一种固结仪及其控制方法与流程

1.本发明涉及试验仪器技术领域，特别是涉及一种固结仪及其控制方法。


背景技术：

2.固结仪是当前岩土工程勘察土工试验的主要试验仪器固结仪用于测试土的压缩系数、压缩模量、固结系数、体积系数、压缩指数，前期固结压力，回弹指数及次固结系数等。
3.目前常用的固结仪有三种：磅秤式、杠杆式和气压式，也有自研的液压加压设备。磅秤式和杠杆式都是人工加荷，其缺点是人工砝码加荷，加荷时的冲击力是影响试验精度的主要因素。由于受作息时间限制，只能作延长试验时间的安排，效率低下；另外仪器的体积大，不便搬运。气压式固结仪是目前国内应用最广泛的种类之一，其主要优点是体积小，自动化程度高；其缺陷是荷载加载过程延时，影响固结系数的计算。由于国内制作的厂家较多存在着不同的不合理现象。多年的实践比对发现如下的问题：1、受设备内部结构影响，回弹不到位，没有形成典型的回弹圈，回弹指数偏小；2、强结构结构性硬土固结试验时土的变形量在中小荷载时偏小，与杠杆式固结仪比对差异明显；3、由于是多联装置，固结稳定标准受最长稳定时间的土样控制，所以试验效率不高；4、多联装置必须同时启动，影响仪器装置的周转。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种固结仪及其控制方法，其结构简单紧凑，占用空间小，且可以根据采集数据，调节加载压力大小，保证实验效果更加准确可控。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种固结仪，包括承载单元、加载单元、数据采集单元和控制单元，所述承载单元用以承载样本；所述加载单元用以对承载单元施加压力，进而对样本施加压力；所述数据采集单元设置于所述承载单元上，用以检测加载单元施加压力的大小以及检测加载单元的位移情况；所述控制单元与所述加载单元以及数据采集单元电连接，用以控制所述加载单元。
6.优选地，所述承载单元包括安装支架、用以放置样本的容器以及传压板，所述容器安装于所述加载单元上，所述传压板安装于所述安装支架上，且所述传压板设置于所述容器的开口正上方。
7.优选地，所述安装架包括底座、两根立柱、横梁以及传压螺杆，所述立柱分别连接所述底座和横梁，所述传压螺杆竖直穿过所述横梁，所述传压板与所述传压螺杆的底端连接。
8.优选地，所述加载单元包括电动缸、滑动安装于所述电动缸内的滑动杆和驱动滑动杆沿所述电动缸升降滑动的伺服电机，所述伺服电机以及电动缸安装于所述底座上，所述容器安装于所述滑动杆末端上，所述伺服电机与所述控制单元电连接。
9.优选地，所述数据采集单元包括位移传感器、力传感器和表杆，所述力传感器安装于所述滑动杆与容器之间，所述位移传感器安装所述传压螺杆上，所述表杆两端分别连接
所述位移传感器和力传感器。
10.优选地，所述力传感器与所述容器之间设置有传力板。
11.优选地，所述控制单元为pc或平板。
12.为了解决上述问题，本发明还提供一种上述固结仪的控制方法，包括以下步骤：
13.s1、对控制单元预设数据，所述数据包括加载时间、加载力度以及力度变化量；
14.s2、将样本放置于所述承载单元上，并布置配套设施固定样本；
15.s3、启动加载单元，对样本进行初始加载；
16.s4、数据采集单元采集初始加载数据，并将数据反馈给控制单元；
17.s5、控制单元根据预设数据控制加载单元进行加载，数据采集单元时刻向控制单元反馈数据；
18.s6、控制单元接收数据并导出对应表格。
19.优选地，所述s5步骤中，控制单元控制所述加载单元按照预设的力度变化量逐级加载。
20.本发明具有以下有益效果：
21.(1)本发明的固结仪结构简单紧凑，通过设置数据采集单元，实时采集数据，并且通过控制单元调节加载单元输出压力的的变化，起到精准调节的效果，保证了试验的可靠性、准确性和高效性；且采用电动缸，提高了输出的稳定性，进一步保证实验的可靠性。
22.(2)本发明的固结仪控制方法，实时采集固结仪的位移数据和压力数据，并通过控制单元调节反馈，形成闭环回路控制，使得试验可控性更高，且更精准。
附图说明
23.图1是本发明实施例提供的固结仪的结构框图；
24.图2是本发明实施例提供的固结仪的结构示意图；
25.图3是本发明实施例提供的固结仪的主视图；
26.图4是本发明实施例提供的固结仪的控制框图。
27.附图标记：
28.1、承载单元；11、安装支架；111、底座；112、立柱；113、横梁；114、传压螺杆；12、容器；13、传压板；2、加载单元；21、电动缸；22、伺服电机；3、数据采集单元；31、位移传感器；32、力传感器；33、表杆；34、固定座；35、传力板；4、控制单元。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.参见图1～3，本发明优选实施例提供一种固结仪，包括承载单元1、加载单元2、数据采集单元3和控制单元4，所述承载单元1用以承载样本；所述加载单元2用以对承载单元1施加压力，进而对样本施加压力；所述数据采集单元3设置于所述承载单元1上，用以检测加载单元2施加压力的大小以及检测加载单元2的位移情况；所述控制单元4与所述加载单元2以及数据采集单元3电连接，用以控制所述加载单元2。
33.在本发明的一些优选实施例中，所述承载单元1包括安装支架11、用以放置样本的容器12以及传压板13，所述容器12安装于所述加载单元2上，所述传压板13安装于所述安装支架11上，且所述传压板13设置于所述容器12的开口正上方。具体的，容器12包括水槽和设置于所述水槽内的样本槽，所述样本放置到样本槽内，所述样本槽的开口大小与所述传压板13的大小相同。
34.在本发明的一些优选实施例中，所述安装架包括底座111、两根立柱112、横梁113以及传压螺杆114，所述立柱112分别连接所述底座111和横梁113，所述传压螺杆114竖直穿过所述横梁113，所述传压板13与所述传压螺杆114的底端连接。
35.在本发明的一些优选实施例中，所述加载单元2包括电动缸21、滑动安装于所述电动缸21内的滑动杆(未图示)和驱动滑动杆沿所述电动缸21升降滑动的伺服电机22，所述伺服电机22以及电动缸21安装于所述底座111上，所述容器12安装于所述滑动杆末端上，所述伺服电机22与所述控制单元4电连接。具体的，所述电动缸21内设置有丝杆(未图示)，所述丝杆(未图示)的底端套设有第一齿轮(未图示)，所述丝杆上螺纹连接有滑块(未图示)，所述滑动杆(未图示)安装于所述滑块上，且其顶端穿出所述电动缸21的顶部；所述伺服电机22的转轴上套设有第二齿轮(未图示)，第一齿轮和第二齿轮啮合，所述伺服电机22旋转带动第二齿轮旋转，第二齿轮带动第一齿轮旋转，第一齿轮带动丝杆旋转，从而实现滑块在丝杠上滑动，滑块带动滑动杆在电动缸21内滑动，实现滑动杆的顶端给予容器12一个压力。
36.在本发明的一些优选实施例中，所述数据采集单元3包括位移传感器31、力传感器32和表杆33，所述力传感器32安装于所述滑动杆与容器12之间，所述位移传感器31安装所述传压螺杆114上，所述表杆33两端分别连接所述位移传感器31和力传感器32。具体的，当滑动杆对容器12施加压力时，容器12向上移动，因为传压板13不动，样本在容器12内被挤压，力传感器32位于滑动杆和容器12之间，可以采集滑动杆对容器12的作用力，从而得到样本所受压力，而位移传感器31则可以检测滑动杆移动的距离。且所述表杆33两端设有固定座34，用以安装位移传感器31和力传感器32。
37.在本发明的一些优选实施例中，所述力传感器32与所述容器12之间设置有传力板35。具体的，传力板35可以将滑动杆的力稳定传送给容器12，并且起到缓冲作用，增大受力面。
38.在本发明的一些优选实施例中，所述控制单元4为pc或平板。
39.参见图4，本发明优选实施例还提供一种固结仪的控制方法，包括以下步骤：
40.s1、对控制单元4预设数据，所述数据包括加载时间、加载力度以及力度变化量；
41.s2、将样本放置于所述承载单元1上，并布置配套设施固定样本；
42.s3、启动加载单元2，对样本进行初始加载；
43.s4、数据采集单元3采集初始加载数据，并将数据反馈给控制单元4；
44.s5、控制单元4根据预设数据控制加载单元2进行加载，数据采集单元3时刻向控制单元4反馈数据；
45.s6、控制单元4接收数据并导出对应表格。
46.在本发明的一些优选实施例中，所述s5步骤中，控制单元4控制所述加载单元2按照预设的力度变化量逐级加载。
47.本发明的工作过程：当开始一个固结试验，切取原状土制备土样；取下固结仪容器12；在固结容器12内装上切土环刀后放入土样，土样两端贴上滤纸；将导环置于固结仪容器12中；放上透水石和传压板13；将容器12置于传力板35正中；启动控制单元4，控制电动缸21按预设的时间和荷重逐级加载，并按固结试验的要求记录数据，直至完成固结试验后导出数据文本。
48.综上，本发明优选实施例提供一种固结仪及其控制方法，其与现有技术相比：
49.(1)本发明的固结仪结构简单紧凑，通过设置数据采集单元3，实时采集数据，并且通过控制单元4调节加载单元2输出压力的的变化，起到精准控制的效果，保证了试验的可靠性、准确性和高效性；且采用电动缸21，提高了输出的稳定性，进一步保证实验的可靠性。
50.(2)本发明的固结仪控制方法，实时采集固结仪的位移数据和压力数据，并通过控制单元4调节反馈，形成闭环回路控制，使得试验可控性更高，且更精准。
51.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。