一种双锤击实试验装置及试验方法与流程

本发明涉及一种双锤击实试验装置，尤其涉及一种用于测量土的含水率和干密度的双锤击实试验装置及试验方法。

背景技术：

土的物理性质指标有九项，包含：相对密度ds，含水量ω，重度γ，干重度γd，饱和度sr，浮重度γ’,孔隙率n，孔隙比e，饱和重度γsad等。为了建筑路基和填土时控制土壤湿度和指定最低密度，往往需要测定压实土壤的最佳含水率及其单位体积重量，目前用的最多的就是普通击实仪，包括手动击实仪和自动击实仪。

此类击实仪一般只含有一个锤子，在锤击的过程中往往导致锤下去的部分被压实，而未被锤到的部分未被压实，甚至产生隆起现象，从而对土体的体积和含水率有一定的误差，并且在土体被压实后要测出其高度，需要用到尺子插到土体底部测得，这样会破坏压实土的整体性，从而测出的数据不准确。

技术实现要素：

本发明第一方面的一个目的是克服现有技术中的击实仪的一个落锤的缺陷，提供双锤击实试验装置，同时在土样上使用两个大小不同的落锤，充分砸向土面每一处，提高试验效率，又减少出现部分土未被压实；原来用尺子插到土体底部测土样高度的方法，对压实土产生破坏作用，现提供盛物桶内自带测量刻度线，测量土体高度时有效降低对原状土的影响。

本发明第二方面的一个目的是提供双锤击实试验装置的试验方法。

根据本发明的第一方面，本发明提供用于测量土样的含水率以及干密度的双锤击实试验装置，包括实心钢轴、圆孔、固定钢圈、螺旋轨道、动力盒、动力盒转盘、固定套管、传力钢球、滑动钢轴、落锤、上传动转盘、转轴、下传动转盘、盛物桶、盛物桶转盘、带螺纹杆的轴承、c形钢支架。实心钢轴、圆孔、固定钢圈、螺旋轨道、动力盒、动力盒转盘组成了启动装置，动力盒上表面设置固定钢圈，在固定钢圈上面焊接实心钢轴，在动力盒上表面固定钢圈的两侧，开了圆孔，在动力盒的内侧壁设置一条螺旋轨道，在动力盒的侧面底部边缘设置动力盒转盘；固定套管、传力钢球、滑动钢轴、落锤组成了落锤装置，固定套管内部设置滑动钢轴，在其侧面设置传力钢球，滑动钢轴底面设置落锤；上传动转盘、转轴、下传动转盘、带螺纹杆的轴承组成了传动轴装置；盛物桶、盛物桶转盘、带螺纹杆的轴承组成了盛物桶装置；盛物桶转盘和下传动转盘底面的圆心处设置螺纹孔，供带螺纹杆的轴承旋转插上；c形钢支架包括启动器、控制面板，底座表面设置圆柱凹槽，其中包含盛物桶圆柱凹槽和传动轴圆柱凹槽，分别在两个圆柱凹槽底面的圆心处设置螺纹孔，在c形钢支架侧柱正面设置控制面板。

启动装置，配置成圆孔为两个，分布在固定钢圈的两侧；实心钢轴、固定钢圈和动力盒的上表面焊接，使它们的圆心在同一直线上；动力盒内壁的螺旋轨道表面均匀、连续、光滑，其在底部投影为一圆环；动力盒转盘中间为空心，内径与动力盒外径相同，动力盒侧面底部边缘与动力盒转盘焊接使它们的圆心在同一直线上。

落锤装置，配置成固定套管为两个，其形态为空心钢管，有一段侧壁被挖去，留有一段上下轨道；滑动钢轴为两个，分别在所在的固定套管内部上下滑动；传力钢球为两个，分别焊接在滑动钢轴的侧面，其运动轨迹沿固定套管留空的上下滑动轨道；落锤为两个，一个直径大于盛物桶内半径的大锤，一个直径小于盛物桶内半径的小锤，分别焊接在滑动钢轴的底面。

传动轴装置，配置成上传动转盘、转轴和下传动转盘焊接使它们的圆心在同一直线上。

盛物桶装置，配置成盛物桶底面和盛物桶转盘焊接使它们的圆心在同一直线上，且盛物桶内部标有测量土体高度的刻度线。

c形钢支架，配置成c形钢支架上部的启动器内部含有转轴承；c形钢支架侧柱正面设置控制面板，其包含开关、启动暂停按钮、击实段数按钮、击实次数按钮、间隔时间按钮及相应的指示灯和显示屏。

进一步地，所述双锤击实试验装置还包括启动装置上的实心钢轴、落锤装置上的固定套管与启动器的连接方式为可拆式连接，方便启动装置和落锤装置可拆卸进行后期维护，实心钢轴、固定套管接上后，启动器里的轴承随电源接上开始转动，带动实心钢轴、固定套管转动。

进一步地，所述双锤击实试验装置还包括实心钢轴转动带动动力盒转盘转动，通过齿轮间相互作用，带动上传动转盘转动，下传动转盘受到转轴作用随上传动转盘一起做同频率转动，又通过齿轮间相互作用，带动盛物桶转动。

进一步地，所述双锤击实试验装置还包括动力盒转盘半径为r1，频率为f1，上传动转盘半径为r2，频率为f2，下传动转盘半径为r3，频率为f3，盛物桶转盘半径为r4，频率为f4，已知动力盒转盘频率为f1，推导出盛物桶转盘频率f4。根据线速度与半径的关系式：

v＝ωr＝2πfr，

由于v1＝v2，有

f2/f1＝r1/r2，f2＝r1f1/r2，

又ω3＝ω4，有

f3＝f2＝r1f1/r2，

又由于v3＝v4，有

f4/f3＝r3/r4，f4＝r3f3/r4＝r1r3f1/(r2r4)

因此可得出结论，落锤转动频率与盛物桶转动的频率不一致。

进一步地，所述双锤击实试验装置还包括以螺旋轨道为参考系，传力钢球沿轨道做螺旋上升并垂直下降的绝对运动，同时传力钢球相对于固定套管中轨道做的相对运动，从而通过固定套管中的滑动钢轴带动着落锤上下运动。

进一步地，所述双锤击实试验装置还包括盛物桶转盘和下传动转盘底面的圆心处设置螺纹孔，可供带螺纹杆的轴承旋转插上，带螺纹杆的轴承的另一端旋转插在盛物桶圆柱凹槽和传动轴圆柱凹槽底面上的螺纹孔中，形成旋转支点，同时也方便盛物桶装置和传动轴装置取下。

根据本发明的第二方面，本发明提供用于测量土样的含水率以及干密度的双锤击实试验装置的试验方法，包括：

第一步，在启动装置和落锤装置内部，盛物桶装置和传动轴装置底部，齿轮衔接处，启动器和实心钢轴连接处抹上机油；

第二步，旋转带螺纹杆的轴承，将盛物桶取下，测出其质量，并测出待测土样的质量。

第三步，将土样放入盛物桶中，记录其在桶内的初始高度，将盛物桶装置通过带螺纹杆的轴承插在盛物桶圆柱凹槽底面上的螺纹孔中，旋转并扭紧，安装好了后，检查所有装置是否安装妥当。

第四步，连接电源，按下控制面板上的开关按钮，设置击实段数、击实次数、间隔时间，最后启动按下启动按钮。实心钢轴受到启动器的带动旋转，整个启动装置也发生旋转，传力钢球受到螺旋轨道和固定套管中轨道的约束作用，带动落锤做上下运动，同时，实心钢轴转动带动动力盒转盘转动，通过齿轮间相互作用，带动上传动转盘转动，下传动转盘受到转轴作用随上传动转盘一起做同频率转动，又通过齿轮间相互作用，带动盛物桶转动。

第五步，待该机器的击实工作结束后，按下控制面板上的结束按钮，旋转带螺纹杆的轴承，将盛物桶取下测出桶和土样的总质量，再观察盛物桶内部刻度线，读出被压实后土样的高度。

第六步，以上数据经计算整理，最终可得出土样的含水率和干密度。

本发明的双锤击实试验装置通过启动器带动实心钢轴转动，同时在固定钢圈的作用下使之不会发生剪切变形，带动动力盒内螺旋轨道旋转使落锤有规律的上升下落，由于动力盒转盘和盛物桶转盘的频率不一样，所以落锤转动的频率和盛物桶旋转的频率也不一样，而且两个落锤的大小不同，这样落锤可以全方位的击实到盛物桶内土面的每一处，不会产生部分位置未被击实的情况，提高了试验的准确性。同时盛物桶内标明刻度线，可在不破坏压实土的前提下，读出土体的高度，节省了人力，提高了试验效率。最后，由于落锤装置中的固定套管，启动装置中的实心钢轴都是设置成可拆卸，因此方便后期拆下进行抹油维护。

附图说明

图1为本发明双锤击实试验装置的结构示意图。

图2为本发明双锤击实试验装置中c形钢支架的结构示意图。

图3为本发明双锤击实试验装置中启动装置的结构示意图。

图4为本发明双锤击实试验装置中落锤装置的结构示意图。

图5为本发明双锤击实试验装置中盛物桶装置的结构示意图。

图6为本发明双锤击实试验装置中传动轴装置的结构示意图。

图中标号说明:1-启动器，2-实心钢轴，3-固定套管，4-圆孔，5-固定钢圈，6-传力钢球，7-螺旋轨道，8-动力盒，9-动力盒转盘，10-上传动转盘，11-滑动钢轴，12-落锤，13-转轴，14-盛物桶，15-盛物桶转盘，16-下传动转盘，17-螺纹孔，18-带螺纹杆的轴承，19-盛物桶圆柱凹槽，20-传动轴圆柱凹槽，21-c形钢支架，22-控制面板。

具体实施方式

以下结合说明书附图和实施例对本发明专利做进一步的详细说明。

如图1、图2、图5和图6所示，该双锤击实试验装置，包括实心钢轴2、圆孔4、固定钢圈5、螺旋轨道7、动力盒8、动力盒转盘9、固定套管3、传力钢球6、滑动钢轴11、落锤12、上传动转盘10、转轴13、下传动转盘16、盛物桶14、盛物桶转盘15、带螺纹杆的轴承18、c形钢支架21。实心钢轴2、圆孔4、固定钢圈5、螺旋轨道7、动力盒8、动力盒转盘9组成了启动装置，动力盒8上表面设置固定钢圈5，在固定钢圈5上面焊接实心钢轴2，在动力盒8上表面固定钢圈5的两侧，开了圆孔4，在动力盒8的内侧壁设置一条螺旋轨道7，在动力盒8的侧面底部边缘设置动力盒转盘9；固定套管3、传力钢球6、滑动钢轴11、落锤12组成了落锤装置，固定套管3内部设置滑动钢轴11，在其侧面设置传力钢球6，滑动钢轴11底面设置落锤12；上传动转盘10、转轴13、下传动转盘16、带螺纹杆的轴承18组成了传动轴装置；盛物桶14、盛物桶转盘15、带螺纹杆的轴承18组成了盛物桶装置；c形钢支架21包括启动器1、控制面板22，底座表面设置圆柱凹槽，其中包含盛物桶圆柱凹槽19和传动轴圆柱凹槽20，分别在两个圆柱凹槽底面的圆心处设置螺纹孔17，在c形钢支架21侧柱正面设置控制面板22。

启动装置上的实心钢轴2、落锤装置上的固定套管3与启动器1的连接方式为可拆式连接，方便启动装置和落锤装置可拆卸进行后期维护，实心钢轴2、固定套管3接上后，启动器1里的轴承随电源接上开始转动，带动实心钢轴2、固定套管3转动。实心钢轴2转动带动动力盒转盘9转动，通过齿轮间相互作用，带动上传动转盘10转动，下传动转盘16受到转轴13作用随上传动转盘10一起做同频率转动，又通过齿轮间相互作用，带动盛物桶14转动。落锤12转动频率与盛物桶14转动的频率不一致。

固定套管3与c形钢支架21上端突出圆盘的下部为可拆式连接，目的是固定住固定套管3，同时方便启动装置和落锤装置可拆卸进行后期维护。以螺旋轨道7为参考系，传力钢球6沿轨道做螺旋上升并垂直下降的绝对运动，同时传力钢球6相对于固定套管3中轨道做的相对运动，从而通过固定套管3中的滑动钢轴11带动着落锤12上下运动。盛物桶转盘15和下传动转盘16底面的圆心处设置螺纹孔17，可供带螺纹杆的轴承18旋转插上，带螺纹杆的轴承18的另一端旋转插在盛物桶圆柱凹槽19和传动轴圆柱凹槽20底面上的螺纹孔17中，形成旋转支点，同时也方便盛物桶装置和传动轴装置取下。

如图2所示，c形钢支架21上部的启动器1内部含有转轴承；c形钢支架21侧柱正面设置控制面板22，其包含开关、启动暂停按钮、击实段数按钮、击实次数按钮、间隔时间按钮及相应的指示灯和显示屏。c形钢支架21底座表面设置圆柱凹槽，其中包含盛物桶圆柱凹槽19和传动轴圆柱凹槽20，分别在两个圆柱凹槽底面的圆心处设置螺纹孔17。

如图3所示，圆孔4为两个，分布在固定钢圈5的两侧；实心钢轴2、固定钢圈5和动力盒8的上表面焊接，使它们的圆心在同一直线上；动力盒8内壁的螺旋轨道7表面均匀、连续、光滑，其在底部投影为一圆环；动力盒转盘9中间为空心，内径与动力盒8外径相同，动力盒8侧面底部边缘与动力盒转盘9焊接使它们的圆心在同一直线上。

如图4所示，固定套管3为两个，其形态为空心钢管，有一段侧壁被挖去，留有一段上下轨道；滑动钢轴11为两个，分别在所在的固定套管3内部上下滑动；传力钢球6为两个，分别焊接在滑动钢轴11的侧面，其运动轨迹沿固定套管3留空的上下滑动轨道；落锤12为两个，一个直径大于盛物桶内半径的大锤，一个直径小于盛物桶内半径的小锤，分别焊接在滑动钢轴11的底面。

如图5所示，盛物桶14底面和盛物桶转盘15焊接使它们的圆心在同一直线上，且盛物桶14内部标有测量土体高度的刻度线，盛物桶转盘15和带螺纹杆的轴承18通过可拆卸方式连接，带螺纹杆的轴承18插在盛物桶转盘15底面圆心处的孔中，并旋转扭紧。

如图6所示，上传动转盘10、转轴13和下传动转盘16焊接使它们的圆心在同一直线上，下传动转盘16和带螺纹杆的轴承18通过可拆卸方式连接，带螺纹杆的轴承18插在下传动转盘16底面圆心处的孔中，并旋转扭紧。

采用上述双锤击实试验装置的试验方法，包括以下步骤：

第一步，在启动装置和落锤装置内部，盛物桶装置和传动轴装置底部，齿轮衔接处，启动器1和实心钢轴2连接处抹上机油；

第二步，旋转带螺纹杆的轴承18，将盛物桶14取下，测出其质量，并测出待测土样的质量。

第三步，将土样放入盛物桶14中，记录其在桶内的初始高度，将盛物桶装置通过带螺纹杆的轴承18插在盛物桶圆柱凹槽19底面上的螺纹孔17中，旋转并扭紧，安装好了后，检查所有装置是否安装妥当。

第四步，连接电源，按下控制面板22上的开关按钮，设置击实段数、击实次数、间隔时间，最后启动按下启动按钮。实心钢轴2受到启动器1的带动旋转，整个启动装置也发生旋转，传力钢球6受到螺旋轨道7和固定套管3中轨道的约束作用，带动落锤12做上下运动，同时，实心钢轴2转动带动动力盒转盘9转动，通过齿轮间相互作用，带动上传动转盘10转动，下传动转盘16受到转轴13作用随上传动转盘10一起做同频率转动，又通过齿轮间相互作用，带动盛物桶14转动。

第五步，待该机器的击实工作结束后，按下控制面板22上的结束按钮，旋转带螺纹杆的轴承18，将盛物桶14取下测出桶和土样的总质量，再观察盛物桶14内部刻度线，读出被压实后土样的高度。

第六步，以上数据经计算整理，最终可得出土样的含水率和干密度。

本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本发明适用性和原理的情况下本产品还可以作出若干改进，凡采用等同替换或等效替换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内，螺旋轨道带动双锤升落、动力盒和盛物桶不同频率转动等均在本专利保护范围内。