一种三轴试验密封圈的电动安装装置及其使用方法与流程

本发明属于岩土工程试验设备的技术领域，特别是涉及一种三轴试验密封圈的电动安装装置及其使用方法。

背景技术：

在岩土工程研究中，三轴试验除了用于测定强度参数粘聚力c和内摩擦角φ外，还用于土体孔隙水压力消散试验、静止侧压系数试验和渗透试验等，相比较其余的土体强度试验方法( 单剪、直剪等)，三轴试验的结果更贴近于工程。由于试样密封装样的优劣直接影响试验结果的准确性，因此，三轴试验试样的密封装样显得尤为重要。在三轴试验中，经常采用将试样装在较薄的橡皮膜中，防止土体的初始变形，而橡皮膜通过上下端密封圈将其固定在底座和加载装置上以确保试样密封。套密封圈时，一般需要两人合作才能完成，其中一人扶着被橡皮膜包裹的待测试样，另一人双手用力将密封圈撑开到足够大小，并套住土样外的橡皮膜。这种人工方法既费时又费力，经常还会把试样碰歪甚至折断；而且有时拉断或根本拉不动密封圈，有时即使套到位，但手指却很难从中抽出来，存在诸多不利之处。

授权公告号为CN 203324086U的实用新型专利“三轴试验土样橡皮膜套筋器”，提供了一种采用手撑分叉钢杆的套筋器。但该专利存在以下不足之处：（1）该套筋器在空中停留的位置无法固定，在人工操作过程中移动位置时容易损坏试样；（2）人工操作过程中密封圈扩张力度很难控制，且操作不便捷；（3）该套筋器通过两根钢杆撑开的密封圈是矩形，很难与圆形截面匹配；（4）该套筋器的分叉钢杆没有锁定装置，很难保证在安装密封圈时张拉程度满足对应的试样要求。

综上所述，三轴试验时需要一种新的电动安装橡皮膜密封圈的电动装置及其使用方法，在确保安装力度与位置准确的同时，可以上下同时合理撑开密封圈，且达到与待测试样截面匹配的圆形尺寸，以达到稳定、快捷、省力的目的，方便高效的进行三轴试验土样测试。

技术实现要素：

针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的是提供一种三轴试验密封圈的电动安装装置及其使用方法，该装置不但可以方便的把密封圈套在包有橡皮膜的土样上，而且结构简单、方便高效、省时省力。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三轴试验密封圈的电动安装装置，包括支撑体系，所述支撑体系的上部和下部均安装有扩张环，所述扩张环的上方设有动力体系，所述的动力体系与支撑体系连接，所述动力体系上安装有螺丝钉，所述的螺丝钉与扩张环接触，所述的支撑体系上安装有控制器，所述的控制器控制螺丝钉转动。

所述的支撑体系包括马蹄形底座，所述的马蹄形底座上安装有竖直杆件，所述的控制器安装在竖直杆件上。

所述的扩张环包括左扩张半圆环和右扩张半圆环，所述的左扩张半圆环连接有左弹片，所述的右扩张半圆环连接有右弹片，所述的左弹片和右弹片一端固定连接，且左弹片和右弹片的连接处设有连接套筒a，所述的连接套筒a处设有锁定阀栓a。

所述的螺丝钉包括螺杆，所述螺杆的端部设有连动凸件，螺杆的尾部设有钉尖，所述的钉尖上设有螺纹。

所述的动力体系包括连接杆，所述连接杆的一端安装有连接套筒b，连接杆的另一端安装有电动机，所述连接套筒b上设有锁定阀栓b，所述电动机上连接有转向构件。

所述的控制器包括相互连接的电池盒、电路板和开关。

一种三轴试验密封圈的电动安装装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将密封圈套入并保持在扩张环外侧；

(2)初步安装三轴待测试样：将三轴待测试样安装在仪器基座上，并调整三轴待测试样下端的橡皮膜与仪器基座匹配接触；

(3)将扩张环运行至张开状态：将开关打开至最左边，使上下两个电动机开始顺时针转动，同时带动螺丝钉也顺时针转动，使其向下移动迫使扩张环慢慢打开；

(4)将整个电动安装装置放置在预定位置：将整个装置和附带的密封圈穿过待测试样并使其平放在仪器基座上；

(5)将扩张环运行至闭合状态：将开关打开至最右边，使上下两个电动机开始逆时针转动，同时带动螺丝钉也逆时针转动，使其向上移动使扩张环在自身弹力作用下慢慢闭合，也即是将扩张环的末端直径缩小但仍略大于试样外径；

(6)安放试样上下端的密封圈；

(7)收回电动安装装置：将开关打开至最左边，螺丝钉将向下移动迫使扩张环运行至打开状态，然后将开关置于中间档位，使电动机切断电源并停止转动，再将电动安装装置移出三轴待测试样，收回整个电动安装装置，妥善放置。

所述的步骤（1）包括以下步骤：

(1-A)先调整电动安装装置，使上下两个扩张环处于原始闭合状态；

(1-B)再将密封圈套入上下两个扩张环外侧，使其上下各自分布两个密封圈。

所述的步骤（6）包括以下步骤：

(6-A)将带有数据传输管路的试样帽正确安放在三轴待测试样上端的橡皮膜里；

(6-B)调整试样帽上的数据传输管路的连接点，使其处在扩张环的缺口处；

(6-C)将扩张环上下两端的四个密封圈分别撸下，紧套在三轴待测试样的橡皮膜上，完成试样的上下端密封。

本发明的有益效果如下：

本发明三轴试验密封圈的电动安装装置及其使用方法先在装置的上下扩张环上套上密封圈，再打开控制器开关，使扩张环运行至扩张状态，然后再将装置安装在待测三轴试样的设计位置；接着再次调整控制器开关，使上下扩张环缩小并仍略大于试样外径的状态，再通过双手撸下密封圈并套在三轴试样上，在不损伤待测试样的前提下，用密封圈保持橡皮膜的密封状态，达到稳定、准确、安全、方便的目的。本发明不但可以方便的把密封圈套在包有橡皮膜的土样上，而且结构简单、方便高效、省时省力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的支撑体系的结构示意图；

图3为本发明中的扩张环的结构示意图；

图4为本发明中的螺丝钉的结构示意图；

图5为本发明中的动力体系的结构示意图；

图6为本发明中的控制器的结构示意图；

图7为本发明的使用状态示意图；

其中：

1-支撑体系，11-马蹄形底座，12-竖直杆件；

2-扩张环，21-左扩张半圆环，22-右扩张半圆环，23-左弹片，24-右弹片，25-连接套筒a，26-锁定阀栓a；

3-螺丝钉，31-钉尖，32-螺杆，33-连动凸件；

4-动力体系，41-转向构件，42-电动机，43-连接杆，44-连接套筒b，45-锁定阀栓b；

5-控制器，51-电池盒，52-电路板，53-开关；

6-密封圈，7-三轴待测试样，8-仪器基座，9 -试样帽。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1-7所示，本发明三轴试验密封圈的电动安装装置，包括支撑体系1，支撑体系1的上部和下部均安装有扩张环2，扩张环2的上方设有动力体系4，动力体系4与支撑体系1连接，动力体系4上安装有螺丝钉3，螺丝钉3与扩张环2接触，支撑体系1上安装有控制器5，控制器5控制螺丝钉3转动。

本发明中的支撑体系1包括马蹄形底座11和竖直杆件12。马蹄形底座11为马蹄形状，两平行边的距离比试样直径略大，马蹄型底座11的形状可以使试样保持在马蹄形内部，并足以使整个装置保持稳定。竖直杆件12为直径1cm的圆柱体杆件，高度比试样高出约为9cm至11cm，优选10cm，竖直固定在马蹄形底座11上表面，固定点位于马蹄形底座11的曲边中点。

本发明中的扩张环2包括左扩张半圆环21，右扩张半圆环22，左弹片23，右弹片24，连接套筒a25，锁定阀栓a26。左扩张半圆环21与右扩张半圆环22，为左右对称分布的半圆环，两半圆环合在一起的内径比试样外径大0.5cm至1cm，优选0.5cm。

所述的左扩张半圆环21为半圆弧形状，圆弧内径比试样外径大0.5cm，圆弧高度为6cm，厚度为0.5cm。右扩张半圆环22也为半圆弧形状，圆弧内径、高度和厚度与左扩张半圆环21相同。左弹片23为长方体，长为8cm，宽为0.5cm，高为3cm，长边一端与左扩张半圆环21一端固定连接，左弹片23的底端与左扩张半圆环21底端平齐，在左弹片23长边中部的内侧预留有半边螺纹。右弹片24为长方体，长、宽、高与左弹片23相同，长边一端与右扩张半圆环22一端固定连接，右弹片24的底端与右扩张半圆环22底端平齐，在右弹片24长边中部的内侧同样预留有半边螺纹，这样可以满足当左弹片23与右弹片24的长侧面重合时，两弹片长边内侧的半边螺纹可以拼接成整体螺纹。连接套筒a25为空心圆柱体，高度为3cm，外径为2cm，内径略大于竖直杆件12的外径，其内径约为1.1cm至1.3cm，优选1.2cm，其内部可以使竖直杆件12自由穿过，连接套筒a25的外侧面与左弹片23和右弹片24末端同时固定连接，使得两个弹片形成一个夹角。锁定阀栓a26位于连接套筒a25外侧中部，当扩张环2上下移动到指定位置时，通过锁定阀栓a26可以将扩张环2固定在竖直杆件12上。

本发明中的螺丝钉3包括钉尖31，螺杆32，连动凸件33。钉尖31整体成倒圆锥状，高度为3cm，外表面等间距分布有凸出螺纹，其大小满足与两弹片内侧的螺纹匹配使用。螺杆32成圆柱体状，直径为2cm，高度为3cm，螺杆32与钉尖31顶部固定连接，构成整体。连动凸件33共两个，成长方体状，对称固定在螺杆32上端左右两侧，其截面为边长0.4cm的正方形，长方体的长度约为1cm至2cm，优选1.5cm。

本发明中的动力体系4包括转向构件41，电动机42，连接杆43，连接套筒b44，锁定阀栓b45。转向构件41是由一个小长方体和四个细长圆柱杆件构成，小长方体长为3cm，宽为1.5cm，高为0.8cm，在其上表面形心处，预留有直径为0.3cm、深0.5cm的圆柱体凹槽；所述的四个细长圆柱杆件直径为0.2cm，固定在小长方体下表面的四个转角处，使其满足与螺丝钉3匹配使用。电动机42为12v电压或者24v电压的电动机，优选24v，电动机轴承下部与转向构件41上表面圆柱体凹槽固定连接。连接杆43为长方体，一端与电动机42固定连接，连接杆43上表面与电动机42上表面平齐，主要用于连接电动机42并使其定位。连接套筒b44为空心圆柱体，其尺寸大小与连接套筒a25相同，连接套筒b44的外侧面与连接杆43的另一端固定连接，内部可以使竖直杆件12自由穿过。锁定阀栓b45，位于连接套筒b44外侧中部，当动力体系4上下移动到指定位置时，通过锁定阀栓b45可以将动力体系4固定在竖直杆件12上。

本发明中的控制器5包括电池盒51，电路板52，开关53。控制器5通过电线与动力体系4线路连接，且控制器5固定在竖直杆件12的中部。电池盒51内装电池，可以选择充电电池或者碱性电池，优选充电电池，电池型号满足电动机42的额定电压。电路板52满足控制电动机42可以正反两个方向转动，同时，内设保险系统，当电动机扭矩增大，电流达到某一特定数值时，可以自动切断电流，防止烧坏电动机42。开关53有三个档位，最左边档位是启动电动机42并使其顺时针旋转，中间档位是切断电源使电动机42停止转动，最右边档位是启动电动机42并使其逆时针旋转。

本发明中的密封圈6又称“O形圈”，通常为橡胶材质，圆形，其直径略小于所要密封的三轴待测试样7的直径，通过自身的拉伸弹性完成密封功能；其横截面为圆形。

本发明中的三轴待测试样7内部为圆柱形土样，土样外侧通常设有滤纸，土样两端通常设有同直径的较薄的透水石，土样和滤纸外侧套有橡皮膜；橡皮膜的长度大于土样的长度与透水石厚度之和，两端的长处部分供后继的密封使用。

具体实例

某岩土工程要进行土体较大尺寸的三轴试验，实验方案为：三轴待测试样6，内部的圆柱形土样直径为5.0cm、高为10.0cm；加设滤纸、橡皮膜后，直径增大为5.2cm；上下两端透水石均为直径5.0cm、高0.4cm的圆饼；橡皮膜的长度为14.8cm，大于圆柱形土样和两个透水石的总高度10.8cm，两端的各长出2.0cm供后继的密封使用。

根据三轴待测试样的几何尺寸，本发明中密封圈6和扩张环2的相应尺寸选择为：密封圈6，自然状态的内环直径为4.0cm，其横截面的直径为0.3cm；扩张环2，圆弧内径比试样外径大0.5cm，圆弧高度为6cm，厚度为0.5cm，当扩张环保持闭合状态，圆弧内径比试样外径大0.5cm，当扩张环保持张开状态，圆弧内径比试样外径大2cm。

具体使用步骤如下：

(1)将内环直径为4.0cm的密封圈6套入并保持在圆弧高度为6cm的扩张环2外侧。此步骤包括以下过程：

(1-A)先调整电动安装装置，使上下两个扩张环2处于原始闭合状态；

(1-B)再将密封圈6套入上下两个扩张环2外侧，使其上下各自分布两个密封圈6。

(2)初步安装高为10.0cm的三轴待测试样7。将三轴待测试样7安装在仪器基座8上，并调整三轴待测试样7下端的橡皮膜与仪器基座8匹配接触。

(3)将扩张环运行至张开状态，使圆弧内径比试样外径大2cm。将开关53打开至最左边，使上下两个电动机42开始顺时针转动，同时带动特制螺丝钉3也顺时针转动，使其向下移动迫使扩张环2慢慢打开。

(4)将整个电动安装装置放置在预定位置。将整个装置和附带的密封圈6穿过待测试样7并使其平放在仪器基座8上。

(5)将扩张环运行至闭合状态，使圆弧内径比试样外径大0.5cm。将开关53打开至最右边，使上下两个电动机42开始逆时针转动，同时带动螺丝钉3也逆时针转动，使其向上移动使扩张环2在自身弹力作用下慢慢闭合，也即是将扩张环2的末端直径缩小但仍略大于试样外径。

(6)安放试样上下端的密封圈6。此步骤包括以下过程：

(6-A)将带有数据传输管路的试样帽9正确安放在三轴待测试样7上端的橡皮膜里；

(6-B)调整试样帽9上的数据传输管路的连接点，使其处在扩张环2的缺口处；

(6-C)将扩张环2上下两端的四个密封圈6分别撸下，紧套在三轴待测试样7的橡皮膜上，完成试样的上下端密封。

(7) 收回电动安装装置。将开关53打开至最左边，螺丝钉3将向下移动迫使扩张环2运行至打开状态，然后将开关53置于中间档位，使电动机42切断电源并停止转动，再将电动安装装置移出三轴待测试样7，收回整个电动安装装置，妥善放置。

本发明先调整电动安装装置，使在竖直杆件12上下指定位置各自分布有两个扩张环2，上端的扩张环2开口朝上，下端的扩张环2开口朝下，且分别在两个扩张环2上面指定位置各自配套设有一个螺丝钉3和一个动力体系4，以满足控制器5可以同时控制上下扩张环2的不同状态；使上下两个扩张环2处于原始闭合状态，再将密封圈6套入上下两个扩张环2外侧，使其上下各自分布两个密封圈6；将开关53打开至最左边，使上下两个电动机42开始顺时针转动，同时带动螺丝钉3也顺时针转动，使其向下移动迫使扩张环2慢慢打开；将装有密封圈6的电动安装装置穿过三轴待测试样7并使其平放在仪器基座8上；然后，将开关53打开至最右边，使上下两个电动机42开始逆时针转动，同时带动螺丝钉3也逆时针转动，使其向上移动使扩张环2在自身弹力作用下慢慢闭合，也即是将扩张环2的末端直径缩小但仍略大于试样外径，此时，可以通过双手撸下密封圈6并套在三轴试样上，达到在不损伤待测试样的前提，用密封圈6保持橡皮膜的密封状态。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。