全自动土壤饱和器的制作方法

本发明创造属于土木工程实验仪器，主要涉及一种土壤饱和器。

背景技术：

在土木建设设计中，对土体的孔隙水压力、强度等特性测定是必须完成的技术基础工作，而土样的制备质量对于特性测定实验精度至关重要。目前，土样的制备大多采用饱和器来完成，但由于结构设计的缺陷，现有的土壤饱和器通常必须由两名操作人员相互配合使用，其中一名操作人员固定饱和器，另外一人分层填土、夯实，存在作业效率低、劳动强度大、操作过程复杂、浪费人工、土样制备精度不易保证的技术性问题。

技术实现要素：

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，设计一种全自动土壤饱和器，达到操作简易方便、节省人工、降低劳动强度、保证土样制备精度的目的。

本发明创造的目的是这样实现的：在器壳体腔内顶部处从上至下依次安装丝杆、传动轮和气缸壳体，其中，气缸壳体与丝杆固装，所述传动轮与主动轮相啮合，主动轮与电机Ⅰ相固结，通过丝杆上的螺纹配合传动轮内螺纹可以上下移动气缸壳体，在气缸壳体底边装有红外线传感器Ⅰ，在气缸壳体中装有旋阀Ⅰ、旋阀Ⅱ，在所述气缸壳体内，从上至下，依次安装电机Ⅲ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ和活塞，所述电机Ⅲ与连杆Ⅰ固结，连杆Ⅰ与连杆Ⅱ铰链，连杆Ⅱ与活塞铰链，在所述活塞下方与气缸壳体、旋阀Ⅰ和旋阀Ⅱ共同围成气缸Ⅰ，而在其下方的，气锤与气缸壳体、旋阀Ⅰ和旋阀Ⅱ共同围成气缸Ⅱ；在所述气锤下方有撞墩，在所述撞墩内安装有电机Ⅳ，电机Ⅳ与转盘固装，在所述转盘内装有卡位滑块，卡位滑块与转盘通过复位弹簧Ⅰ相固装，在所述卡位滑块下安装有刀片，刀片通过复位弹簧Ⅱ与转盘相固装，在所述转盘中，固装若干微型电机，微型电机与壳套Ⅲ相固接，壳套Ⅲ内装有红外线传感器Ⅱ，转盘底边安装有动栅传感器在所述转盘下方部位处由模具内腔与底部固装在外壳上的重量传感器构成样土腔室，在所述模具上安装定栅传感器，在器壳体一侧固装料仓，料仓下方安装螺旋传送组，所述螺旋传送组与固定在器壳体上的电机Ⅱ固接，在器壳体上配装控制电路总成，所述控制电路总成由单片机控制单元、通用I/O、液晶显示屏、按键、电机驱动模块和A/D转换构成；液晶显示屏通过通用I/O与单片机控制单元连通，所述单片机控制单元与按键连通，红外线传感器Ⅰ、红外线传感器二、容栅传感器分别通过A/D转换与单片机控制单元连通，电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ、电机Ⅳ和微型电机均通过电机驱动模块与单片机控制单元连通。

本发明创造结构新颖、合理、简单，实现了半自动化作业，操作简易方便，节省操作人员，劳动强度低，土样制备精度高，作业运行稳定可靠。

附图说明

图1是全自动土壤饱和器总体结构示意图；

图2是控制电路总成结构示意图；

图3转盘底部及红外线传感器二结构示意图；

图中件号说明：

1、器壳体、2、丝杆、3、传动轮、4、气缸壳体、5、主动轮、6、电机Ⅰ、7、红外线传感器Ⅰ、8、旋阀Ⅱ、9、旋阀Ⅰ、10、电机Ⅲ、11、连杆Ⅰ、12、连杆Ⅱ、13、活塞、14、气缸Ⅰ、15、气锤、16、撞墩、17、电机Ⅳ、18、转盘、19、卡位滑块、20、复位弹簧Ⅰ、21、刀片、22、复位弹簧、23、微型电机、24、壳套三、25、红外线传感器二、26、动栅传感器、27、模具、28、重量传感器、29、样土腔室、30、定栅传感器、31、料仓、32、螺旋传送组、33、电机Ⅱ、34、电路总成、35、单片机控制单元、36、通用I/O、37、液晶显示屏、38、按键、39、电机驱动模块、40、A/D转换、41、容栅传感器、42、气缸Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种全自动土壤饱和器，在器壳体1腔内顶部处从上至下依次安装丝杆2、传动轮3和气缸壳体4，其中，气缸壳体4与丝杆2固装，所述传动轮3与主动轮5相啮合，主动轮5与电机Ⅰ6相固结，通过丝杆2上的螺纹配合传动轮3内螺纹可以上下移动气缸壳体4，在气缸壳体底边装有红外线传感器Ⅰ7，在气缸壳体中装有旋阀Ⅰ8、旋阀Ⅱ9，在所述气缸壳体4内从上至下依次安装电机Ⅲ10、连杆Ⅰ11、连杆Ⅱ12和活塞13，所述电机Ⅲ10与连杆Ⅰ11固结，连杆Ⅰ11与连杆Ⅱ12铰链，连杆Ⅱ12与活塞13铰链，在所述活塞13下方与气缸壳体4、旋阀Ⅰ8和旋阀Ⅱ9共同围成气缸Ⅰ14，在其下方的气锤15与气缸壳体4、旋阀Ⅰ8和旋阀Ⅱ9共同围成气缸Ⅱ42。在所述气锤15下方有撞墩16，在所述撞墩16内安装有电机Ⅳ17，电机Ⅳ17与转盘18固装，在所述转盘18内装有卡位滑块19，卡位滑块19与转盘18通过复位弹簧Ⅰ20相固装，在所述卡位滑块19下安装有刀片21，刀片21通过复位弹簧Ⅱ22与转盘18相固装，在所述转盘18中固装若干微型电机23，微型电机23与壳套Ⅲ24相固接，壳套Ⅲ24内装有红外线传感器Ⅱ25，转盘18底边安装有动栅传感器26，在所述转盘18下方部位处由模具27内腔与底部固装在外壳上的重量传感器28构成样土腔室29，在所述模具27上安装定栅传感器30，在器壳体1一侧固装料仓31，料仓31下方安装螺旋传送组32，所述螺旋传送组32与固定在器壳体1上的电机Ⅱ33固接，在器壳体1上配装控制电路总成34，所述控制电路总成34由单片机控制单元35、通用I/O 36、液晶显示屏37、按键38、电机驱动模块39和A/D转换40构成。液晶显示屏37通过通用I/O 36与单片机控制单元35连通，所述单片机控制单元35与按键38连通，红外线传感器Ⅰ7、红外线传感器二25、容栅传感器41分别通过A/D转换40与单片机控制单元35连通，电机Ⅰ6、电机Ⅱ33、电机Ⅲ10、电机Ⅳ17和微型电机23均通过电机驱动模块39与单片机控制单元35连通。

检测使用时，通过按键38输入土样所需密度，通过单片机控制单元35按预定程序计算出每个阶段投放的土量以及压实的体积。继而，开始第一个阶段的工序，单片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动电机Ⅱ33，电机Ⅱ33带动螺旋传送组32将料仓31中的土样陆续加到样土腔室29内，当重量传感器28测量到土量达到预定值后，通过A/D转换40将信号传回单片机控制单元35，再由单片机控制单元35通过电机驱动模块39停止电机Ⅱ33工作，同时，驱动电机Ⅰ6开始工作，通过主动轮5带动传动轮3转动，继而在丝杆2的相互配合下，将气缸壳体4降下，当转盘18接触土体时，红外线传感器Ⅰ7会接触转盘18并将信号通过A/D转换40传给单片机控制单元35，再由单片机控制单元35通过电机驱动模块39停止电机Ⅰ6工作，同时进入振捣工序，驱动电机Ⅲ10开始工作，通过连杆Ⅰ11、连杆Ⅱ12带动活塞13运动。当活塞13在汽缸一14压缩空气时，汽缸一14下部空气通过上旋阀Ⅱ8进入气缸Ⅱ42上部，气缸Ⅱ42下部的空气通过下旋阀Ⅰ9进入气缸Ⅰ14的上部，这时在气缸Ⅱ42上部压缩空气和气锤15自重的作用下，完成向下运动，锤击撞墩16，继而通过转盘18砸实土样。当活塞13向上运动时，空气流向与上述情况相反，气锤15完成上升运动。在击打压实土样的过程中，单片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动微型电机23工作，带动壳套三24旋转一定角度，将红外线传感器二25露出，将测量转盘18到土样表层的距离数据通过通过A/D转换40反馈回单片机控制单元35，通过既定程序判断转盘18与图层脱离，脱离则启动电机Ⅰ6将气缸壳体4定量下降，继续振捣的工序，直到由动栅传感器26和定栅传感器30组成的容栅传感器41通过A/D转换40将信号传回单片机控制单元35，若达到既定参数后，单片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动电机Ⅳ17工作，通过转盘18高速旋转，卡位滑块19在向心力的作用下会将刀片21顶出转盘18底部，随着电机Ⅰ6启动带动气缸壳体下降，两者相互配合将压实的土层表面打碎。然后，单片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动电机Ⅳ17停止工作，卡位滑块19与刀片21分别在复位弹簧Ⅰ20与复位弹簧Ⅱ22的作用下归位。继而，片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动电机Ⅰ6工作，将气缸壳体4整体上提。然后，单片机控制单元35通过电机驱动模块39驱动电机Ⅱ33开始工作，继续向样土腔市29内加土，开始不断重复第一个阶段的工序，直到最后形成所需土样为止。