀向前运动5mm；

g）重复以上动作，直至土样直径达到预设的50mm时，停止切土动作，切土刀架7自动回到程序的初始位置。

（2）某黄土样，含水率10.3%~11.0%，比较疏松，因此选择刀架上安装板式切土刀制样。程序控制流程如下：

a）板式削土刀固定在切土刀架7上，装样，启动程序；

b）直流电机1启动，可伸缩的推杆2带动削土刀架7和直线电机8向上运动，到达土样顶部时，上部霍尔开关13发出信号；

c）可伸缩的推杆2停止运动，步进电机11带动切土盘10旋转20°；

d）可伸缩的推杆2停止运动，削土刀架7向下运动，到达土样底部时，下部霍尔开关13发出信号；

e）可伸缩的推杆2停止运动，步进电机11带动下切土盘10旋转20°；

f）重复b）~e）步骤动作9次，即上下切土盘（5、10）旋转1圈，直线电机8带动切土刀架7和板式削土刀向前运动5mm；

g）重复以上动作，直至土样直径达到预设的50mm时，停止切土动作，切土刀架7自动回到程序的初始位置。

本发明的用于制备三轴试验用原状黄土试样的削样仪，在制样时可以精确的控制试样的尺寸，并且自动化程度较高，且能提高制样的效率。