[发明专利]土壤剪切特性精量测定装置及其测定方法

摘要

本发明公开了一种土壤剪切特性精量测定装置及其测定方法，该装置包括驱动总成、剪切总成、预压力调节总成、控制总成，预压力调节总成的压缩空气压力实现数显式精密可调，并通过气缸为待测土样直接施加重直压力，控制器驱动总成的步进电动机以恒定速度拉动剪切下合实现对土样的恒速剪切，并同时记录土样整个剪切过程的力和位移、速度，能够全面获得土样的剪切过程和剪切特性参数如，内聚力、内摩擦角、剪切变形模量等，实现了剪切过程和数据记录自动化，克服了传统测定方法的采用杠杆与砝码加载准确差、手工剪切速度精度不足、人工观察最大力、操作不便等缺点。该装置测试精度高，操作简便，通用性高，适用于不同类型、不同含水率条件下土壤剪切特性测定。

主权项

一种土壤剪切特性精量测定装置，其特征在于包括驱动总成、剪切总成、预压力调节总成、控制总成，驱动总成包括机架(1‑1)、步进电机(1‑2)、联轴器(1‑3)、丝杠螺母(1‑4)、滑块(1‑5)、丝杆(1‑6)、拉力盘(1‑7)，激光位移传感器(1‑8)、拉力传感器(1‑9)、轴承座(1‑10)、导轨(1‑11)、水平台(1‑12)，机架(1‑1)包括底板(1‑1‑1)、中板(1‑1‑2)、顶板(1‑1‑3)和支柱(1‑1‑4)，四根支柱(1‑1‑4)平行且均穿过底板(1‑1‑1)、中板(1‑1‑2)、顶板(1‑1‑3)的四角，四根支柱(1‑1‑4)与底板(1‑1‑1)、中板(1‑1‑2)、顶板(1‑1‑3)的四角固定连接构成机架(1‑1)；步进电机(1‑2)固定在机架顶板(1‑1‑3)的下方；丝杆(1‑6)下端通过轴承、轴承座(1‑10)安装在机架底板上，丝杆(1‑6)上部通过轴承、轴承座(1‑10)安装在机架中板(1‑1‑2)上，丝杆(1‑6)上端穿过机架中板(1‑1‑2)与步进电机(1‑2)的输出轴通过联轴器(1‑3)连接；导轨(1‑11)设于机架的左内侧，导轨(1‑11)两端固定分别固定在机架底板(1‑1‑1)和中板(1‑1‑2)上，导轨(1‑11)的中心线与丝杆(1‑6)轴线平行；滑块(1‑5)安装在导轨(1‑11)上并与导轨构成移动副；丝杠螺母(1‑4)安装在丝杆(1‑6)上并与丝杠构成螺旋配合；丝杠螺母(1‑4)一侧固定在滑块(1‑5)上，拉力盘(1‑7)固定在丝杠螺母(1‑4)的另一侧；水平台(1‑12)左端固定在机架底板(1‑1‑1)上；拉力传感器(1‑9)上部固定在拉力盘(1‑7)下方；激光位移传感器(1‑8)安装在丝杠螺母(1‑4)下方；剪切总成包括定滑轮(2‑1)、钢丝绳(2‑2)、压力架(2‑3)、气缸(2‑4)、剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)、销(2‑6)、基座(2‑7)、压力板(2‑8)、直线滚珠轨道(2‑9)、压头(2‑10)、挂钩(2‑11)、水平指标仪(2‑12)，压力架(2‑3)中部横梁与水平台(1‑12)右端固定连接并保持水平台(1‑12)处于水平；基座(2‑7)固定在水平台(1‑12)上，两条直线滚珠轨道(2‑9)分别纵向安装在基座(2‑7)的上表面的两侧；剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)外形为长方体，剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)中心为同心同直径圆柱形空腔，且剪切上盒(2‑5)的圆柱形空腔为通孔，剪切下盒(2‑13)的圆柱形空腔底部不通透构成圆柱形容器；剪切下盒(2‑13)平放于两条直线滚珠轨道(2‑9)上，剪切上盒(2‑5)同中心轴线置于剪切下盒(2‑13)上，剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)的对角处均设有销孔，两支销(2‑6)分别插入剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)构成配合的两个销孔内，使剪切上盒(2‑5)、剪切下盒(2‑13)的中心空腔保持同心；压力板(2‑8)顶部设有锥形凹坑，压力板(2‑8)下部为圆柱体且直径与剪切上盒(2‑5)中心的通孔直径相同，压力板(2‑8)置于剪切上盒(2‑5)的中心通孔内并构成间隙配合；气缸(2‑4)的缸体端固定在压力架(2‑3)的上内部，压头(2‑10)上端安装在气缸(2‑4)的活塞杆端，压头(2‑10)下端为外凸锥形，压头(2‑10)下端的外凸锥形与压力板(2‑8)顶部锥形凹坑的锥度相同；压头(2‑10)轴线与剪切上盒(2‑5)中心通孔轴线在同一直线上；挂钩(2‑11)为L形，挂钩(2‑11)固定在剪切上盒(2‑5)外侧，且挂钩(2‑11)挂接在压力架(2‑3)中部的固定横梁上；剪切下盒(2‑13)内侧设有拉环，钢丝绳(2‑2)的一端固定在剪切下盒(2‑13)的拉环上，钢丝绳(2‑2)的另一端与拉力传感器(1‑9)下端连接，定滑轮(2‑1)固定在水平台(1‑12)左上部，钢丝绳(2‑2)从定滑轮(2‑1)下部绕过拉紧时水平段与水平台(1‑12)表面平行，钢丝绳(2‑2)的垂直段与水平台(1‑12)垂直；水平指标仪(2‑12)固定在水平台(1‑12)中部上表面；预压力调节总成包括空气压缩机(3‑1)、调压阀(3‑2)、数显压力表(3‑3)、三位四通换向阀(3‑4)、三通阀(3‑5)、高压软管(3‑6)，调压阀(3‑2)、压力表(3‑4)，三位四通换向阀(3‑5)安装于水平台(1‑12)前侧，空气压缩机(3‑1)、调压阀(3‑2)、三通阀(3‑5)、三位四通换向阀(3‑4)、气缸(2‑4)的气路依次通过高压软管(3‑6)连接，三通阀(3‑5)的另一出口连接数显压力表(3‑3)；控制总成包括控制器(4‑1)和触摸式显示屏(4‑2)，拉力传感器(1‑9)、激光位移传感器(1‑8)通过信号线与控制器(4‑1)连接，步进电机(1‑2)通过信号线、电源线与控制器(4‑1)连接，控制器(4‑1)和触摸式显示屏(4‑2)通过信号线连接。