砂雨法自动撒砂器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建设工程技术领域，涉及一种土工模型实验中制备砂土试样的撒砂装置，尤其是砂雨法制备砂土试样的自动撒砂器。
【背景技术】
[0002]试样制备是土工模型实验中至关重要的技术环节，装样的质量直接影响着模型实验的成败。目前，制备砂土试样常使用的方法有振动法、击实法、插捣法和砂雨法。振动法、击实法可以较好地模拟回填的砂土层，但其常应用于动静三轴、共振柱等单元试样实验，并不能直接应用于大型模型实验；砂雨法可以较好地模拟风载或水流沉积而成的天然砂土层，其成型试样与实际的天然砂层更为接近，便于在大型模型实验中应用，该方法在砂土的各种土工实验中广泛采用。但以往的砂雨法撒砂装置主要由实验人员手动控制其运动，移动速度、升降位置等受人工操作影响较大，故试样重复性和均匀性较差，而且常规撒砂装置不能较好的制备疏松状态的砂土试样，制备试样的相对密实度范围小，不能很好的满足实验要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服传统土工模型实验中制备砂土试样的装置，尤其是砂雨法制备砂土试样的撒砂装置的不足之处:人工操作的误差对结果影响大、试样重复性和均匀性较差、制备的砂土试样相对密度范围较小等。本发明提供了一种自动撒砂器，该自动撒砂器通过可编程逻辑控制器(PLC控制器)实现全自动三维运动，减小人工操作导致的误差，获得均匀性和重复性较好的试样；而且通过改变撒砂控制因素，能够成功制备出包括松散状态的砂样在内的相对密实度在0.20-0.90之间砂土试样；同时，方便应用于大型模型实验，尤其是离心模型实验。
[0004]本发明的技术方案是:一种自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片和筛网。PLC控制器与三个伺服电机相连，通过PLC控制器的控制面板对伺服电机进行操控；三个伺服电机分别固定在对应三维方向的履带导轨上，各自控制其方向的履带导轨运动，完成三维运动；砂料筒悬挂于高处，确保砂土向下流动，其底部通过软管与喷嘴顶部连接；喷嘴底部旋接撒砂筒，所述的撒砂筒为顶部密封、底部敞口的圆筒，其顶部开有小于软管接头内径的圆孔，喷嘴和撒砂筒间设置不同尺寸的滤嘴片，用于控制流量，并将喷嘴固定于履带导轨上，所述的滤嘴片为带有孔眼的圆片；撒砂筒底部安装筛网，使砂土分散后均匀地洒落至模型箱中。所述的支架用于固定其上的伺服电机和履带滑轨。
[0005]当使用自动撒砂器制备砂土试样时，首先装满砂料筒，根据要求，参照标定结果来调整撒砂器的落距、滤嘴片尺寸和筛网；然后，固定模型箱位置，整平；接下来开启PLC控制器电源，在PLC控制器的面板上手动输入撒砂筒三维运动的移动速度、路径和行程；最后，点击PLC控制器面板上的自动撒砂按键，撒砂开始。砂料筒中的砂流经软管和喷嘴，在滤嘴片的限制下，进入撒砂筒，经筛网分散后均匀洒落至模型箱中。在PLC控制器的控制下，伺服电机按照之前输入的参数，自动驱动撒砂筒进行三维运动，具体运动模式为:撒砂筒先在X-Y(X，Y范围可设置)平面内“弓”字形连续运动，从一端运动至另一端，然后撒砂筒自动沿Z轴向上移动△ h (△ h为循环一个周期标定的砂样撒落的平均厚度)，使落距始终保持不变，如此循环直至模型箱装满或砂土达到指定厚度后，点击PLC控制器面板的停止按键，停止撒砂。在实验过程中，可通过改变落距、滤嘴片尺寸、筛网个数、撒砂筒移动速度、路径和行程等参数，达到制备不同相对密实度砂土试样的目的。
[0006]本发明的效果和益处是:仪器操作简单，仅需设置参数，便可实现自动控制撒砂器三维运动，减小人工操作的误差，制备试样均匀性和可重复性较好，制备试样的相对密实度范围较大，可满足大多数实验要求，而且方便应用于大型模型实验，尤其是离心模型实验。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的X-Z平面图。
[0008]图2是本发明的Y-Z平面图。
[0009]图中:1砂料筒；2软管；3喷嘴；4滤嘴片；5撒砂筒；6筛网；7支架；
[0010]8PLC控制器；9PLC控制器的控制面板；10PLC控制器的开关；
[0011]IlX轴履带滑轨；12Y轴履带滑轨；13Ζ轴履带滑轨；14滑轨的履带；
[0012]15Χ轴伺服电机；16Ζ轴伺服电机；17模型箱；18Υ轴伺服电机。
【具体实施方式】
[0013]以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0014]在图1中，履带导轨(Y轴)12固定在支架7上，作为基础导轨，履带导轨(X轴)11连接于履带导轨(Y轴)12上，可进行Y轴方向运动，履带导轨(Ζ轴)13连接于履带导轨(X轴)11上，可进行X轴方向运动，同时，履带导轨(Ζ轴)13自身可沿Z轴方向运动，以此达到三维运动的目的；PLC控制器8固定于支架7上，与伺服电机(X轴)15、伺服电机(Z轴)16和伺服电机(Y轴)18相连，通过PLC控制器的控制面板9输入参数对三个伺服电机进行操控；三个伺服电机固定在对应三个方向的履带导轨上，各自控制其方向的履带导轨进行运动，如:伺服电机(X轴)15固定在履带导轨(X轴)11上；砂料筒I悬挂于高处，确保砂土可以向下流动，其底部与喷嘴3顶部由软管2进行连接；喷嘴3底部旋接撒砂筒5，其间放置不同尺寸的滤嘴片4，滤嘴片4的作用是控制撒砂流量；撒砂筒5底部安装筛网6，筛网6的作用是使砂分散后均匀洒落至模型箱17中。
[0015]在图2中，将喷嘴3固定于履带导轨(Z轴)13上，使其共同运动。
[0016]试样制备步骤如下:首先装满砂料筒1，根据实验要求，参照标定结果来调整撒砂筒5至模型箱17的落距、滤嘴片4的尺寸和筛网6的个数；然后，固定模型箱17位置，整平；接下来开启PLC控制器的开关10，在PLC控制器的控制面板9上手动输入撒砂筒5三维运动的移动速度、路径和行程；最后，点击PLC控制器的控制面板9上的自动撒砂按键，撒砂开始。砂料筒I中的砂流经软管2和喷嘴3，在滤嘴片4的限制下，进入撒砂筒5，经筛网6分散后均匀洒落至模型箱17中，在PLC控制器8的控制下，三个伺服电机11、12和13按照之前输入的参数，自动控制撒砂筒5进行三维运动，具体运动模式为:撒砂筒5先在X-Y (X，Y范围可设置)平面内“弓”字形连续运动，从一端运动至另一端，然后撒砂筒5自动沿Z轴向上移动Ah( Ah为循环一个周期标定的砂样撒落的平均厚度)，使落距始终保持不变，如此循环直至模型箱17装满或砂土达到指定厚度后，点击PLC控制器的控制面板9的停止按键，停止撒砂。在实验过程中，可通过改变撒砂筒5至模型箱17的落距、滤嘴片4的尺寸、筛网6的个数、撒砂筒5的移动速度、路径和行程等参数，达到制备不同相对密实度砂土试样的目的。
【主权项】
1.一种砂雨法自动撒砂器，其特征在于，该砂雨法自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片、筛网和支架；PLC控制器与三个伺服电机相连，通过PLC控制器的控制面板对伺服电机进行操控；三个伺服电机分别固定在对应三维方向的履带导轨上，各自控制其方向的履带导轨运动，完成三维运动；砂料筒悬挂于高处，确保砂土向下流动，其底部通过软管与喷嘴顶部连接；喷嘴底部旋接撒砂筒，所述的撒砂筒为顶部密封、底部敞口的圆筒，其顶部开有小于软管接头内径的圆孔，喷嘴和撒砂筒间设置不同尺寸的滤嘴片，用于控制流量，并将喷嘴固定于履带导轨上，所述的滤嘴片为带有孔眼的圆片；撒砂筒底部安装筛网，使砂土分散后均匀地洒落至模型箱中；所述的支架用于固定其上的伺服电机和履带滑轨。
【专利摘要】本发明属于建设工程技术领域，涉及一种砂雨法自动撒砂器。该砂雨法自动撒砂器包括PLC控制器、伺服电机、履带导轨、砂料筒、软管、喷嘴、撒砂筒、滤嘴片和筛网。PLC控制器与三个伺服电机相连，操控伺服电机控制各自方向的履带导轨进行运动；砂料筒悬挂于高处，确保砂土可以向下流动，其底部与喷嘴顶部由软管进行连接；喷嘴底部旋接撒砂筒，其间放置不同尺寸的滤嘴片，用于控制流量，并将喷嘴固定于履带导轨上；撒砂筒底部安装筛网。本发明仪器操作简单，自动控制三维运动，减小人工操作的误差，制备试样均匀性和可重复性较好，相对密实度范围较大，可满足大多数实验要求。而且方便应用于大型模型实验，尤其是离心模型实验。
【IPC分类】G01N1-28
【公开号】CN104764641
【申请号】CN201510142151
【发明人】王忠涛, 赵维, 范宁, 李志阳, 张宇
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月29日