一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置的制作方法

本发明涉及一种岩土工程室内模型试验设备，属于土木工程地基基础工程模型试验领域，具体的涉及一种土工模型试验中制备砂土试样的的一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置。

背景技术：

岩土工程是土木工程的一个重要分支，主要研究对象是岩土体，研究对象不确定性强，一旦发生事故引发损失极大。在研究岩土工程的特点时，需要辅以模型试验来完成针对岩土工程的研究，所以试样制备是土工模型试验中至关重要的技术环节，装样的质量直接影响着模型试验的成败。目前，制备砂土试样常用方法有振动法、击实法、插捣法和砂雨法。其中砂雨法可以较好的模拟风载或水流沉积而成的天然砂土层，其成层性更接近天然砂层，且砂层均一性好，便于在大型模型试验中应用，该方法在砂土的各种土工试验中广泛应用。但是，落砂的高度、落砂流量、落砂的装置中的砂量都是影响砂土试样的重要因素。以往的砂雨法落砂装置都是试验人员手动控制，移动速度、升降位置等受人工操作影响较大，虽然王忠涛等公开了一种砂雨法自动撒砂器，但其落砂装置结构复杂，制造成本高，并不适于大型模型砂土试样的制备，且在强度较高的模型撒砂装填作业中容易损坏。

技术实现要素：

针对现有缺陷，本发明提供了一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置，该装置通过可编程的逻辑控制器（PLC控制器）可实现全自动二维运动，砂量可以自动补偿，流量可以调节，并且结构简单、操作方便、制作成本低、适用范围广。而且可以控制落砂因素，能够制备出不同相对密度的砂土试样。

本发明的技术方案是：一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置，包括：砂料斗、筛网、控制板、遮挡板、龙门架、起吊与平移装置、PLC控制器。所述砂料斗分为上、下两层，内设置有两套筛网；所述控制板包括磁铁和有机玻璃板；所述起吊与平移装置包括垂直移动葫芦、水平移动跑车、起吊带、起吊耳和吊勾。

进一步的，所述砂料斗可为圆形或方形，分为上、下两层，并设置上、下两套筛网，一套筛网设置在料斗中上层称为上部筛网，另一套筛网设置在下层，距料斗底部15cm，称为下部筛网。优选的，在所述料斗内填装好砂土，砂土从所述料斗下层出口经过所述筛网流出，所述料斗上层内的砂土会自动补偿所述料斗下层出口流出的砂量。

进一步的，所述砂料斗的底部开有卡槽，所述遮挡板可以平插在所述卡槽中。

进一步的，所述筛网固定在圆环形的坚硬铁圈上，所述铁圈四周带有螺丝孔，通过所述螺丝孔与所述料斗上、下两层底部连接；

进一步的，所述下部筛网设置双层筛网，间距为1cm， 所述上部筛网为单层筛网

进一步的，所述控制面板形状、大小可根据试验设计任意制定，所述控制面板底部带有磁石，通过所述磁铁吸附在下部筛网上。可通过所述面板的大小和位置控制所述砂土的流量和速度。

进一步的，所述遮挡板为有机玻璃材质，其形状可根据砂料斗的设计自行定制，可以为方形或圆形。

进一步的，所述龙门架底部带有轮子，可滑动及锁死

进一步的，所述起吊和平移装置包括垂直移动葫芦、水平移动跑车、起吊带、起吊耳和吊勾，所述水平移动跑车固定在所述龙门架上，所述垂直移动葫芦设置在所述水平移动跑车下方，所述垂直移动葫芦通过所述吊钩、起吊呆和起吊耳与所述砂料斗连接。

进一步的，所述起吊和平移装置通过电缆与所述PLC控制面板连接，通过所述PLC控制器对所述起吊平移装置进行操作，所述PLC控制器可手动输入控制参数，控制所述起吊与平移装置的起吊速度和平移速度。

与现有发明相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明通过砂料斗自动补偿功能，准确控制砂料斗下层区域的质量，并通过控制砂料斗的高度和移动速度，可制备不同相对密度的砂土试样。

（3）本发明的控制板形状、大小和位置可根据试验设计任意制定，增大了落砂装置的适用范围，不仅可以适用于平铺的砂土试样，还可以用于模型筒中存在障碍物的的砂土试样制备，例如带有模型桩的砂土地基的制备。

（2）本发明能够实现在二维平面内自动移动，减少人工干预，可以制备较均匀的砂土试样。

（3）本发明结构简单、操作方便，一次性装填量大，且制造成本低。

附图说明

图1自动补砂雨法落砂机结构示意图

图2砂料斗结构示意图

图3控制板结构示意图

图中，1—龙门架，2—起吊及和平移装置， 3—砂料斗， 4—砂料斗上层， 5—砂料斗上部筛网， 6—砂料斗下层， 7—砂料斗下部筛网， 8—下出砂口， 9—卡槽， 10—轮子，11—PLC控制器，12—模型箱，13—控制板，14—遮挡板，15—磁铁环，16—有机玻璃板。

具体实施方式

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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步了解发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1、2、3所示，本实例提供一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置，包括：龙门架1，起吊与平移装置2，砂料斗3，控制板13，其中：所述砂料斗3分为上、下两层，分别为砂料斗上层4和砂料斗下层6，所述砂料斗上层4底部设置上部筛网5，砂料斗下层6底部设置下部筛网7，所述上部筛网4和下部筛网7上装填岩土工程模型试验所需的砂土，所述砂料斗底部设置下开口8，所述下开口上部设置有卡槽9，所述遮挡板14平插在所述卡槽9中，所述砂料斗3的顶部与所述起吊与平移装置2连接，所述起吊平移装置通过所述PLC控制器11控制，所述起吊与平移装置固定在所述龙门架1上。

试样制备步骤如下：

首先根据试验要求，参照标定结果调整控制板13的大小和位置，将控制板13吸附在砂料斗3下部筛网7上，然后将遮挡板14平插在料斗底部的卡槽9中，在砂料斗3中装填模型试验用砂土，用起吊与平移装置2将砂料斗3吊起并调整砂料斗至模型箱12的落距为设计落距、然后固定模型箱12的位置，整平；接下来开启PLC控制器11的开关，在PLC控制器11面板上手动输入砂料斗水平运动和垂直运动的速度和行程；最后抽掉砂料斗底部卡槽9中的遮挡板14，开启PLC控制器11面板上的落砂开关，开始落砂。砂料斗3中下层的砂经下部筛网7及砂料斗底部落入到模型筒12中，而砂料斗3中上层的砂土会立即通过上部筛网5流入砂料斗下层，补充砂料斗下层的砂量；并在PLC控制器11的控制下，料斗3可以实现两维运动，具体运动模式为：对于制备模型较小时，可以根据设定砂流量来设定砂料斗3自动沿z周上升的速度，保证所铺砂土试样的上表面始终与砂料斗3保持固定高度；对于制备模型较大时，砂料斗3在x-y平面内沿龙门架1跨度方向运动，从一端运动至另一端，然后砂料斗3自动沿z轴上升Δh（Δh为循环一个周期标定的砂样撒落的厚度），使落距保持不变，如此循环直至模型箱砂土达到指定厚度后，停止PLC控制器11上落砂按键。在试验过程中，改变砂料斗3至模型箱12底部的落距、控制板13的大小、形状以及位置、砂料斗3的移动速度等参数，达到制备不同相对密度砂土试样的目的。

本实施例提供的一种自动补砂流量可控的砂雨法落砂装置，其结构简单，将砂料斗分成上、下两层实现了上层对下层的自动补砂功能，保证了落砂容器的砂量的恒定，并且在砂料斗底部筛网设置控制板，可以调节落砂的流量和流速，除此，通过PLC控制器直接控制起吊与平移装置，减少人为干预，一方面减小试验人员的劳动强度，另一方面提高了砂土试样的均一性。