一種全自動殘余直剪剪切儀及其操作方法技術

本發明專利技術公開了一種全自動殘余直剪剪切儀，它包括直剪剪切儀(1)和計算機(2)，直剪剪切儀(1)通過航空插頭(1?28)分別與豎向荷重傳感器(1?19)、豎向位移傳感器(1?7)、水平荷重傳感器(1?21)和水平位移傳感器(1?12)相連接，所述的計算機(2)通過通訊協議與直剪剪切儀(1)相連接，通過計算機(2)或者控制面板(1?14)向直剪剪切儀(1)發送命令，并將豎向荷重傳感器(1?19)和水平位移傳感器(1?12)反饋得到的豎向荷重F

Full automatic residual direct shear apparatus and operation method thereof

The invention discloses a full automatic residual shear shear apparatus, comprising a direct shear apparatus (1) and computer (2), direct shear apparatus (1) through the aviation plug (1 28) respectively with vertical load sensor (1 19), vertical displacement sensor (1, 7) the level of load sensor (1 21) and horizontal displacement sensor (1 12) connected to the computer (2) via the communication protocol and direct shear apparatus (1) connected by computer (2) or the control panel (1 14) to direct shear apparatus (1) sends commands, and the vertical load sensor (1 19) and horizontal displacement sensor (1 12) feedback load obtained F

【技術實現步驟摘要】
一種全自動殘余直剪剪切儀及其操作方法
本專利技術涉及一種全自動殘余直剪剪切儀，尤其涉及一種土工試驗中能夠測試土體的抗剪強度、摩擦角、粘聚力、殘余強度、殘余內摩擦角和殘余粘聚力等物理力學參數的試驗設備。
技術介紹
在巖土工程中，土體及其合成材料的抗剪強度可通過三軸試驗系統和直剪試驗系統進行測試得到，通常采用的直剪測試系統主要為殘余直剪剪切儀，殘余直剪剪切儀主要包括三種形式，即傳統的手動或者半自動杠桿式直剪剪切儀、手動氣壓閥半自動式直剪剪切儀和全自動形式的直剪剪切儀。通常傳統的杠桿式的手動或者半自動形式的直剪剪切儀由于砝碼重量、杠桿比以及結構形式等的影響，在直剪試驗中，軸向加載壓力將受到限制，可控壓力范圍有限，且容易產生杠桿比和杠桿中心偏差，影響試驗的精確度等等；相比杠桿式直剪剪切儀，手動氣壓閥半自動式直剪剪切儀將受到手動氣壓閥和壓力表的影響，在剪切試驗過程中，隨著試樣的壓縮變形，氣缸活塞將發生移動，施加在試樣上的壓力值將呈現下降的趨勢，手動氣壓閥難以維持目標壓力值，影響壓力控制的穩定性，且采用壓力表實現對壓力的控制和讀取，測量精度低，且易破損，維護成本高；而現有的全自動形式的直剪剪切儀在設計中多考慮試驗功能的實現上，而忽略了儀器加工精度、工人裝配誤差以及試驗操作中人為因素的影響，這將大大降低了試驗的效率以及試驗精確度。經過專利文獻檢索，現有技術在試驗加載方式和試驗自動化方面對直剪剪切儀做了一些有益的探索和改進，例如：一種全自動應變控制式直剪測試儀器及其用途(中國專利201210064583.5)，改進了儀器的控制方式，實現了直剪試驗的全過程自動化控制，但是該測試儀器為開環式控制系統，不能對儀器控制進行自動修正、調整，不能有效地避免加工誤差和裝配差別等不可抗因素的影響。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述問題，本專利技術的目的是：提供一種全自動殘余直剪剪切儀，通過水平位移傳感器測量水平剪切量，可有效地避免部件加工、裝配等不可抗因素造成的部件配合誤差，提高試驗控制、測量的精度，并通過對儀器部件的改造，提高試驗操作的便易性和準確性，進而可大大的提高試驗效率。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種全自動殘余直剪剪切儀，它包括直剪剪切儀和計算機，所述的直剪剪切儀通過航空插頭分別與豎向荷重傳感器、豎向位移傳感器、水平荷重傳感器和水平位移傳感器相連接，所述的計算機通過通訊協議與直剪剪切儀相連接，通過計算機或者控制面板向直剪剪切儀發送命令，并將豎向荷重傳感器和水平位移傳感器反饋得到的豎向荷重F1和水平剪切量s2與目標值相對比，進行伺服閉環控制。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的直剪剪切儀包括垂直伺服加載系統和水平剪切驅動系統，所述的垂直伺服加載系統包括上部加載橫梁，下部加載橫梁，連接在上部加載橫梁和下部加載橫梁之間的拉桿，安裝在上部加載橫梁上的豎向荷重傳感器，和安裝在下部加載橫梁上的氣動加載裝置或者電機加載裝置；所述的豎向荷重傳感器通過第一加載接頭固定在上部加載橫梁的中間位置，所述的豎向荷重傳感器通過安裝在底部的子彈型傳力接頭與承壓蓋頂部的凹槽相接觸；所述的氣動加載裝置或者電機加載裝置的下部通過第二加載接頭連接在下部加載橫梁的中間位置，所述的氣動加載裝置或者電機加載裝置的上部固定在固定擋板的中心位置；所述的上部加載橫梁一端設有U型開口，開設有U型開口便于以上部加載橫梁的固定端為中心，旋轉上部加載橫梁，方便試樣的安裝與拆卸，并保證在試驗操作過程中上部加載橫梁的水平度；所述的水平剪切驅動系統包括蝸輪蝸桿減速機、與蝸輪蝸桿減速機相連的電機、弓字型受力結構、水平荷重傳感器和調節旋桿。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的拉桿穿過直線軸承固定于控制盒的頂部，在軸向加載過程中，通過直線軸承保證拉桿的垂直度和光滑度，提高試驗控制和測量的精確度。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的氣動加載裝置通過活塞將氣缸劃分為兩個密封區域，即下部密封區域E1和上部密封區域E2，通過向下部密封區域E1或上部密封區域E2施加氣壓力，依次帶動下部加載橫梁、拉桿和上部加載橫梁進行向上或者向下移動，實現對試樣的豎向卸荷和豎向加壓操作。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的電機加載裝置包括豎向電機和豎向蝸輪蝸桿減速機，所述的豎向電機安裝在豎向蝸輪蝸桿減速機上，所述的豎向蝸輪蝸桿減速機的頂部和底部分別固定在固定擋板和下部加載橫梁上，通過豎向電機運行帶動豎向蝸輪蝸桿減速機進行上下移動，并依次帶動下部加載橫梁、拉桿和上部加載橫梁進行向上或者向下移動，實現對試樣的豎向卸荷和豎向加壓操作。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，蝸輪蝸桿減速機的一端與電機相連接、蝸輪蝸桿減速機的另一端與連接桿的一端固定連接，連接桿的另一端通過固定螺母與剪切容器上的剪切推板相固定連接；所述的弓字型受力結構的兩端分別固定在上剪切盒的側壁和水平荷重傳感器上，所述的水平荷重傳感器的另一端固定有調節旋桿，所述的調節旋桿通過底座固定在控制盒的頂面，可通過調節旋桿調整水平荷重傳感器的水平度，使水平荷重傳感器和連接桿處于同一軸線上。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，直剪剪切儀的控制盒的頂面安裝有軌道，所述的軌道的中心位置與上部加載橫梁、下部加載橫梁的中心位置處于同一豎向軸線上；所述的軌道凹槽內放置有鋼珠，并與剪切容器底部的軌道相對應，下剪切盒固定于剪切容器的中心位置，上剪切盒通過定位銷釘固定于下剪切盒上，并與下剪切盒保持豎向一致；在水平剪切方向上，所述的下剪切盒兩側壁上分別通過固定螺絲固定有上剪切盒導向片，上剪切盒導向片帶有牛眼；在水平剪切方向上，所述的下剪切盒的上表面分別安裝有兩排牛眼，并與上剪切盒下表面的滑槽相對應。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的上剪切盒和下剪切盒可選擇為方形試樣上剪切盒和方形試樣下剪切盒，用于進行方形試樣的剪切固結試驗，所述的方形試樣下剪切盒的底部設置有環形排水通道，所述的環形排水通道與剪切容器底部的排水通道相契合形成一個排水通路。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的下剪切盒可更換為非飽和土下剪切盒，所述的非飽和土下剪切盒的底部安裝有陶土板，并通過陶土板壓片進行固定；所述的非飽和土下剪切盒位于剪切容器和上剪切盒之間，上剪切盒、非飽和土下剪切盒、剪切容器、軌道和固定座、水平位移傳感器位于封閉腔的內部，所述的傳力接頭通過豎向直線軸承穿過封閉腔頂部中心與承壓蓋頂部凹槽相接觸，所述的連接桿通過第一水平直線軸承穿過封閉腔側壁與剪切容器相連接，所述的弓字型受力結構通過第二水平直線軸承穿過封閉腔側壁與上剪切盒相連接；所述的封閉腔固定于控制盒頂面的中心位置。作為優選方案，以上所述的全自動殘余直剪剪切儀，所述的豎向位移傳感器通過傳感器固定桿和傳感器夾具固定于控制盒的頂面，豎向位移傳感器的探頭位于第一加載接頭上，測量豎向荷重作用下試樣的豎向變形量s1；所述的水平位移傳感器通過固定座固定于控制盒的頂面，水平位移傳感器的探頭與剪切容器的側壁相接觸，測量剪切過程中試樣的實時水平剪切量s2。本專利技術所述的全自動殘余直剪剪切儀的工作方法為：將工作運行指令，包括豎向加載、水平剪切速率、剪切本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，它包括直剪剪切儀(1)和計算機(2)，所述的直剪剪切儀(1)通過航空插頭(1?28)分別與豎向荷重傳感器(1?19)、豎向位移傳感器(1?7)、水平荷重傳感器(1?21)和水平位移傳感器(1?12)相連接，所述的計算機(2)通過通訊協議與直剪剪切儀(1)相連接，通過計算機(2)或者控制面板(1?14)向直剪剪切儀(1)發送命令，并將豎向荷重傳感器(1?19)和水平位移傳感器(1?12)反饋得到的豎向荷重F

【技術特征摘要】
1.一種全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，它包括直剪剪切儀(1)和計算機(2)，所述的直剪剪切儀(1)通過航空插頭(1-28)分別與豎向荷重傳感器(1-19)、豎向位移傳感器(1-7)、水平荷重傳感器(1-21)和水平位移傳感器(1-12)相連接，所述的計算機(2)通過通訊協議與直剪剪切儀(1)相連接，通過計算機(2)或者控制面板(1-14)向直剪剪切儀(1)發送命令，并將豎向荷重傳感器(1-19)和水平位移傳感器(1-12)反饋得到的豎向荷重F1和水平剪切量s2與目標值相對比，進行伺服閉環控制。2.根據權利要求1所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的直剪剪切儀(1)包括垂直伺服加載系統和水平剪切驅動系統，所述的垂直伺服加載系統包括上部加載橫梁(1-8)、下部加載橫梁(1-44)，連接在上部加載橫梁(1-8)和下部加載橫梁(1-44)之間的拉桿(1-9)，安裝在上部加載橫梁(1-8)上的豎向荷重傳感器(1-19)，和安裝在下部加載橫梁(1-44)上的氣動加載裝置(E)或者電機加載裝置(F)；所述的豎向荷重傳感器(1-19)通過第一加載接頭(1-38)固定在上部加載橫梁(1-8)的中間位置，所述的豎向荷重傳感器(1-19)通過安裝在底部的子彈型傳力接頭(1-20)與承壓蓋(1-39)頂部的凹槽相接觸；所述的氣動加載裝置(E)或者電機加載裝置(F)的下部通過第二加載接頭(1-45)連接在下部加載橫梁(1-44)的中間位置，所述的氣動加載裝置(E)或者電機加載裝置(F)的上部固定在固定擋板(1-25)的中心位置；所述的上部加載橫梁(1-8)一端設有U型開口；所述的水平剪切驅動系統包括蝸輪蝸桿減速機(1-2)、與蝸輪蝸桿減速機(1-2)相連的電機(1-16)、弓字型受力結構(1-10)、水平荷重傳感器(1-21)和調節旋桿(1-22)。3.根據權利要求2所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的拉桿(1-9)穿過直線軸承(1-43)固定于控制盒(1-1)的頂部，在軸向加載過程中，通過直線軸承(1-43)保證拉桿(1-9)的垂直度和光滑度，提高試驗控制和測量的精確度。4.根據權利要求2所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的氣動加載裝置(E)通過活塞(1-46)將氣缸(1-36)劃分為兩個密封區域，即下部密封區域E1和上部密封區域E2，通過向下部密封區域E1或上部密封區域E2施加氣壓力，依次帶動下部加載橫梁(1-44)、拉桿(1-9)和上部加載橫梁(1-8)進行向上或者向下移動，實現對試樣的豎向卸荷和豎向加壓操作。5.根據權利要求2所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的電機加載裝置(F)包括豎向電機(1-42)和豎向蝸輪蝸桿減速機(1-47)，所述的豎向電機(1-42)安裝在豎向蝸輪蝸桿減速機(1-47)上，所述的豎向蝸輪蝸桿減速機(1-47)的頂部和底部分別固定在固定擋板(1-25)和下部加載橫梁(1-44)上，通過豎向電機(1-42)運行帶動豎向蝸輪蝸桿減速機(1-47)進行上下移動，并依次帶動下部加載橫梁(1-44)、拉桿(1-9)和上部加載橫梁(1-8)進行向上或者向下移動，實現對試樣的豎向卸荷和豎向加壓操作。6.根據權利要求2所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，蝸輪蝸桿減速機(1-2)的一端與電機(1-16)相連接、蝸輪蝸桿減速機(1-2)的另一端與連接桿(1-3)的一端固定連接，連接桿(1-3)的另一端通過固定螺母(1-17)與剪切容器(1-4)上的剪切推板(1-18)相固定連接；所述的弓字型受力結構(1-10)的兩端分別固定在上剪切盒(1-26)的側壁和水平荷重傳感器(1-21)上，所述的水平荷重傳感器(1-21)的另一端固定有調節旋桿(1-22)，所述的調節旋桿(1-22)通過底座(1-13)固定在控制盒(1-1)的頂面，可通過調節旋桿(1-22)調整水平荷重傳感器(1-21)的水平度，使水平荷重傳感器(1-21)和連接桿(1-3)處于同一軸線上。7.根據權利要求1所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，直剪剪切儀(1)的控制盒(1-1)的頂面安裝有軌道(1-27)，所述的軌道(1-27)的中心位置與上部加載橫梁(1-8)、下部加載橫梁(1-44)的中心位置處于同一豎向軸線上；所述的軌道(1-27)凹槽內放置有鋼珠(1-29)，并與剪切容器(1-4)底部的軌道相對應，下剪切盒(1-34)固定于剪切容器(1-4)的中心位置，上剪切盒(1-26)通過定位銷釘(1-33)固定于下剪切盒(1-34)上，并與下剪切盒(1-34)保持豎向一致；在水平剪切方向上，所述的下剪切盒(1-34)兩側壁上分別通過固定螺絲(1-32)固定有上剪切盒導向片(1-30)，上剪切盒導向片(1-30)帶有牛眼(1-31)；在水平剪切方向上，所述的下剪切盒(1-34)的上表面分別安裝有兩排牛眼(1-31)，并與上剪切盒(1-26)下表面的滑槽(1-37)相對應。8.根據權利要求1所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的上剪切盒(1-26)和下剪切盒(1-34)可選擇為方形試樣上剪切盒(1-49)和方形試樣下剪切盒(1-48)，用于進行方形試樣的剪切固結試驗，所述的方形試樣下剪切盒(1-48)的底部設置有環形排水通道(1-54)，所述的環形排水通道(1-54)與剪切容器(1-4)底部的排水通道(1-35)相契合形成一個排水通路。9.根據權利要求1所述的全自動殘余直剪剪切儀，其特征在于，所述的下剪切盒(1-34)可更換為非飽和土下剪切盒(1-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：季李通，
申請(專利權)人：南京泰克奧科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32