[發明專利]一種自動可控型試驗砂樣制備裝置及方法

在審

• 申請號: 201711405915.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107966344A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 劉俊偉;趙國曉;趙彥平;王永洪
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙)37104
• 代理人: 黃曉敏,于正河

1.一種自動可控型試驗砂樣制備裝置，其特征在于主體結構包括水平位移控制系統、豎向位移控制系統、卸砂系統、激光位移采集系統和控制系統五個功能部分，水平位移控制系統包括水平Y軸齒條軌道、水平X軸齒條軌道、滑動塊、減速帶剎車電機、變頻器，水平X軸齒條軌道安裝在水平Y軸齒條軌道上組成工字型結構的水平軌道；水平Y軸齒條軌道和水平X軸齒條軌道均由工字鋼、齒輪和齒條組成，固定塊安裝在滑輪上組成滑動塊，滑動塊的滑輪固定在水平X軸齒條軌道上的工字鋼上，減速帶剎車電機的一端通過齒輪和齒條與水平X軸齒條軌道上的工字鋼相連，另一端與變頻器連接并一起固定在滑動塊的固定塊上，減速帶剎車電機帶動滑動塊通過齒輪和齒條在工字鋼上運動，從而實現滑動塊在x、y方向的運動；減速帶剎車電機帶動滑動塊運動的速度通過數據線傳送到控制系統，控制系統根據實際試驗需求對減速帶剎車電機的運動速度和運動軌跡進行調整；豎向位移控制系統采用無線控制的卷簾機，卷簾機的一端固定在滑動塊上，能根據需要在水平面上任意運動，另一端通過掛鉤與卸砂系統連接，用于調節卸砂系統的豎向位移，激光位移采集系統實時采集卸砂系統的位移數據并輸送到控制系統，控制系統根據所采集的位移數據調整卷簾機的工作狀態，控制卸砂系統的升高或降低；卸砂系統采用2.5毫米厚鋼板做側板，兩塊6毫米厚鋼板做底板圍成卸砂圓桶，底板由兩塊相同鋼板通過螺栓上下連接組成，其中一塊鋼板與側板焊接連接，另一塊鋼板與微型電機相連接，兩塊鋼板上分別沿周向均勻開有圓孔，裝砂時兩塊鋼板上的圓孔錯開，將卸砂系統關閉；當準備卸砂時，微型電機帶動下鋼板轉動，兩塊鋼板的圓孔相對應，將卸砂系統打開，并根據需要控制打開的圓孔大小進行卸砂；激光位移采集系統由四個微型激光位移計構成，四個微型激光位移計均勻固定在卸砂系統的側板上，并且安裝在同一平面上，微型激光位移計通過測量卸砂系統距卸砂平面的垂直距離確定卸砂系統是否傾斜，從而對卸砂系統進行微調，微型激光位移計將卸砂系統距卸砂平面的垂直距離傳給控制系統，控制系統通過調整卸砂系統位移以達到試驗所需要的落砂高度進行落砂工作；控制系統采用plc操作控制器，控制系統通過數據采集線分別與水平位移系統、豎向位移系統、激光位移采集系統和外接的計算機連接，外接的計算機采集水平位移系統的運動數據信息、豎向位移系統的豎向位移的數據信息和激光位移采集系統的數據信息并對采集到的數據信息進行處理后傳送到plc操作控制器，plc操作控制器對各個系統的運動狀態進行調整以達到試驗需要的運動狀態，用于完成試驗砂樣的制備。

2.根據權利要求1所述自動可控型試驗砂樣制備裝置，其特征在于所述卸砂系統的半徑為0.3米，高為0.6米，底板圓孔直徑為2cm。

3.一種采用如權利要求2所述裝置制備試驗砂樣的方法，其特征在于具體過程為：

(1)先將減速帶剎車電機與變頻器連接，再將減速帶剎車電機與變頻器的信號線分別與計算機、plc操作控制器相連；打開電源后在plc操作控制器上輸入水平軌道的運動軌跡和運動速度，并檢查水平位移系統是否正常工作；

(2)將豎向位移控制系統與水平位移系統進行組裝，將激光位移采集系統安裝到卸砂系統的側板上，將微型激光位移計安裝在同一水平面上，再將卸砂系統安裝在豎向位移系統上，組裝完畢后，將數據采集線連接到計算機和plc操作控制器上，打開電源，進行試驗砂樣制備前的運行檢查，檢查整個裝置是否正常運行；

(3)根據土工試驗對砂樣相對密度的要求，確定落砂的落距和落砂的流量；同時根據對試驗砂樣的需求，確定卸砂系統的運動軌跡和卸砂系統的運動速度；

(4)通過plc操作控制器控制微型電機將卸砂系統兩塊鋼板上的圓孔錯開后將卸砂系統移動到裝砂的位置，通過外接的傳送帶將卸砂系統裝滿砂，再將卸砂系統移動到指定的落砂位置，通過微型激光位移計檢查卸砂系統是否水平無傾斜，檢查準備工作完成后，在plc操作控制器上輸入所需要的卸砂系統運動軌跡、運動速度、落砂的流量和落砂的落距；然后打開卸砂系統和裝置電源開關，落砂系統在水平位移控制系統和豎向位移控制系統的帶動下開始進行土工試驗砂樣的制備，隨著落砂的不斷進行，激光位移采集系統實時不斷采集卸砂系統與落砂平面的垂直位移的變化，并將采集的數據信息傳送到計算機中，計算機經過數據分析處理后將指令信息傳送給plc操作控制器中，plc操作控制器進行位移的調整，使得卸砂系統落砂的落距總是保持不變，保證制備的試驗砂樣更加均勻、準確、誤差?。?/p>

(5)卸砂裝置內所有砂落完之后，重新將落砂系統移動到裝砂位置，將卸砂系統兩塊鋼板上的圓孔錯開后，重新進行裝砂工作，重復步驟(4)，直至土工試驗砂樣制備完成，將卸砂系統取下，完成試驗砂樣的制備。