一种全自动直剪流变试验仪的制作方法

本发明属于土体强度测试设备领域，尤其涉及一种全自动直剪流变试验仪。

背景技术：

土体是一种摩擦型材料，由于内部摩擦力的存在，其破坏往往表现为剪切破坏。工程中对土体强度的研究往往以抗剪强度为着眼点。直剪试验是一种简易、快速的土体抗剪强度测试方法，在工程设计、建设中广泛使用，该方法并已写入国家规范(GB50021)。现有规范中，直剪试验采用应变控制，即施加垂直压力后，水平向的剪切为等应变剪切；而在实际实践中，土体的受力并非常常如此，经常需要对恒定剪切应力下土体变形性能进行研究，即土体的直剪流变性能。现有直剪仪只能进行恒定速率直剪试验，而没法进行剪切力恒定的直剪流变试验，更没法对剪切力进行闭环反馈控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全自动直剪流变试验仪，本发明可对剪切力进行闭环反馈控制，保证剪切力恒定的直剪流变试验。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种全自动直剪流变试验仪，包括：

机体，其前面板上设有开关、仪表盘、触摸屏、三通阀开关，其内部设有控制器、气动控制伸缩装置，所述气动控制伸缩装置包括控制筒，所述控制筒内设有活动塞，所述活动塞上方的控制筒侧面设有一根导气管，所述导气管通过一三通阀分别与入气管、出气管相连，所述出气管与抽气泵相连；

工作台面，其上从左至右依次设有反力装置、滑轨、水平向剪切系统，所述滑轨前、后两侧中心部位分别设有立柱，所述立柱底端嵌设在控制筒中并与活动塞固接，所述立柱顶端之间设有横梁；

传力槽，其底部设有与所述滑轨滑动配合的滑槽，所述传力槽内设有卡槽，所述传力槽内左侧壁上设于位移传感器；

剪切盒，其包括上下叠放的上剪切盒、下剪切盒，所述下剪切盒安装于卡槽内，所述上剪切盒与下剪切盒相接触的端面分别呈半球形结构，所述下剪切盒外围设有一圈下凹的接土槽；

垂直向加载系统，其包括气缸，所述气缸安装于横梁上，所述气缸的气缸轴通过传压活塞与设于上剪切盒内的透水板固接；

水平向剪切系统，其包括步进电机、定位块，所述定位块上贯穿设有方形通孔，所述方形通孔内设有与之匹配的滑动块，所述滑动块内贯穿设有螺孔，所述螺孔内连有螺杆，所述滑动块左侧设有压力传感器，所述螺杆上设有蜗轮，所述步进电机的电机轴与蜗杆固接，所述蜗杆与蜗轮相啮合；

数据控制系统，其包括控制器，所述控制器分别与压力传感器、位移传感器、开关、触摸屏、步进电机、气缸、抽气泵电相连。

进一步的，所述上剪切盒四周设有一级卡环，所述下剪切盒四周设有与一级卡环相对应的二级卡环，所述一级卡环、二级卡环之间插设有销钉。

进一步的，所述上剪切盒通过固定支座与反力装置相连。

进一步的，所述电机轴轴线与螺杆轴线相垂直。

进一步的，所述出气管上设有单向阀。

进一步的，所述螺杆右端转动设于转动块内。

进一步的，所述传力槽内底壁上设有至少五条平行排布的限位条，所述下剪切盒底端设有与所述限位条相匹配的限位槽。

进一步的，所述控制器为8051单片机，所述触摸屏的型号为WXCAT43-TG3#001，所述压力传感器的型号为QBE2002-P10，所述位移传感器的型号为MPS-L-P。

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明可对剪切力进行闭环反馈控制，保证剪切力恒定的直剪流变试验。

2.本发明中卡槽、以及限位条与限位槽的配合，可增强传力槽对下剪切盒的限位作用。

3.本发明中上剪切盒与下剪切盒相接触的端面分别呈半球形结构，可减小上剪切盒与下剪切盒之间摩擦力，从而防止摩擦力对试验数据造成影响，接土槽收集自上剪切盒、下剪切盒之间缝隙中流出的土样，保证传力槽内的清洁。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本发明结构示意图；

图2是剪切盒结构示意图；

图3是图1的俯视图。

图中：1.机体、2.开关、3.仪表盘、4.触摸屏、5.三通阀开关、6.控制器、7.气动控制伸缩装置、8.控制筒、9.活动塞、10.导气管、11.三通阀、12.入气管、13.出气管、14.抽气泵、15.工作台面、16.反力装置、17.滑轨、18.立柱、19.横梁、20.传力槽、21.卡槽、22. 位移传感器、23.上剪切盒、24.下剪切盒、25.接土槽、26.气缸、27.气缸轴、28.传压活塞、29.透水板、30.步进电机、31.定位块、32.滑动块、33.螺杆、34.压力传感器、35.蜗轮、36.电机轴、37.蜗杆、38.一级卡环、39.二级卡环、40.销钉、41.固定支座、42.单向阀、43.转动块、44.限位条、45.限位槽。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

将理解，当据称将部件“连接”到另一个部件时，它可以直接连接到另一个部件或可以存在中间部件。相反，当据称将部件“直接连接”到另一个部件时，则表示不存在中间部件。

图1是本发明结构示意图；图2是剪切盒结构示意图；图3是图1的俯视图。下面就结合图1-图3来具体说明本发明。

如图1-3所示，一种全自动直剪流变试验仪，包括：机体1，其前面板上设有开关2、仪表盘3、触摸屏4、三通阀开关5，其内部设有控制器6、气动控制伸缩装置7，所述气动控制伸缩装置7包括控制筒8，所述控制筒8内设有活动塞9，所述活动塞9上方的控制筒8侧面设有一根导气管10，所述导气管10通过一三通阀11分别与入气管12、出气管13相连，所述出气管13与抽气泵14相连；工作台面15，其上从左至右依次设有反力装置16、滑轨17、水平向剪切系统，所述滑轨17前、后两侧中心部位分别设有立柱18，所述立柱18底端嵌设在控制筒8中并与活动塞9固接，所述立柱18顶端之间设有横梁19；传力槽20，其底部设有与所述滑轨17滑动配合的滑槽，所述传力槽20内设有卡槽21，所述传力槽20内左侧壁上设于位移传感器22；剪切盒，其包括上下叠放的上剪切盒23、下剪切盒24，所述下剪切盒24安装于卡槽21内，所述上剪切盒23与下剪切盒24相接触的端面分别呈半球形结构，所述下剪切盒24外围设有一圈下凹的接土槽25；垂直向加载系统，其包括气缸26，所述气缸26安装于横梁19上，所述气缸26的气缸轴27通过传压活塞28与设于上剪切盒23内的透水板29固接；水平向剪切系统，其包括步进电机30、定位块31，所述定位块31上贯穿设有方形通孔，所述方形通孔内设有与之匹配的滑动块32，所述滑动块32内贯穿设有螺孔，所述螺孔内连有螺杆33，所述滑动块32左侧设有压力传感器34，所述螺杆33上设有蜗轮35，所述步进电机30的电机轴36与蜗杆37固接，所述蜗杆37与蜗轮35相啮合；数据控制系统，其包括控制器6，所述控制器6分别与压力传感器34、位移传感器22、开关2、触摸屏4、步进电机30、气缸26、抽气泵14电相连。

所述上剪切盒23四周设有一级卡环38，所述下剪切盒24四周设有与一级卡环38相对应的二级卡环39，所述一级卡环38、二级卡环39之间插设有销钉40。

所述上剪切盒23通过固定支座41与反力装置16相连。

所述电机轴36轴线与螺杆33轴线相垂直。

所述出气管13上设有单向阀42。

所述螺杆33右端转动设于转动块43内。

所述传力槽20内底壁上设有至少五条平行排布的限位条44，所述下剪切盒24底端设有与所述限位条44相匹配的限位槽45。

所述控制器6为8051单片机，所述触摸屏4的型号为WXCAT43-TG3#001，所述压力传感器34的型号为QBE2002-P10，所述位移传感器22的型号为MPS-L-P。

需要指出的是所述控制器6分别与压力传感器34、位移传感器22、开关2、触摸屏4、步进电机30、气缸26、抽气泵14电相连，对其整体工作进行全面控制，需要说明的是，控制器6为市售产品(现有技术)如8051单片机控制或PLC控制器，即可根据压力传感器34的信号进行调控步进电机30的转速，该技术为本领域技术人员所惯用的技术手段。

工作原理：试验时，将三通阀11的拧到排气端，开启抽气泵14，活动塞9带动将立柱18提升，关上抽气泵14，顺序安装传压活塞28、透水板29于气缸26的气缸轴27的底端，将下剪切盒24安装与传力槽20的卡槽21内，限位条44与限位槽45的配合可进一步对下剪切盒24起到限位作用，把上剪切盒23、下剪切盒24通过销钉40插设于一级卡环38、二级卡环39内，使得上剪切盒23与下剪切盒24锁住，将土样装入剪切盒中，将三通阀11的拧到进气端，活动塞9带动将立柱18下降，开启气缸26，垂直向加载力通过气缸26气压力予以施加到土样上，取下销钉40，上剪切盒23与下剪切盒24相接触的端面分别呈半球形结构，可减小上剪切盒23与下剪切盒24之间摩擦力，防止摩擦力对试验数据造成影响，接土槽25可接住自上剪切盒23、下剪切盒24缝隙中流出的土样，保证传力槽20内的清洁，开启步进电机30，蜗杆37带动蜗轮35转动，从而带动螺杆33在滑动块32中转动，使得滑动块32向左对传力槽20施加水平向剪切力，压力传感器34实时读取剪切力值并将信号传至控制器6，控制器6根据压力传感器34的信号进行调控步进电机30的转速，从而实现对传力槽20施加的水平向剪切力保持恒定，位移传感器22将移动的位移信号传递到控制器6，当达到设定位移时，试验结束。

综上所述，本发明可对剪切力进行闭环反馈控制，保证剪切力恒定的直剪流变试验。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。