一种土工三轴试验智能切土装置及制样方法与流程

1.本发明涉及地质勘察技术领域，尤其涉及一种土工三轴试验智能切土装置及制样方法。


背景技术：

2.随着我国基础设施的大力建设，岩土工程地质勘察是不可或缺的一项重要内容。很多房屋建筑、公路、铁路等地基基础工程建设都是基于室内试验的数据而开展，而三轴试验是一种重要的室内试验手段，试验数据的真实性和准确性都将对工程的建设产生一定影响。切土器是室内三轴试验常用的一种切土装置，主要用于获取不同直径的圆柱土样以开展相关的试验，得到不同的试验数据。目前，室内三轴试验切割土样还是采用切土刀且需人工手动切样，并通过手动旋转上顶部转杆，实现土样的旋转切割。当需要切割的土样较多时，传统切土器的弊端就显现而出。传统切土器的操作方法不仅费时费力，制样效率较低，而且制作的土样质量良莠不齐，受人为因素的影响较大，同时也会对后续试验数据的准确性产生一定误差。
3.传统切土器需要人工手动切削土样，同时需要人为转动土样，才能实现不同角度的切割。同时，人为切削土样容易造成切削的土样大小不一致，质量良莠不齐，对试验的结果会产生一定影响。另外，采用切土刀人工切削土样容易存在安全隐患。总的来说，传统切土器具有费时费力，制样质量良莠不齐，智能化程度较低，安全不可控等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种土工三轴试验智能切土装置及制样方法，解决传统切土器具有费时费力，制样质量良莠不齐，智能化程度较低，安全不可控等的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种土工三轴试验智能切土装置，包括固定框台，固定框台包括下底板和上顶板，下底板上设置有液压千斤顶，液压千斤顶上设置转动控制器，转动控制器上设置有下转动圆盘，下转动圆盘上设置有下钉盘，下钉盘的侧边设置有碎土收纳盘，上顶板的底部设置有上固定杆，上固定杆的下端设置有上转动圆盘，上转动圆盘的下端设置有上钉盘，上钉盘设置在下钉盘的正上方，上顶板上设置有可移动设置的电动液压推杆，电动液压推杆的下方设置有切土刀片，液压千斤顶、转动控制器和电动液压推杆均设置的控制装置连接。
7.进一步地，液压千斤顶上设置有位移传感器和垫块，位移传感器设置在液压千斤顶上，垫块设置在位移传感器的上方，转动控制器设置在垫块的上方，位移传感器与控制装置连接。
8.进一步地，上顶板上设置有轨道槽，电动液压推杆穿过轨道槽并设置在微调装置，微调装置与控制装置连接，微调装置用于调节电动液压推杆在轨道槽上滑动，调整切土刀片切割样土的厚度。
9.进一步地，上顶板上设置有超声波阵列，超声波阵列围绕成若干个圆形结构，并设
置在上固定杆的外侧，超声波阵列与控制装置连接，控制装置用于检测土样的外径大小，然后传给控制装置，控制装置控制微调装置带动电动液压推杆，每切割一周调整一次。
10.进一步地，下底板和上顶板之间设置有若干根支撑柱，支撑柱的顶部设置螺帽拧紧，液压千斤顶外设置有油泵，油泵与液压千斤顶通过导管连接。
11.进一步地，切土刀片安装在电动液压推杆的前端，切土刀片为一侧开刃且可拆卸式的刀片，同时可进行不同角度的刀片调整，实现不同角度的土样切割，切土刀片逆时针和顺时针旋转角度均在0
°
～90
°
之间，0
°
表示刀片垂直土样顶部。
12.进一步地，切土刀片在切土过程中与上钉盘最外侧边缘相切设置，碎土收纳盘为一圆形可拆卸式收纳盘，用来收集切碎的土样，跟随下转动圆盘一起转动。
13.进一步地，上钉盘和下钉盘通过钉齿固定所切割的土样，上钉盘与切割土样直径相同，可拆卸更换不同直径的上钉盘，实现不同直径的试样制作。
14.一种土工三轴试验智能切土装置的制样方法，所述方法包括如下步骤：
15.步骤1：准备土样，将土样放置在下钉盘上固定好；
16.步骤2：调节支撑柱至一固定的高度，使得上钉盘对准土样的顶部中心位置；
17.步骤3：将油泵、液压千斤顶、位移传感器、转动控制器、电动液压推杆与控制装置连接好，并在控制装置中设置液压千斤顶的上升高度，通过控制装置控制油泵的供油量，控制液压千斤顶的上升高度；
18.步骤4：当液压千斤顶上升到设置的高度时，控制装置根据位移传感器测量的数据，自动记录当前的位移值，同时记录油泵输出的供油量以及油压值；
19.步骤5：土样安装完成以后，通过控制装置控制电动液压推杆移动到土样上方合适的位置，在控制装置中启动电动液压推杆的开关，切土刀片开始从上往下垂直切割土样，下转动圆盘每转动一次，切土刀片就切割一次，直至把土样切割完成，在切割土样的过程中，调整切土刀片的倾斜角度；
20.步骤6：当土样切割完成以后，将电动液压推杆收回，此时切土刀片跟随电动液压推杆上升，远离土样，最后在控制装置上关闭电动液压推杆开关；
21.步骤7：在控制装置上设置液压千斤顶的下降高度，控制装置根据之前记录的液压千斤顶的上升高度以及油泵输出的供油量，自动进行液压千斤顶的下降以及回油，同时记录下降后的位移值和油压值；当油泵油压不足时，控制装置(9)会进行自动预警提醒，实现智能化操作；
22.步骤8：取下切好的土样，处理好碎土收纳盘中的碎土样，清洁仪器，关闭控制装置。
23.进一步地，步骤5中调整切土刀片的倾斜角度具体过程为，设下转动圆盘每次转动的角度为x
°
/次，转动一次所需的时间为t0，则转动一周的次数共有次，转动n周的次数有次，圆盘转动的总角度为
24.设下转动圆盘每转动角度xi°
后到下一次角度x
i 1
°
开始转动前之间的停留时间为t1；
25.设下转动圆盘的直径为d，则下转动圆盘转完一周的平均速度为
26.设切土刀片从开始切割位置处到土样底部高度为h，完成一次切割的时间为t2，则需t2＝t0 t1，此时切土刀片的切割速度为
27.切土刀片可旋转角度在0
°
～90
°
之间，设调整的刀片角度为y
°
，切土刀片尖端到其旋转中心的旋转半径为r，刀片角度从0
°
旋转到y
°
时的时间为t3，则刀片旋转速度为
28.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
29.本发明采用自动切土刀片，可保证切土的大小和质量可控，同时可更换不同直径的上钉盘实现不同直径的土样制作，满足三轴试验对于土样直径的各项需求。通过控制装置设置相关参数，在切土制样过程中实现液压千斤顶的上升和下降，油泵的供油和回油，切土刀的切土速度和角度调整，电动液压推杆的伸缩和移动，以及下转动圆盘的自动旋转等操作；控制装置可记录每次切土的土样类型、尺寸大小、试样完整性等，同时可形成每次切样的记录单，方便实验室的管理、查阅和维修，推动实验室向规范化、标准化和科学化建设。综上所述，本发明具有智能化程度较高、安全性较好、稳定性较好、省时省力、适用性强、切土质量可控、精度较高等优点。
附图说明
30.图1是本发明装置结构示意图；
31.图2是本发明操作平台结构示意图；
32.图3是本发明电动液压推杆轨道槽结构示意图。
33.附图中，1.下底板、2.液压千斤顶、3.位移传感器、4.垫块、5.转动控制器、6.支撑柱、7.下转动圆盘、8.碎土收纳盘、9.控制装置、10.下钉盘、11.上钉盘、12.上转动圆盘、13.上固定杆、14.切土刀片、15.上顶板、16.电动液压推杆、17.螺帽、18.油泵、19.轨道槽。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
35.如图1-3所示，一种土工三轴试验智能切土装置，包括操作平台、液压千斤顶2、位移传感器3、转动控制器5、电动液压推杆16、控制装置9、油泵18。控制装置9可以为电脑主机等。
36.所述操作平台，包括上顶板15、下底板1，上顶板15和下底板1之间通过高度可调节的支撑柱6连接；支撑柱6为四根圆形钢管，四根圆形钢管穿过上顶板15，由四颗螺帽17固定；上固定杆13设置在上顶板15下方，上固定杆13下方设有上转动圆盘12，上转动圆盘12下
方设有上钉盘11；电动液压推杆16设在开有轨道槽19的上顶板15上，电动液压推杆16前端装有切土刀片14；液压千斤顶2设置在下底板1上方，液压千斤顶2与油泵18进行连接，同时安装有位移传感器3；液压千斤顶2上方设有垫块4，垫块4上方设有转动控制器5，上转动圆盘12跟随下转动圆盘7转动；转动控制器5上方设有碎土收纳盘8；碎土收纳盘8上方设有下转动圆盘7，碎土收纳盘8跟随下转动圆盘7转动；下转动圆盘7上方设有下钉盘10；上钉盘11和下钉盘10用来固定切割土样；液压千斤顶2、位移传感器3、转动控制器5、电动液压推杆16、油泵18均与控制装置9连接。
37.所述上顶板15开有电动液压推杆16轨道槽19。所述电动液压推杆16与控制装置9采用有线方式连接，通过控制装置9控制电动液压推杆16的伸长和回收，以及在轨道槽19上的移动。所述切土刀片14安装在电动液压推杆16的前端，为一侧开刃且可拆卸式的刀片，同时可进行不同角度的刀片调整，实现不同角度的土样切割；切土刀片14逆时针和顺时针旋转角度均在0
°
～90
°
之间，0
°
表示刀片垂直土样顶部。
38.所述切土刀片14在切土过程中可以与上钉盘11最外侧边缘相切。所述钉盘，包括上钉盘11和下钉盘10，通过钉齿固定所切割的土样，上钉盘11与切割土样直径相同，可拆卸更换不同直径的上钉盘11，实现不同直径的试样制作。
39.所述碎土收纳盘8，为一圆形可拆卸式收纳盘，用来收集切碎的土样，跟随下转动圆盘7一起转动。所述垫块4为方形或圆形钢板垫块。所述控制装置9，通过有线方式与液压千斤顶2、位移传感器3、转动控制器5、电动液压推杆16、油泵18进行连接，实现数据通信和调节控制。所述控制装置9，通过内置程序来控制油泵18供油量，调节液压千斤顶2升降高度；同时控制转动控制器5的转动速度，调节试样旋转速度；控制切土刀片14切割速度和转动角度；控制电动液压推杆16的伸缩和移动，实现智能化切土。所述控制装置9，可记录每次切土的土样类型、尺寸大小、试样完整性等，形成试验记录单，方便实验室管理和维修。
40.同时还另外一种设置调节装置，就是在上顶板15上设置有轨道槽19，电动液压推杆16穿过轨道槽19并设置在微调装置，微调装置与控制装置(9)连接，微调装置用于调节电动液压推杆16在轨道槽19上滑动，调整切土刀片14切割样土的厚度。上顶板15上设置有超声波阵列，超声波阵列围绕成若干个圆形结构，并设置在上固定杆13的外侧，超声波阵列与控制装置9连接，控制装置9用于检测土样的外径大小，然后传给控制装置9，控制装置9控制微调装置带动电动液压推杆16，每切割一周调整一次。通过调节电动液压推杆16的移动位置，然后刀片可以不动，一直为竖直设置，也可以实现自动的切割，同时实现自动感应大小，自动调节的效果。
41.一种土工三轴试验智能切土装置的制样方法，所述方法包括如下步骤：
42.步骤1：准备土样，将土样放置在下钉盘10上固定好。
43.步骤2：调节支撑柱6至一固定的高度，使得上钉盘11对准土样的顶部中心位置。
44.步骤3：将油泵18、液压千斤顶2、位移传感器3、转动控制器5、电动液压推杆16与控制装置9连接好，并在控制装置9中设置液压千斤顶2的上升高度，通过控制装置9控制油泵18的供油量，控制液压千斤顶2的上升高度。
45.步骤4：当液压千斤顶2上升到设置的高度时，控制装置9根据位移传感器3测量的数据，自动记录当前的位移值，同时记录油泵18输出的供油量以及油压值。
46.步骤5：土样安装完成以后，通过控制装置9控制电动液压推杆16移动到土样上方
合适的位置，在控制装置9中启动电动液压推杆16的开关，切土刀片14开始从上往下垂直切割土样，下转动圆盘7每转动一次，切土刀片14就切割一次，直至把土样切割完成，在切割土样的过程中，调整切土刀片14的倾斜角度；
47.步骤6：当土样切割完成以后，将电动液压推杆16收回，此时切土刀片14跟随电动液压推杆16上升，远离土样，最后在控制装置9上关闭电动液压推杆16开关；
48.步骤7：在控制装置9上设置液压千斤顶2的下降高度，控制装置9根据之前记录的液压千斤顶2的上升高度以及油泵18输出的供油量，自动进行液压千斤顶2的下降以及回油，同时记录下降后的位移值和油压值，当油泵18油压不足时，控制装置9会进行自动预警提醒，实现智能化操作。
49.步骤8：取下切好的土样，处理好碎土收纳盘8中的碎土样，清洁仪器，关闭控制装置9。
50.步骤5中调整切土刀片14的倾斜角度具体过程为，设下转动圆盘每次转动的角度为x
°
/次，转动一次所需的时间为t0，则转动一周的次数共有次，转动n周的次数有次，圆盘转动的总角度为
51.设下转动圆盘每转动角度xi°
后到下一次角度x
i 1
°
开始转动前之间的停留时间为t1。
52.设下转动圆盘的直径为d，则下转动圆盘转完一周的平均速度为
53.设切土刀片从开始切割位置处到土样底部高度为h，完成一次切割的时间为t2，则需t2＝t0 t1，此时切土刀片的切割速度为
54.切土刀片可旋转角度在0
°
～90
°
之间，设调整的刀片角度为y
°
，切土刀片尖端到其旋转中心的旋转半径为r，刀片角度从0
°
旋转到y
°
时的时间为t3，则刀片旋转速度为
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。