一种人工冻结土电动推土器及推土方法与流程

本发明属于土木工程土工试验领域，尤其是一种适合不同型号冻结原状土取出用薄壁推土器及推土方法。

背景技术：

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。最早用于俄国金矿开采，后由德国工程师用于煤矿矿井建设获得专利技术趋于成熟，现在已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。

在工程实践中，不同地区不同种类及不同深度的土在冻结后其物理力学性质也千差万别，因此我们需要通过实验来了解冻结土的具体力学性质。从现场取回的土样通常密封冷藏保存于不同型号的试样筒中以保持其温度含水率，实验时根据需要采用推土器将土样取出。在推土过程中，土样由于温度变化和外力推动又有可能融化受到扰动物理性质发生改变。目前主要采用的推土器型式有：手动推土器，卧式电动推土器，电动液压推土器。手动推土器劳动强度大，工作效率低；卧式电动推土器制作工艺复杂，占地面积大，齿轮易磨损故障率高；电动液压推土器的液压杆容易遭受土中的化学成分侵蚀，土样容易进入液压循环，难以清理并对油泵造成破坏，会对其正常使用造成很大的影响。最关键的是这些推土器并无保温功能，在推土工程中土样极易融化，自身流塑状态发生改变，导致土样受到过大扰动而无法满足实验要求。

因此有必要发明一种冻结法原状土推土器：不但能减少推土过程中对冻结土试样的影响，而且其构造简单，易于操作与维护。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种人工冻结土电动推土器及其推土方法，在传统推土器基础上增加了保温结构，简化构造，减小占地面积，适合于实验室使用；操作步骤简单，各部件便于清理维护，提高工作效率减少对原状土的扰动，并能够适用于不同规格型号的试样筒。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种人工冻结土电动推土器，包括支撑及控制部分、保温及反力架部分和动力部分；

所述支撑及控制部分包括支撑架和升降控制器，所述支撑架为设备承重主体，所述升降控制器固定在支撑架上，通过电线与电源相连；

所述保温及反力架部分包括四根支撑架、两块方板、保温筒及两个固定环，所述四根支撑架固定在支撑架面的四角，两块方板固定在四根支撑架，每个固定环设置于两块方板内侧中心孔处，不同型号保温筒通过固定环固定在方板之间，所述保温筒内放置取样筒；

所述动力部分包括顶头和用于带动顶头上下伸入或远离取样桶的升降机构，升降机构位于支撑架上，所述升降机构的动作端与顶头连接，所述顶头位于取样桶的下方。

进一步，所述升降机构包括电机和推杆，所述电机通过螺栓固定在支撑架面上，所述电机位于方板下方，所述电机通过电线与升降控制器相连，所述推杆的齿条面与电机输出轴连接的齿轮啮合，所述推杆下部穿过控制台面向下延伸，所述推杆的下端与导向片固定连接，所述导向片的导向孔空套在延伸下来的支撑杆上，顶头固定在推杆上端，所述推杆与方板的圆孔、支撑架面的圆孔同心。

再进一步，所述保温筒内径比取样筒大，保证取样筒可放入，保温筒两头有通过螺纹连接的盖，盖的孔径与取样筒相同，保证推土过程中取样筒与保温筒不会发生相对运动。

更进一步，所述固定环分为两个半圆环，两个半圆环端部分别设有螺栓孔，通过螺栓和螺母固定两个半圆环。所述固定环大小适用于不同尺寸保温筒，固定环内侧为橡胶材质，外侧为不锈钢材质。

优选的，所述升降控制器附在支撑架的控制台腿外侧。

所述四根支撑架通过螺栓固定在支撑架面的四角，两块方板通过锁紧螺钉固定在四根支撑架。

所述保温筒由双层不锈钢制成，采用真空隔热原理，配有不同内径保温筒。

所述升降控制器包含一块显示屏，实时显示推土速度与推出土样的高度。

一种人工冻结土电动推土方法，包括以下步骤：

s1.根据取样筒的直径及长度选择大小相配的顶头及保温筒，将取样筒装入保温筒内；

s2.通过升降控制器设置所需土样的高度及推土的速度，在电机停止后用钢丝刀切取土样；

s3.通过控制器使顶头归位，取出取样筒并封存，松开固定环，取下保温筒，清理顶头。

本发明的技术效果是：1.设备比传统推土器增加的保温筒有效保持了推土过程中的低温环境，提高土样的抗扰动能力。2.设备采用电机驱动，大大减少了构件数量，简化了制造工艺，占用空间小，无需太多操作人员，适用于小型实验室实验用，且电力驱动无污染使用环境较好。3.设备构造简单，操作简单易于上手，无需太多维护，故障率低耐用能够保证实验的连续性，提高工作效率，多数零件可拆卸，易于清理。4.设备配有多种孔径的保温筒及顶头，适用于不同直径的取样筒。5.设备采用直立式设计，匀速推土避免了冻结法原状土试样在推出过程中弯曲扰动，保证实验的正常进行以及实验结果的准确性。6.设备采用了数字化控制设备，使推土过程更加精准平稳。

附图说明

图1是人工冻结土电动推土器的主视图。

图2是支撑台和反力架。

图3是升降控制器主视图。

图4是固定环示意图。

图5是电机示意图。

图6是顶头示意图。

图7是保温筒示意图。

图8是方板示意图。

附图中各标号所代表的部件如下：1.支撑架2.升降控制器3.支撑杆4.方板5.固定环6.电机7.推杆8.顶头9.保温筒10.导向片。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明一种直立电动推土器及其使用方法作进一步说明。

图1～图7，一种人工冻结土电动推土器，如图1所示，包括支撑及控制部分、保温及反力架部分和动力部分。

所述支撑及控制部分包括支撑架1及升降控制器2，升降控制器2设置在支撑架1侧面，附在台腿上；所述反力架部分包括四根支撑杆3、两块方板4、固定环5以及保温筒9，两块方板4通过四根支撑杆3固定在支撑架1上方，每个固定环5通过两个螺栓设置在两块方板4内侧中心圆孔处，保温筒通过固定环固定于两块方板之间；所述动力部分包括电机6、推杆7和顶头8，电机6设置于支撑架1面上位于方板4下方，所述顶头8安装在推杆7上端，配有不同直径，直径均小于方板4孔径，所述推杆7的齿条面与电机6输出轴连接的齿轮啮合，所述推杆7穿过支撑架1中心孔的下端与导向片10固定连接，所述导向片10的导向孔空套延伸下来的支撑杆3上，所述推杆7与方板的圆孔、支撑架面的圆孔同心。

所述保温筒由双层不锈钢制成，采用真空隔热原理，配有不同内径保温筒。所述升降控制器包含一块显示屏，实时显示推土速度与推出土样的高度。

所述支撑架1和方板4由厚5mm的不锈钢片焊接制成，外表面涂防腐漆，稳持耐用，支撑架1面中心孔略大于推杆7公称直径，四根支撑杆3由不锈钢管制成，通过螺栓固定在支撑架1上，方板4通过卡扣锁紧在四根支撑杆3上，可根据保温筒9长度调节两块方板5之间的距离以满足实验要求。方板5中心孔与支撑架1面中心孔同心，孔径约为15mm。如图4所示，所述固定环分为两个半夹紧环，分别由不锈钢和橡胶垫组成，两半夹紧环端部分别设有螺栓孔、螺栓和螺母，实验时用两个半夹紧环夹住保温筒9拧紧螺母，通过压力及橡胶的摩擦力固定保温筒9。所述保温筒由内外两层不锈钢制成，不锈钢间为真空。所述电机6通过螺钉固定在支撑架1面上，电机的输出轴上安装齿轮，齿轮与推杆的一侧的齿条拟合，实现齿轮齿条上下升降运行。所述推杆7由不锈钢制成，表面涂有机油，起到润滑作用，保证实验的顺利进行，推杆7下端通过导向片10与一根延伸下来的支撑杆3相连来保证推杆7在升降过程中保持竖直方向。

一种人工冻结土电动推土方法，包括以下步骤：

s1.将取样筒装入保温桶内，根据保温筒9长度调节两块方板4之间距离，并将顶头8升至对应高度(比保温筒长度长约2-3mm)，拧松螺栓滑动两个半圆环使其分离保证足够的距离去装入保温筒9，夹紧保温筒9；

s2.在升降控制器2上设置取土高度及推土速度，推杆7上升推动取样筒内土样缓缓伸出，待推杆7停止运动，用钢丝刀切取土样；

s3.通过升降控制器2将推杆7归位，取出取样筒并用保鲜膜封存，旋开固定环5螺钉取下保温筒9，最后拆卸顶头8并清理。