专利名称：空心试样制样仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空心试样制样仪，是一种土工制样仪器。
背景技术：
土作为一种古老的建筑材料，其强度问题实际上是抗剪强度的测定问题。试验土 力学是现代土力学发展的四大支柱之一。伴随着科学的发展，先后出现了大量的室内测定 土的抗剪强度的方法。与其它试验方法相比，空心圆柱扭剪仪具有很多其它测试仪器没有 的优点对试样可以独立的施加三个方向的主应力，通过活塞杆施加扭矩与控制扭转位移 从而对试样施加剪应力，另外可以独立改变三个方向上的主应力，使主应力方向发生任意 偏转，以模拟实际土体中的主应力方向。所以，可以据此研究土的各向异性时的力学性质。 但是，试验所需要的空心试样制备起来十分麻烦，大大限制了该土工仪器的推广应用。制备空心试样，前人做了许多研究工作，但是方法与原理多属于古典击实试验，所 开发的仪器存在的缺陷归纳如下(1)制样花费时间长，难以脱模，效率低下；(2)自动化程 度很低，基本依靠人工作业；(3)密度、含水量不均勻；难以制备密度较大的试样；(4)试样 平整度较低；(5)无法保证精度，造成测试结果差异性很大，测试结果可比性差，可重复性 差；(6)严重噪声污染，强烈振动，严重影响他人正常工作。因此在岩土测试领域，为了克服 上述缺点，彻底解决空心试样制备难题，急需提供一种新的空心试样制样仪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用微控制器控制的可同时制备多个试样、可实现机 械化作业、批量化生产的空心试样制样仪，其可彻底解决了空心试样制备过程中的规模化 盛料与自动化脱模难题，制样效率高、重复性好、可比性强。本发明为了达到上述目的，提供一种空心试样制样仪，包括压头机构、传动机构和 控制器，压头机构由下模头、外模和上模头组成，两传动机构的传动轴对称地与丝杆连接， 丝杆与螺母件连接，螺母件通过螺栓分别紧固下模头和上模头，在螺母件上安装有位置传 感器，两传动机构和位置传感器通过电缆与控制器连接，上下两传动机构与外模分别安装 在固定物上。本发明空心试样制样仪所述的压头机构在制样时采用上下模头同时对外膜内的 试件进行双向压实制样。这种双向压实方式使试样受力为上下两个方向双向均勻受力，而 不是传统方法中采用的单向受力方式，因此可以较好的解决试验制样密度、含水量等指标 普遍存在的不均勻性问题，另外可以保证试样的平整度，可以制的密度很大的试样。本发明所述的压头机构的模具采用嵌入式模腔结构，可根据待制备的空心试样不 同形状更换尺寸、型号与模腔结构，一次制样可以同时制备多个试样。采用嵌入式模腔结 构，利用下模头推出试样，可彻底解决空心试样制备过程中的规模化盛料与自动化脱模问 题。本发明所述的传动机构，可以为机械传动机构或者电气传动机构或者流体传动机构。本发明所述的控制器通过电缆与位置传感器连接，位置传感器检测上模头与下 模头的位置，并反馈给控制器，控制器事先植入相关的控制程序，可控制电机转动、处理反 馈信号、设置参数、显示当前机器运行状态，实现试件预置长度、压实力、上下模头的加压距 离、压实量、压实速度、保压时间等各项状态参数的预置并显示于液晶屏幕上，具有良好的 人机交换界面，使试件的制备更加直观和容易控制；本发明空心试样制样仪工作过程是
1、开启控制器电源开关；通过控制器调节参数，根据试件预置长度和压实速度，设 置上模头下平面与下模头中部阶梯平面之间所要达到的最终距离、预压次数和上模头与下 模头在各预压循环中的上下移动速度，保压时间等各项状态参数。2、按动控制器上运行按钮，制样仪将按照设定的参数开始执行动作传动机构运 转，带动丝杆、下模头向上运动，直至下模头中部阶梯平面与外膜的膜腔下平面相重合，暂 停；将一定量待压料放入外膜腔中，继续执行下模头上运行动作；位置检测由位置传感器 完成，检测信号反馈至控制器进行处理，以判断是否到达指定位置。3、按动按钮，上模头开始向下运动，运动到其下平面与外膜腔上平面相重合时，下 模头也开始以相同的设置速度运动，至上模头与下模头之间的距离缩短到设置的值为止。4、上模头向上退回，至上模头下平面与外膜腔上平面相重合时为止，下模头同时 向下退，至下模头中部阶梯平面与外膜腔下平面重合时为止，之后重复过程3;如此按设置 的预压次数循环；循环完成后，上下模头的距离为最短。之后，上模头退至上限位置，下模头 向上运动，至样品完全露出为止，暂停。5、取出样品，下模头向下运动到下限位置。本发明空心试样制样仪具有如下的优点1、本发明空心试样制样仪的设计，完全摆脱古典制样中一贯采用击实法制样的思 维，而采用了双向压实方式制样，与其他结构类型制样仪器相比，本制样仪的设计科学、结 构简单，操作使用方便，技术性能较好，性价比高，便于维护保养。2、本发明空心试样制样仪工作时大大降低了噪声和振动，改善了工作环境。3、本发明空心试样制样仪采用嵌入式模腔结构，利用下模头推出试样，可彻底解 决了空心试样制备过程中的规模化盛料与自动化脱模问题，使机械化作业、批量化生产得 以实现。4、本发明空心试样制样仪制样工艺水平高，制得试样平整度较高，同时能较好地 解决试样密度、含水量等指标控制不均勻的问题，并较大的提升土工制样的效率，制样快 捷、高效、成本低，本制样仪在岩土测试领域具有重大科研价值与应用价值，值得推广。5、本发明空心试样制样仪不仅可以制备土试件，还可以制备类土类试件。
图1为本发明空心试样制样仪总体结构示意图。图中1传动机构、2丝杆、3螺母件、4螺栓、5下模头、6外模、7上模、8上模腔、9位 置传感器、10电缆、11控制器。
具体实施例方式下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明实施例1 本发明空心试样制样仪总体结构如图1所示，包括压头机构、传动机构、控制器，压头机构由下模头5、外模6和上模头7组成，选用两台伺服电机作为传动机构1， 两伺服电机的传动轴对称地与两丝杆2连接，两丝杆分别与两螺母件3连接，两螺母件通过 螺栓4分别紧固下模头5和上模头7，在两螺母件3上均安装有位置传感器9，两台伺服电 机和位置传感器通过电缆10与控制器11连接，上下两台伺服电机与外模6分别安装在固 定物上。实施例2 本发明实施例1的空心试样制样仪的使用步骤(1)开启控制器11电源，设置各项参数；(2)作为传动机构的伺服电机开始运行，带动丝杆2、下模头5向上运动，直至下模 头中部阶梯平面与外膜腔下平面相重合，暂停；(3)装入待压料；(4)上模头7开始向下运动，运动到其下平面与外膜腔上平面相重合时，下模头也 开始以相同的设置速度运动，直至上模头与下模头之间的距离缩短到设置的值为止。并自 动循环执行设置的压实次数，以及保压时间；(5)上模头退至上限位置，下模头向上运动，至样品完全露出为止，取出样品；(6)下模头退至下限位置，回初始状态，关机或进入下一工作循环。本发明空心试样制样仪设计科学、结构简单，操作使用方便，技术性能较好，性价 比高，便于维护保养；用于制样工艺水平高，能较好地解决试样密度、含水量等指标控制不 均勻的问题，能较大的提升土工制样的效率，制样成本低，技术性能较好；本制样仪不仅可 以在岩土测试领域制样，还可以制备类土类试件。
权利要求
一种空心试样制样仪，包括压头机构、传动机构和控制器，其特征在于压头机构由下模头、外�：蜕夏Ｍ纷槌桑酱沟拇岫猿频赜胨扛肆樱扛擞肼菽讣樱铰菽讣ü菟ǚ直鸾艄滔履Ｍ泛蜕夏Ｍ罚诹铰菽讣习沧坝形恢么衅鳎酱购臀恢么衅魍ü缋掠肟刂破髁樱舷铝酱褂胪饽７直鸢沧霸诠潭ㄎ锷�。
2.根据权利要求1所述的空心试样制样仪，其特征在于所述的压头机构在制样时采 用上下模头同时对外膜内的试件进行双向压实制样。
3.根据权利要求1所述的空心试样制样仪，其特征在于所述的压头机构的模具采用 嵌入式模腔结构，可根据待制备的空心试样不同形状更换尺寸、型号与模腔结构，一次制样 可同时制备多个试样。
4.根据权利要求1所述的空心试样制样仪，其特征在于所述的传动机构，可以为机械 传动机构或者电气传动机构或者流体传动机构。
全文摘要
本发明涉及一种空心试样制样仪，包括压头机构、传动机构和控制器，压头机构由上下模头和外模组成，两传动机构的传动轴对称地与丝杆连接，丝杆与螺母件连接，螺母件通过螺栓分别紧固下模头和上模头，螺母件上安装有位置传感器，传动机构和传感器通过电缆与控制器连接。本发明制样时采用上下模头同时向外模施压的双向压实结构；模具采用嵌入式模腔结构，可根据试样更换尺寸和型号。本制样仪设计科学、结构简单，操作使用方便，性价比高；用于制样彻底解决了制备过程中的规模化盛料与自动化脱模难题，可实现机械化作业、批量化生产，快捷高效成本低，试样重复性好、可比性强；本制样仪不仅可以在岩土测试领域制样，还可以推广制备类土类试件。
文档编号G01N1/28GK101813581SQ20101012827
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者侯天梁, 侯天顺, 吉金鹏 申请人:中国地质大学(武汉)
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