直剪仪的制作方法

1.本实用新型涉及土体的检测领域，具体而言，涉及一种直剪仪。


背景技术：

2.土体作为自然界的重要组成部分，其抗剪特性在工程应用中具有重大意义。土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。该试验是将同一种土的几个试样分别在不同的垂直压力作用下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度指标，即内摩擦角和凝聚力。
3.直接剪切试验是测试抗剪强度基本方法，使用的仪器是直剪仪，本实验可根据剪切时的排水条件，直接剪切试验方法可分为快剪(不排水剪)、慢剪(排水剪)及固结快剪(固结不排水剪)、反复剪等；按照土样状态不同可分为自然剪切和饱和剪切。
4.按施加剪力的方式不同，直接剪切仪分应变控制式和应力控制式两种。前者是通过弹性钢环变形控制剪切位移的速率。后者是通过杠杆用砝码控制施加剪应力的速率，测相应的剪切位移。
5.现有的直剪仪一般分为：
6.(1)手摇式直剪仪，其特点是：
7.采用全人工方式进行试验，自动化程度低，试验人员的劳动力大，效率低；
8.土样容器不能满足较硬的土以及饱和直剪试验；
9.直剪试验剪切产生位移后，垂压中心点会有变化，垂直压力可能不会处于垂直状态；
10.垂压机构长时间被腐蚀后会对实验数据产生影响；
11.数据采集采用钢环测力计，长时间使用钢环会被土样腐蚀，或者产生金属疲劳从而造成误差。
12.(2)电动直剪仪，其特点是：
13.垂向加压系统还是人工添加砝码加压，不仅繁琐，受砝码规格限制，不能任意设置荷重，且在实验过程中添加砝码时的冲击力也会对于试验数据产生一定影响；
14.土样容器不能满足较硬的土以及饱和直剪试验；
15.直剪试验剪切产生位移后，垂压中心点会有变化，垂向压力可能不会处于垂直状态；
16.垂压机构长时间被腐蚀后会对实验数据产生影响；
17.数据采集采用钢环测力计，长时间使用钢环会被土样腐蚀，或者产生金属疲劳从而造成误差。
18.综上所述，现有直剪仪在加压系统中存在初始压力不稳，受砝码规格限制不能任意设置荷重、测量系统中存在人为或环境因素造成的误差、直剪容器系统中存在不能满足所有实验的问题。


技术实现要素：

19.本实用新型的主要目的在于提供一种直剪仪，以解决现有技术中的现有技术中的直剪仪加压系统在工作时提供的压力不稳定并充分满足饱和剪切试验条件的问题。
20.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种直剪仪，用于对土体进行剪切试验，直剪仪包括：工作台，工作台包括容纳腔体和台面；剪切盒，剪切盒位于台面上，剪切盒包括第一直剪盒和第二直剪盒；第一直剪盒位于第二直剪盒远离台面的一侧；第一直剪盒第二直剪盒均用于容纳土体；第一直剪盒相对于第二直剪盒可移动地设置，以通过推动第二直剪盒，带动第一直剪盒移动，从而测得第一直剪盒产生的推力；剪切盖，剪切盖与第一直剪盒相配合地设置；剪切盖沿靠近或者远离第一直剪盒的方向可移动地设置，以挤压第一直剪盒第二直剪盒内的土体；驱动组件，驱动组件包括驱动电机，驱动电机设置在容纳腔体内，驱动电机的输出轴与剪切盖驱动连接，以通过驱动电机驱动剪切盖移动。
21.进一步地，直剪仪还包括加压框架，加压框架包括：传动杆，传动杆用于与驱动电机的输出轴连接，以驱动传动杆移动；推动部件，推动部件与传动杆连接，推动部件位于剪切盖远离第一直剪盒的一侧，以通过传动杆带动推动部件运动以挤压剪切盖。
22.进一步地，驱动组件包括：减速机，驱动电机的输出轴与减速机连接；驱动缸体，驱动缸体内具有与用于与加压框架连接的推杆，传动结构，传动结构设置在驱动缸体内；减速机，推杆与减速机的输出轴连接，以通过驱动推杆移动，从而带动剪切盖移动。
23.进一步地，推动部件与传动杆螺纹连接，以通过转动推动部件调节推动部件，使其接触剪切盒。
24.进一步地，推杆的一端上设置有测力传感器，当推杆推动传动杆移动时，推杆推动测力传感器，以监测剪切盒挤压土体的力。
25.进一步地，直剪仪还包括：缓冲机构，缓冲机构包括弹性件，弹性件沿传动杆的移动方向可伸缩地设置，弹性件的一端与传动杆连接，弹性件的另一端与推杆连接。
26.进一步地，直剪仪包括转动轴承，转动轴承设置在容纳腔体内，转动轴承与加压框架连接，以使推动部件相对于剪切盖可转动地设置。
27.进一步地，直剪仪包括移动盒，移动盒具有用于放置剪切盒的放置槽；第一直剪盒在放置槽内可移动地设置，第二直剪盒在放置槽内与移动盒固定连接，以通过推动移动盒，从而带动第二直剪盒移动。
28.进一步地，直剪仪包括：推动电机，推动电机设置台面上，推动电机的输出轴与移动盒连接；反力柱，反力柱设置在移动盒远离推动电机的一侧，反力柱上设置有剪应力传感器，剪应力传感器用于与第一直剪盒连接，以在移动盒移动时，检测第一直剪盒产生的剪切力。
29.进一步地，直剪仪包括传力杠杆，传力杠杆包括：第一杆体，第一杆体的至少部分位于移动盒内并与第一直剪盒连接；第二杆体，第二杆体的一端与第一杆体连接；第三杆体，第三杆体与第二杆体远离第一杆体的一端连接，第三杆体与剪应力传感器接触；其中，第一杆体与第三杆体相互平行地设置。
30.进一步地，沿剪切盖的移动方向，移动盒的侧壁的高度大于剪切盒的高度。
31.进一步地，直剪仪还包括：驱动器，驱动器设置在容纳腔体内，驱动器与驱动电机信号连接，以向驱动电机发出指令，并反馈驱动电机的运动状态；采集控制器，采集控制器
设置在容纳腔体的外部，采集控制器与驱动器信号连接，以采集测力传感器和剪应力传感器的信息，并对驱动器进行控制。
32.应用本实用新型的技术方案，直剪仪用于对土体进行剪切试验，直剪仪包括：工作台，工作台包括容纳腔体和台面；剪切盒，剪切盒位于台面上，剪切盒包括第一直剪盒和第二直剪盒；第一直剪盒位于第二直剪盒远离台面的一侧；第一直剪盒第二直剪盒均用于容纳土体；第一直剪盒相对于第二直剪盒可移动地设置，以通过推动第二直剪盒，带动第一直剪盒移动，从而测得第一直剪盒产生的推力；剪切盖，剪切盖与第一直剪盒相配合地设置；剪切盖沿靠近或者远离第一直剪盒的方向可移动地设置，以挤压第一直剪盒第二直剪盒内的土体；驱动组件，驱动组件包括驱动电机，驱动电机设置在容纳腔体内，驱动电机的输出轴与剪切盖驱动连接，以通过驱动电机驱动剪切盖移动。采用上述设置，通过设置在容纳腔体内的驱动电机驱动位于剪切盒另一侧的剪切盖挤压土体，这样可以可通过控制驱动电机从而精准向剪切盖施加压力，从而实现垂向压力的准确性。
附图说明
33.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
34.图1示出了根据本实用新型的直剪仪的实施例的结构示意图；
35.图2示出了本实用新型的直剪仪的剪切盒的结构示意图；
36.图3示出了本实用新型的直剪仪的驱动缸体的工作前的状态示意图；以及
37.图4示出了本实用新型的直剪仪的驱动缸体的工作中的状态示意图。
38.其中，上述附图包括以下附图标记：
39.100、土体；20、工作台；21、容纳腔体；22、台面；23、限位部件；1、剪切盒；2、推动电机；3、蜗轮蜗杆推进机构；4、驱动缸体；41、推杆；5、测力传感器；6、缓冲机构；8、驱动电机；7、转动轴承；9、减速机；10、驱动器；11、采集控制器；12、反力柱；13、剪应力传感器；14、加压框架；141、传动杆；142、推动部件；15、剪切盖；16、第一直剪盒；17、第二直剪盒；18、移动盒；181、放置槽；19、传力杠杆；191、第一杆体；192、第二杆体；193、第三杆体；80、驱动组件。
具体实施方式
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
41.参见图1至图4，本实施例的直剪仪，用于对土体100进行剪切试验，直剪仪包括：工作台20，工作台20包括容纳腔体21和台面22；剪切盒1，剪切盒1位于台面22上，剪切盒1包括第一直剪盒16和第二直剪盒17；第一直剪盒16位于第二直剪盒17远离台面22的一侧；第一直剪盒16第二直剪盒17均用于容纳土体100；第一直剪盒16相对于第二直剪盒17可移动地设置，以通过推动第二直剪盒17，带动第一直剪盒16移动，从而测得第一直剪盒16产生的推力；剪切盖15，剪切盖15与第一直剪盒16相配合地设置；剪切盖15沿靠近或者远离第一直剪盒16的方向可移动地设置，以挤压第一直剪盒16第二直剪盒17内的土体100；驱动组件80，驱动组件包括驱动电机8，驱动电机8设置在容纳腔体21内，驱动电机8的输出轴与剪切盖15
驱动连接，以通过驱动电机8驱动剪切盖15移动。采用上述设置，通过设置在容纳腔体21内的驱动电机8驱动位于剪切盒1另一侧的剪切盖15挤压土体100，这样可以可通过控制驱动电机8从而精准向剪切盖施加压力(精准度可达0.01mm)，从而实现垂向压力的准确性。
42.具体的，本实施例的驱动电机8为伺服电机。
43.具体的，本实施例的直剪仪在工作时，第一直剪盒16位于第二直剪盒17远离台面22的一侧；第一直剪盒16具有用于容纳土体100的第一容纳槽，第二直剪盒17具有用于容纳土体100的第二容纳槽，第一容纳槽和第二容纳槽相连通；第一直剪盒16相对于第二直剪盒17可移动地设置，以通过推动第二直剪盒17移动，测得第一直剪盒16产生的推力。
44.参见图1、图2，在本实施例的直剪仪中，直剪仪还包括加压框架14，加压框架14包括：传动杆141，传动杆141用于与推杆41连接，以通过推杆41推动传动杆141移动；推动部件142，推动部件142与传动杆141连接，推动部件142位于剪切盖15远离第一直剪盒16的一侧，以通过传动杆141带动推动部件142运动以挤压剪切盖15。
45.参见图3、图4，工作前驱动缸体4中推杆41收缩于驱动缸体4内部，工作时电缸推杆41推出。
46.在本实施例的直剪仪中，参见图1、图2，驱动组件80包括减速机9，驱动电机8的输出轴与减速机9连接；驱动缸体4，驱动缸体4内具有与用于与加压框架14连接的推杆41，传动结构，传动结构设置在驱动缸体4内；减速机9，推杆41与减速机9的输出轴连接，以通过驱动推杆41移动，从而带动剪切盖15移动。
47.具体地，本实施例的驱动组件80可以选为电缸，这样便可以将电机的旋转运动方便的转换成推杆41的直线运动。
48.在本实施例的直剪仪中，参见图1、图2，推动部件142与传动杆141螺纹连接，以通过转动推动部件142调节推动部件142，使其接触剪切盒1。
49.这样，通过调节推动部件142在传动杆141上的位置，可以调节推动部件142与剪切盖15的连接状态。
50.参见图1、图2，在本实施例的直剪仪中，推杆41的一端设置有测力传感器5，当推杆41推动传动杆141移动时，推杆41推动测力传感器5，以监测剪切盒1挤压土体100的力。
51.在本实施例的直剪仪中，参见图1、图2，直剪仪包括转动轴承7，转动轴承7设置在容纳腔体21内，转动轴承7与加压框架14连接，以使推动部件142相对于剪切盖15可转动地设置。
52.参见图1、图2，在本实施例的直剪仪中，直剪仪还包括：缓冲机构6，缓冲机构6包括弹性件，弹性件沿传动杆141的移动方向可伸缩地设置，弹性件的一端与传动杆141连接，弹性件的另一端与推杆41连接。
53.在本实施例的直剪仪中，参见图1、图2，直剪仪包括移动盒18，移动盒18具有用于放置剪切盒1的放置槽181；第一直剪盒16在放置槽181内可移动地设置，第二直剪盒17在放置槽181内与移动盒18固定连接，以通过推动移动盒18，从而带动第二直剪盒17移动。
54.参见图1、图2，在本实施例的直剪仪中，直剪仪包括：推动电机2，推动电机2设置台面22上，推动电机2的输出轴与移动盒18连接；反力柱12，反力柱12设置在移动盒18远离推动电机2的一侧，反力柱12上设置有剪应力传感器13，剪应力传感器13用于与第一直剪盒16连接，以在移动盒18移动时，检测第一直剪盒16产生的剪切力。
55.参见图2，在本实施例的直剪仪中，直剪仪包括传力杠杆19，传力杠杆19包括：第一杆体191，第一杆体191的至少部分位于移动盒18内并与第一直剪盒16连接；第二杆体192，第二杆体192的一端与第一杆体191连接；第三杆体193，第三杆体193与第二杆体192远离第一杆体191的一端连接，第三杆体193与剪应力传感器13连接；其中，第一杆体191与第三杆体193相互平行地设置。
56.具体地，本实施例的直剪仪在第一次剪切试验结束后，需要反向拉回第二直剪盒17，直至第二直剪盒17与第一直剪盒16位置重合，从而多次重复地进行剪切试验。本实施例的直剪仪还包括限位部件23，限位部件23设置在移动盒18和第三杆体193之间，限位部件23能够限制第三杆体193的移动，从而在进行反复剪试验时，防止第一直剪盒16随第二直剪盒17收回而移动。
57.参见图2，在本实施例的直剪仪中，沿剪切盖15的移动方向，移动盒18的侧壁的高度大于剪切盒1的高度。
58.为解决现有技术的直剪仪在进行饱和快剪时不能满足土样完全浸入水中的问题，本实施例的直剪仪增高移动盒18的四周的侧壁后，即移动盒18的侧壁的高度大于剪切盒1的高度，可使得土样还原完全浸没在水中状态，试验结果更加精确。
59.参见图1、图2，在本实施例的直剪仪中，直剪仪还包括：驱动器10，驱动器10设置在容纳腔体21内，驱动器10与驱动电机8信号连接，以向驱动电机8发出指令，并反馈驱动电机8的运动状态；采集控制器11，采集控制器11设置在容纳腔体21的外部，采集控制器11与驱动器10信号连接，以采集驱动电机8的运动状态，并对驱动器10进行控制。
60.对本实施例的直剪仪的说明如下：
61.本实施例的直剪仪在使用时，将制备好的试样装入剪切盒1内，将底部安装有垂压系统的加压框架14加至剪切盖15上，并保持垂直；采集控制器11将剪切速率、垂向压力等参数传送至相对应的系统后开始试验，水平推进装置即按照设定的速率推动第二直剪盒17，同时加压框架14将垂压系统产生的垂向压力施加至土样顶部，土体内产生的剪应力由第一直剪盒16通过传力杠杆19传递至剪应力传感器13、垂向压力通过测力传感器5进行量测，当由于土样发生剪切或压缩形变而导致压力释放时，力的缓冲机构可及时给予适量的压力补偿，达到减缓压力波动，保持压力稳定的目的。
62.水平推进装置由步进电机(推动电机2)和蜗轮蜗杆推进机构3组成，为剪切试验提供水平推力。
63.垂压系统为全自动直剪仪提供可任意设置的稳定垂压力(最大3200kpa)，该系统由加压框架14、电缸(驱动组件80)、测力传感器5、力的缓冲机构、滚珠轴承(转动轴承7)、伺服电机(驱动电机8)、减速机9及伺服驱动器10组成，工作时，采集控制器11将命令发送至伺服驱动器10，伺服电机(驱动电机8)及减速机9按照伺服驱动器10的指令提供动力，通过联动装置带动电缸(驱动组件80)向下拖拽加压框架14，达到从土样顶端施加垂向压力的目的，同时伺服驱动器10将电缸运动状态返回至采集控制器11实时控制垂向压力；力的缓冲机构6可储存一定的压力，在土样因发生剪切或压缩形变而导致垂压力减小时可给予适量的补偿，减缓压力波动，保持压力稳定的同时避免垂压机构直接作用导致土样受到冲击破坏；滚珠轴承(转动轴承7)保证在剪切过程中加压框架14的垂直状态。
64.土样的剪应力、垂压力值由剪应力传感器13和测力传感器5传递向采集控制器11，
从而自动采集。
65.在本实施例的直剪仪中，通过改良剪切盒1结构，增加第一直剪盒16的质量，避免被较硬土样发生剪切形变时顶起，导致剪应力失真；适当加宽、加高剪切移动盒18，使其储存的水面能高于土样的上表面，模拟土样在地下水位以下的状态。
66.在本实施例的直剪仪中，全自动直剪仪垂压系统也可用气压、液压、电磁推进机等代替。
67.在本实施例的直剪仪中，全自动直剪仪压力缓冲机构可用橡皮圈等弹性物体代替。
68.本实施例的直剪仪采用减速升降机提供垂向压力，添加滚珠轴承，使得垂向压力一直处于垂直状态；增加缓冲装置，减缓试验过程中土体变形产生的压力波动并且更加精确、省力。
69.本实施例的直剪仪将钢环测力计改变为剪应力传感器，可实时采集土样剪切力数值。
70.本实施例的直剪仪改进剪力盒现有结构和部分构件材料，使仪器更加适用多种试验。
71.为了验证试验结果，用三种不同的类型相对均质土样，同种类型的土制成三个试样(保证密度相同)用三种类型设备进行了比较试验(相同式样种类垂压均相同)。验证结果可见，三种设备数据结果基本上一致。详见下表：
[0072][0073]
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
[0074]
本实用新型的直剪仪，用于对土体100进行剪切试验，直剪仪包括：工作台20，工作台20包括容纳腔体21和台面22；剪切盒1，剪切盒1位于台面22上，剪切盒1包括第一直剪盒16和第二直剪盒17；第一直剪盒16位于第二直剪盒17远离台面22的一侧；第一直剪盒16第二直剪盒17均用于容纳土体100；第一直剪盒16相对于第二直剪盒17可移动地设置，以通过推动第二直剪盒17，带动第一直剪盒16移动，从而测得第一直剪盒16产生的推力；剪切盖15，剪切盖15与第一直剪盒16相配合地设置；剪切盖15沿靠近或者远离第一直剪盒16的方向可移动地设置，以挤压第一直剪盒16第二直剪盒17内的土体100；驱动组件80，驱动组件包括驱动电机8，驱动电机8设置在容纳腔体21内，驱动电机8的输出轴与剪切盖15驱动连接，以通过驱动电机8驱动剪切盖15移动。采用上述设置，通过设置在容纳腔体21内的驱动电机8驱动位于剪切盒1另一侧的剪切盖15挤压土体100，这样可以可通过控制驱动电机8从而精准控制向剪切盖施加压力(精准度可达0.01mm)，从而实现垂向压力的准确性。
[0075]
本实用新型的直剪仪改变了加压方式，解决了人为加压产生的误差及存在的安全隐患，并且最高压力值可达3200kpa。
[0076]
本实用新型的直剪仪完善了剪切盒结构，增加上剪切盒质量，避免被土样塑性变形顶起，加高下剪力盒四壁，使其完全适用不同种类试验。
[0077]
本实用新型的直剪仪改变了添加垂向压力的方法，减小人工加压时产生的试验数据误差以及消除安全隐患，添加滚珠轴承维持土样发生剪切变形过程垂向压力的垂直状态。
[0078]
本实用新型的直剪仪由剪应力传感器代替钢环测力计，更加精确，减小试验误差。
[0079]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。