一种全自动冻土直剪仪的制作方法

本实用新型属于冻土试样检测技术领域，具体涉及一种全自动冻土直剪仪。

背景技术：

在冻土的力学研究过程中，冻土的直剪实验对冻土的力学性质是最基础的、必不可少的。但由于温度变化直接影响了冻土中的冰含量及未冻水含量的变化，从而严重影响冻土的力学性质，而且温度对冻土中冰含量和未冻水含量之间的转化极为敏感。

普通常规直剪仪无法满足冻土对其温度的要求，而且常规直剪仪有人工手动摇杆操作，试样安装复杂，读数误差大等缺点。综合上述常规直剪仪的缺点，冻土在常规直剪仪实验过程中这些缺点所造成的误差累积，会导致误差较大或者是错误的实验数据及结论。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种全自动冻土直剪仪。该直剪仪结构简单，设计合理，可控性好，准确率高，成本低；通过设置恒温箱，解决了现有常规直剪仪不能进行冻土直剪实验的问题，可以很好的满足冻土在直剪实验中对温度的要求，保证在实验过程中冻土试样的性质不会受到温度的影响而发生过大的性质改变；通过设置垂直液压动力装置和水平液压动力装置，对冻土试样施加垂直压力和水平推力，能够消除由手动动力施加所引起的误差。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种全自动冻土直剪仪，其特征在于，包括恒温箱、用于支撑恒温箱的支架和设置于恒温箱内的剪切盒，所述恒温箱的底板为直剪仪的工作平台，恒温箱的上部敞开且安装有两块可推拉的透明隔热玻璃，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述恒温箱内设置有用于向上剪切盒施加垂直压力的垂直液压动力装置，所述恒温箱内且位于剪切盒的一侧设置有用于向下剪切盒施加水平推力的水平液压动力装置，所述剪切盒的另一侧设置有应力环，所述应力环的端部与上剪切盒接触，所述恒温箱内设置有用于检测恒温箱内温度的第一温度传感器，上剪切盒上设置有用于检测所述剪切盒温度的第二温度传感器。

上述的一种全自动冻土直剪仪，其特征在于，所述垂直液压动力装置包括支撑架，所述支撑架上安装有第一液压缸和为所述第一液压缸泵送液压油的第一液压泵，所述第一液压缸的缸体固定安装于支撑架下方，第一液压缸的活塞杆端部连接有用于顶在上剪切盒的顶部中心位置处向所述剪切盒内的冻土试样施加垂直压力的垂直推力顶头，所述垂直推力顶头内安装有垂直压力传感器和垂直位移传感器；所述水平液压动力装置包括安装于恒温箱底板上的第二液压缸和为所述第二液压缸泵送液压油的第二液压泵，所述第二液压缸的缸体固定安装于恒温箱的底板上，第二液压缸的活塞杆端部连接有用于顶在下剪切盒的侧壁向所述剪切盒内的冻土试样施加水平推力的水平推力顶头，所述水平推力顶头内安装有水平推力传感器和水平位移传感器。

上述的一种全自动冻土直剪仪，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括工控机以及与工控机相接的PLC控制器，所述第一温度传感器的输出端、第二温度传感器的输出端、垂直压力传感器的输出端、垂直位移传感器的输出端、水平推力传感器的输出端和水平位移传感器的输出端均与PLC控制器的输入端连接，所述第一液压泵和第二液压泵均与PLC控制器的输出端连接。

上述的一种全自动冻土直剪仪，其特征在于，所述恒温箱的底板上设置有导轨，导轨上设置有可沿导轨滚动的钢珠，所述剪切盒设置于钢珠顶部。

上述的一种全自动冻土直剪仪，其特征在于，所述应力环上安装有电子百分表。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型直剪仪结构简单，设计合理，可控性好，准确率高，成本低。

2、本实用新型通过设置恒温箱，可通过调整恒温箱的温度调节剪切盒的温度与冻土试样温度相同或相差在±1℃之内，解决了现有常规直剪仪不能进行冻土直剪实验的问题，可以很好的满足冻土在直剪实验中对温度的要求，保证在实验过程中冻土试样的性质不会受到温度的影响而发生过大的性质改变。

3、本实用新型通过设置垂直液压动力装置和水平液压动力装置，对冻土试样施加垂直压力和水平推力，能够消除由手动动力施加所引起的误差。

4、本实用新型通过在恒温箱上部安装两块可推拉的透明隔热玻璃，便于实验人员安装试样和观察实验过程。

5、本实用新型的直剪仪能够最大限度的满足冻土在直剪实验中所需要的各类要求及最大程度的降低实验中可能产生的误差。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型各部件在恒温箱内的位置关系示意图。

图3为本实用新型控制系统的电路原理框图。

附图标记说明：

1—恒温箱； 2—支架； 3-1—上剪切盒；

3-2—下剪切盒； 4-1—支撑架； 4-2—第一液压泵；

4-3—第一液压缸； 4-4—垂直推力顶头； 4-5—垂直压力传感器；

4-6—垂直位移传感器； 5-1—第二液压缸； 5-2—第二液压泵；

5-3—水平推力顶头； 5-4—水平推力传感器； 5-5—水平位移传感器；

6—应力环； 7—透明隔热玻璃； 8—第一温度传感器；

9—第二温度传感器； 10—PLC控制器； 11—导轨；

12—钢珠； 13—工控机。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型的全自动冻土直剪仪，包括恒温箱1、用于支撑恒温箱1的支架2和设置于恒温箱1内的剪切盒，所述恒温箱1的底板为直剪仪的工作平台，恒温箱1的上部敞开且安装有两块可推拉的透明隔热玻璃7，所述剪切盒包括上剪切盒3-1和下剪切盒3-2，所述恒温箱1内设置有用于向上剪切盒3-1施加垂直压力的垂直液压动力装置，所述恒温箱1内且位于剪切盒的一侧设置有用于向下剪切盒3-2施加水平推力的水平液压动力装置，所述剪切盒的另一侧设置有应力环6，所述应力环6的端部与上剪切盒3-1接触，所述恒温箱1内设置有用于检测恒温箱1内温度的第一温度传感器8，上剪切盒3-1上设置有用于检测所述剪切盒温度的第二温度传感器9。

本实施例中，所述垂直液压动力装置包括支撑架4-1，所述支撑架4-1上安装有第一液压缸4-3和为所述第一液压缸4-3泵送液压油的第一液压泵4-2，所述第一液压缸4-3的缸体固定安装于支撑架4-1下方，第一液压缸4-3的活塞杆端部连接有用于顶在上剪切盒3-1的顶部中心位置处向所述剪切盒内的冻土试样施加垂直压力的垂直推力顶头4-4，所述垂直推力顶头4-4内安装有垂直压力传感器4-5和垂直位移传感器4-6；所述水平液压动力装置包括安装于恒温箱1底板上的第二液压缸5-1和为所述第二液压缸5-1泵送液压油的第二液压泵5-2，所述第二液压缸5-1的缸体固定安装于恒温箱1的底板上，第二液压缸5-1的活塞杆端部连接有用于顶在下剪切盒3-2的侧壁向所述剪切盒内的冻土试样施加水平推力的水平推力顶头5-3，所述水平推力顶头5-3内安装有水平推力传感器5-4和水平位移传感器5-5。

本实施例中，还包括控制系统，所述控制系统包括工控机13以及与工控机13相接的PLC控制器10，所述第一温度传感器8的输出端、第二温度传感器9的输出端、垂直压力传感器4-5的输出端、垂直位移传感器4-6的输出端、水平推力传感器5-4的输出端和水平位移传感器5-5的输出端均与PLC控制器10的输入端连接，所述第一液压泵4-2和第二液压泵5-2均与PLC控制器10的输出端连接。

本实施例中，所述恒温箱1的底板上设置有导轨11，导轨11上设置有可沿导轨11滚动的钢珠12，所述剪切盒设置于钢珠12顶部。

本实施例中，所述应力环6上安装有电子百分表。

本实用新型的全自动冻土直剪仪的工作过程为：第一温度传感器8检测恒温箱1内的温度并将检测的温度数据传输给PLC控制器10，第二温度传感器9检测剪切盒的温度并将检测的温度数据传输给PLC控制器10，PLC控制器10将检测的温度数据传输给工控机13，工控机13对温度数据进行显示并存储，根据冻土试样的温度调整恒温箱1的温度，当剪切盒温度与冻土试样的温度相同或相差在±1℃之内视为满足实验要求，然后使恒温箱1温度恒定；打开透明隔热玻璃7，向剪切盒内放入冻土试样，关闭透明隔热玻璃7；PLC控制器10控制第一液压泵4-2向第一液压缸4-3泵送液压油，第一液压缸4-3推动垂直推力顶头4-4顶在上剪切盒3-1上对剪切盒内的冻土试样施加垂直压力，垂直压力传感器4-5对施加的垂直压力进行检测并传输给PLC控制器10，垂直位移传感器4-6对垂直推力顶头4-4的位移进行检测并传输给PLC控制器10，PLC控制器10将检测的垂直压力数据和垂直位移数据传输给工控机13，工控机13对数据进行显示并存储；PLC控制器10控制第二液压泵5-2向第二液压缸5-1泵送液压油，第二液压缸5-1推动水平推力顶头5-3顶在下剪切盒3-2的侧壁向剪切盒内的冻土试样施加水平推力，水平推力传感器5-4对施加的水平推力进行检测并传输给PLC控制器10，水平位移传感器5-5对水平推力顶头5-3的位移进行检测并传输给PLC控制器10，PLC控制器10将检测的水平推力数据和水平位移数据传输给工控机13，工控机13对数据进行显示并存储。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何限制，凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。