一种砂卵石地层自动分拣系统装置及其使用方法与流程

本发明涉及一种岩土工程模型试验系统及其试验方法，具体涉及一种砂卵石地层自动分拣系统装置及其使用方法，填补相关领域空白，对有关科学研究具有重要的辅佐作用。

技术背景：

砂卵石地层在自然界分布广泛，在许多建筑工程中砂卵石地层并不少见，而合理利用如此庞大的砂卵石资源是符合我国可持续发展战略的，砂卵石地层本身具有压实性能好、透水性强、抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良的工程特性，在我国工程建设中得到了广泛的应用。不同粒径的砂卵石也有其独有的作用，如较大粒径的砂卵石可用于高土石坝、高速铁路路基、桥梁墩台、地基筑基等工程应用，小粒径砂卵石可用于家庭装修、林园美化、观赏、按摩等。这说明砂卵石在现代生活中也是一种重要的资源。而将不同粒径的砂卵石从砂卵石地层中提取出来也是一项庞大的工程，采用人工筛选过于浪费劳动力，因此从砂卵石地层中自动筛分不同粒径的砂卵石这一工作显得尤为重要。

目前，国内的研究者多偏重于研究模拟砂卵石地层性质进行实验或是针对砂卵石地层采取相应的施工措施，例如，曹鹏提出的多跨径砂卵石地层模型试验装置；阴书玉对大粒径砂卵石的盾构运输系统的研究；方林等人提出的一种砂卵石地层模型试验材料的人工制备方法。但是，针对砂卵石地层可自动筛分的实验模型研究却几乎尚未涉及，罕有研究。

根据以上思路，设计并发明出了一种砂卵石地层自动分拣系统装置，该装置在相关领域处于领先地位，在未来的实际应用中有着相当广阔的前景和重要意义。

发明目的：

本发明的目的在于提出一种砂卵石地层自动分拣系统装置及其使用方法，通过承沙系统、筛分系统、自适应系统、控制系统、警报系统的高效配合，记录不同粒径砂卵石在筛分过程中的应力变化以保证整个装置的良好运行，并利用自适应系统对砂卵石地层进行筛分，得以快速方便的提取砂卵石地层中不同粒径的砂卵石，解决建筑工程中筛选砂卵石过于耗费劳动力的问题，为建筑工程中对砂卵石粒径的选择提供了渠道。

一种砂卵石地层自动分拣系统装置包括：

承沙系统：包括长方形承载平台、接收桶、围板4块、支撑柱，所述支撑柱焊接于承载平台四角，与筛分系统相连接；所述接收桶固定于承载平台左侧，接收桶共分为四层，每层可拆卸，可接收四种不同粒径的砂卵石；所述围板通过焊接将整个接收桶与振动器包裹在内，正面围板右侧有一小孔用于将振动器信号线穿过，连接外部控制面板，左侧围板采用门栓连接，用于方便接收桶的提取和安装。

筛分系统：包括两块大型钢板、螺栓、振动器2个、抗震板，所述两块钢板之间只留3mm，其间放置8个盘状铁丝卷，上钢板属于可拆卸钢板，其四角打通螺栓口，与下钢板四角螺栓口相吻合，上钢板左侧有八个直径10cm洞口，洞口排列为圆形，与下钢板洞口相吻合，下钢板焊接于四根支撑柱上，下钢板左侧有八个直径10cm洞口，各洞口正对下方接收桶桶口，下钢板四角打通螺栓口，用于与上钢板进行螺栓连接；所述螺栓用于上下两块钢板之间的固定；所述振动器固定于下钢板下方，振动器信号线穿过正面围板小孔与外部控制面板相连接；所述抗震板用于与上钢板共同围成无顶盖长方体结构，用于筛分砂卵石，其中左右两侧抗震板可拆卸，正反两块抗震板以及右侧抗震板均焊接于上钢板。

自适应系统：包括尺寸调节器、盘状铁丝卷8个、调节钮，所述的尺寸调节器为一边长为50mm正方体，与正侧面抗震板相连接，抗震板打通一口放置调节旋钮，调节器剩余部分均焊接于正面抗震板；所述调节旋钮周围刻有精确刻度尺，刻度尺间距1mm，代表铁丝卷内直径放大或缩小1mm，可以通过电信号使其自动旋转，通过计算每旋转一刻度带动盘状铁丝卷圆心处铁丝拉伸，致使铁丝卷打开直径为1mm的圆孔，计算公式采取x＝π·d(d为当前内直径大小，可记录于自动调节器内)，调节旋钮端头与盘状铁丝卷一端连接，8个盘状铁丝卷圆心处与调节旋钮端头通过铁丝连接；所述8个盘状铁丝卷放置于上钢板左侧8个10cm直径洞口下方，置于上、下两块钢板之间，将洞口密闭。

控制系统：包括振动器控制面板、调节器控制面板。所述振动器控制面板置于总控制面板左侧，与振动器通过电线连接，振动器控制面板右侧为振动器开关；所述调节器控制面板置于总控制板右侧，与调节器通过电线连接，调节器通过电信号控制调节旋钮旋转，调节器控制面板内显示当前筛分口尺寸，其下方为调节按钮，每次按键以1mm为单位。

警报系统：包括振幅传感器、压力传感器、红色警报灯2个。所述振幅传感器置于自适应系统尺寸调节器右侧，用于监测振动幅度的异常情况，振幅传感器与1号红色警报灯通过电线连接；所述压力传感器置于筛分系统上钢板筛分口下侧，用于监测所筛分砂卵石的重量，保证筛分系统能够正常运行，压力传感器与2号红色警报灯通过电线连接；所述红色警报灯置于总控制面板上，其中1号警报灯置于振动器控制面板一侧，与振幅传感器通过电线连接，设置振幅超过阈值将发出报警信号；2号警报灯置于调节器控制面板一侧，与压力传感器通过电线连接，设置振动时上钢板承受压力超过阈值将发出警报。

优选地，一种砂卵石地层自动分拣系统装置通过振动和改变筛分口大小对不同粒径砂卵石进行筛分。

优选地，所述的长方形承载平台其尺寸长×宽×高为2.5m×1.5m×0.5m，承载平台左侧设置有直径1.2m的圆形卡槽，用于卡住接收桶，其四角采用直径10cm圆形卡槽，用于卡住四根支撑柱；所述支撑柱尺寸底直径×高为10cm×85cm，实心铁柱，其底部可与承载平台的四角卡住；所述接收桶尺寸底直径×高为1.2m×80cm，可拆卸为四层高为20cm的四个接收盘，可根据筛分口尺寸不同接收不同尺寸的砂卵石。

优选地，所述围板其正反两块围板采用铁质铁板，其尺寸长×宽×高为2500mm×10mm×850mm，左右两侧围板尺寸长×宽×高为1500mm×10mm×850mm，其中左侧围板采用门栓结构，其下底与承载平台用铰链连接，其上底与筛分系统中下钢板采用门栓连接。

优选地，所述的两块大型钢板选用12cr1mov型合金钢板，其尺寸长×宽×高为2500mm×1500mm×10mm，其特征在于具有一定的弹性和抗震能力，上、下两块钢板四角打通直径为2cm的螺栓口，在上钢板距右抗震板500mm处打通放置调节器的洞口，在左侧打通8个直径1000mm的圆形洞口，洞口排列形状为圆形。

优选地，所述的螺栓为钢制螺栓。螺栓内直径为2cm，螺栓长为50mm，具有较强的抗震能力以及较大的稳定性，用于将上、下两块钢板连接；所述的振动器采用cmz5—400型气动振动器2个，最大可产生50hz振动频率，最大振动力为988n，其振动力可控。

优选地，所述的抗震板选用12cr1mov型合金钢板，其正反两块抗震板尺寸长×宽×高为2500mm×10mm×400mm，右侧抗震板尺寸长×宽×高为1500mm×10mm×400mm，左侧抗震板尺寸长×宽×高为1500mm×10mm×423mm其中左侧抗震板采用门栓结构，其下侧与筛分系统下钢板采用铰链连接，其左右两侧分别与正反两侧抗震板采用门栓连接；所述的尺寸调节器稳定固定在抗震板上，并且可在抗震板外侧显示面板显示筛分洞口尺寸大小；所述的盘状铁丝卷采用塑性较好、强度较高的软铁丝，可绕成盘状，不易断裂，铁丝卷初始直径大小为12cm。

优选地，所述的调节旋钮可与盘状铁丝稳定连接且不易脱落，可与调节器控制面板进行电信号连接，可精确控制其旋转角度；所述的振幅传感器采用xl48-wd高精度位移振幅传感器，可在振动幅度超过阈值时将信号传输给警报灯；所述的压力传感器采用hm10高精度压力传感器，可在筛分系统上铁板压力过大时即时将信号传输至调节器控制面板警报灯；所述红色警报灯采用led警报灯，可在接收到传感器信号时即时产生报警信号。

优选地，所述的总控制面板左侧为振动器控制面板，可远程操控振动器启动，且在警报灯发出警报时进行紧急制动；右侧为调节器控制面板，可远程操控调节旋钮进行旋转，且可在警报灯发出警报时及时进行制动。

本发明还提出了一种砂卵石地层自动分拣系统装置的使用方法，应用上述的实验系统，具体步骤如下：

s101：将上钢板拆卸下来，将已经准备好的8个盘状铁丝卷分别对准下钢板八个洞口并使其完全堵住洞口，将铁丝卷圆心处与调节旋钮铁丝相连接。

s102：将8个洞口以及调节器洞口分别对准8个铁丝卷以及调节器，安装上钢板，将上钢板与下钢板用螺栓连接，拧紧螺栓，打开左侧抗震板门栓，将已经称重好的2kg砂卵石样品轻倒入上钢板左侧，关闭左侧抗震板门栓并扣好门栓。

s103：打开调节器控制面板，检查正面抗震板是否显示为“0mm”，若显示不是“0mm”则检查盘状铁丝卷圆心是否密闭并将显示板调零。

s104：打开围板门栓，将接收桶最底层固定在承载平台左侧的固定槽内，之后将剩余三层接收桶安装并固定稳定，轻晃检查其稳定程度，关闭围板门栓并扣好门栓。

s105：打开振动器控制面板，检查控制面板显示器显示振幅是否为“0mm”左右，若反差较大则检查承载平台下地面是否稳定，且通过人工操作将装置稳定。

s106：打开振动器，10s后关闭，记录振动幅度以及振动频率，并检查接收桶是否接收到小粒径砂卵石，若接收到较小粒径砂卵石则立即拆下上钢板，检查铁丝卷密闭是否完好，选择更换铁丝卷或校对铁丝卷是否对准洞口。

s107：检查校准完成后，在调节器控制面板内选择调节洞口尺寸为3mm，并重复s106操作。

s108：检查校准完成后，开始进行装置测试，打开振动器并记录振动幅度以及振动频率，待压力显示器显示范围区域稳定之后，停止振动，打开左侧围板，取出第一层接收桶，关闭围板，调节洞口大小至6mm，重复上述操作。

s109：待样品筛分完成后，关闭总控制面板电源，取出接收桶，拆下上钢板并清洗整洁，取出调节器中已经废弃的软铁丝，将上钢板装回装置，关闭左侧抗震板，试验结束。

相比目前的砂卵石筛分模型，本发明述及的砂卵石地层自动分拣系统装置考虑了砂卵石粒径大小对于筛分装置铁板的破坏作用，同时考虑区分不同砂卵石粒径是否筛分完成，并设置相应装置来监测该粒径砂卵石是否筛分完全；而且通过自适应系统改变洞口直径从而获取不同粒径的砂卵石。

附图说明：

图1为本发明中砂卵石地层自动分拣系统装置主视图。

图2为本发明中接收桶主视图。

具体实施方式：

结合图1所示，承沙系统中，所述支撑柱4焊接于承载平台1四角，与筛分系统相连接；所述接收桶2固定于承载平台左侧，接收桶共分为四层，每层可拆卸，可接收四种不同粒径的砂卵石；所述围板3通过焊接将整个接收桶与振动器包裹在内，正面围板右侧有一小孔用于将振动器信号线穿过，连接外部控制面板，左侧围板采用门栓连接，用于方便接收桶2的提取和安装。

筛分系统中，所述两块钢板5、5’之间只留3mm，其间放置8个盘状铁丝卷10，上钢板5属于可拆卸钢板，其四角打通螺栓口6，与下钢板5’四角螺栓口相吻合，上钢板左侧有八个直径10cm洞口，洞口排列为圆形，与下钢板5’洞口相吻合，下钢板5’焊接于四根支撑柱4上，下钢板5’左侧有八个直径10cm洞口，各洞口正对下方接收桶桶口，下钢板5’四角打通螺栓口6，用于与上钢板5进行螺栓连接；所述螺栓用于上下两块钢板之间的固定；所述振动器7固定于下钢板5’下方，振动器信号线穿过正面围板小孔与外部控制面板相连接；所述抗震板8用于与上钢板5共同围成无顶盖长方体结构，用于筛分砂卵石，其中左右两侧抗震板8可拆卸，正反两块抗震板以及右侧抗震板均焊接于上钢板5。

自适应系统中，所述的尺寸调节器9为一边长为50mm正方体，与正侧面抗震板8相连接，抗震板8打通一口放置调节旋钮11，调节器9剩余部分均焊接于正面抗震板；所述调节旋钮11周围刻有精确刻度尺，刻度尺间距1mm，代表铁丝卷内直径放大或缩小1mm，可以通过电信号使其自动旋转，通过计算每旋转一刻度带动盘状铁丝卷10圆心处铁丝拉伸，致使铁丝卷10打开直径为1mm的圆孔，计算公式采取x＝π·d(d为当前内直径大小，可记录于自动调节器内)，调节旋钮11端头与盘状铁丝卷10一端连接，8个盘状铁丝卷10圆心处与调节旋钮11端头通过铁丝连接；所述8个盘状铁丝卷10放置于上钢板左侧8个10cm直径洞口下方，置于上、下两块钢板5之间，将洞口密闭。

控制系统中，所述振动器控制面板12置于总控制面板左侧，与振动器7通过电线连接，振动器控制面板12右侧为振动器9开关；所述调节器控制面板13置于总控制板右侧，与调节器9通过电线连接，调节器9通过电信号控制调节旋钮旋转11，调节器控制面板13内显示当前筛分口尺寸，其下方为调节按钮，每次按键以1mm为单位。

报警系统中，所述振幅传感器14置于自适应系统尺寸调节器9右侧，用于监测振动幅度的异常情况，振幅传感器14与1号红色警报灯16通过电线连接；所述压力传感器15置于筛分系统上钢板5筛分口下侧，用于监测所筛分砂卵石的重量，保证筛分系统能够正常运行，压力传感器15与2号红色警报灯16通过电线连接；所述红色警报灯16置于总控制面板上，其中1号警报灯16置于振动器控制面板12一侧，与振幅传感器14通过电线连接，设置振幅超过阈值将发出报警信号；2号警报灯16置于调节器控制面板一侧，与压力传感器15通过电线连接，设置振动时上钢板5承受压力超过阈值将发出警报。

本发明试验步骤如下：

s101：将上钢板拆卸下来，将已经准备好的8个盘状铁丝卷分别对准下钢板八个洞口并使其完全堵住洞口，将铁丝卷圆心处与调节旋钮铁丝相连接。

s102：将8个洞口以及调节器洞口分别对准8个铁丝卷以及调节器，安装上钢板，将上钢板与下钢板用螺栓连接，拧紧螺栓，打开左侧抗震板门栓，将已经称重好的2kg砂卵石样品轻倒入上钢板左侧，关闭左侧抗震板门栓并扣好门栓。

s103：打开调节器控制面板，检查正面抗震板是否显示为“0mm”，若显示不是“0mm”则检查盘状铁丝卷圆心是否密闭并将显示板调零。

s104：打开围板门栓，将接收桶最底层固定在承载平台左侧的固定槽内，之后将剩余三层接收桶安装并固定稳定，轻晃检查其稳定程度，关闭围板门栓并扣好门栓。

s105：打开振动器控制面板，检查控制面板显示器显示振幅是否为“0mm”左右，若反差较大则检查承载平台下地面是否稳定，且通过人工操作将装置稳定。

s106：打开振动器，10s后关闭，记录振动幅度以及振动频率，并检查接收桶是否接收到小粒径砂卵石，若接收到较小粒径砂卵石则立即拆下上钢板，检查铁丝卷密闭是否完好，选择更换铁丝卷或校对铁丝卷是否对准洞口。

s107：检查校准完成后，在调节器控制面板内选择调节洞口尺寸为3mm，并重复s106操作。

s108：检查校准完成后，开始进行装置测试，打开振动器并记录振动幅度以及振动频率，待压力显示器显示范围区域稳定之后，停止振动，打开左侧围板，取出第一层接收桶，关闭围板，调节洞口大小至6mm，重复上述操作。

s109：待样品筛分完成后，关闭总控制面板电源，取出接收桶，拆下上钢板并清洗整洁，取出调节器中已经废弃的软铁丝，将上钢板装回装置，关闭左侧抗震板，试验结束。

1—承载平台；2—接收桶；3—围板；4—支撑柱；5、5’—大型钢板；6—螺栓口；7—振动器；8—抗震板；9—尺寸调节器；10—盘状铁丝卷；11—调节钮；12—振动器控制面板；13—调节器控制面板；14—振幅传感器；15—压力传感器；16—红色警报灯。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。