專利名稱：一種水巖干濕循環(huán)試驗儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種試驗儀器，具體涉及一種水巖干濕循環(huán)試驗儀。
背景技術：
近年來，干濕循環(huán)對土體強度的影響研究已取得一些進展，但國內外就干濕循環(huán)對巖石強度的影響研究仍然偏少。公知的試驗操作根據規(guī)范規(guī)定過程為“吸水-風干”作用?，F有的實驗操作過程根據規(guī)范規(guī)定，將巖樣豎直置放于飽和缸中，第一次加水至H/4高度(H為試件高度)，以后每隔2小時加水至H/2和3H/4高度，6小時后試件全部淹沒于水中。48小時后取出，此時試件吸水已經完成。然后將試件置于的烘箱中，將溫度保持在60°C狀態(tài)不變，開啟除濕干燥風機，48小時后取出，經測定此時試件的含水量約0. 1%，基本趨于零。這就是試驗設計的一個“吸水-風干”作用過程。巖石試樣通過以上實驗操作，即可用于物理力學參數的測定。此過程均為人工操作，過程繁瑣，耗時長，試驗精度差。

發(fā)明內容
針對現有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種水巖干濕循環(huán)試驗儀，該儀器不僅可以準確完成試驗，而且能夠實現試驗過程自動化，縮短試驗時間。為了實現上述任務，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現一種水巖干濕循環(huán)試驗儀，包括試驗箱和支座，支座安裝在試驗箱底部，在試驗箱內部頂端上固定有兩個相對的真空試驗箱和兩個相對的烘干試驗箱，真空試驗箱和烘干試驗箱的大小相同，真空試驗箱和烘干試驗箱之間呈直角安裝；兩個真空試驗箱上連接有真空泵和雙向水泵，雙向水泵通過控水閥門與安裝在試驗箱內部的儲液箱相連，試驗箱下端設置有與真空試驗箱和烘干試驗箱相對應的四個試驗箱底盤，試驗箱底盤底面上裝配有可旋轉的自動升降旋轉軸；烘干試驗箱中安裝有溫度傳感器和電熱絲，真空試驗箱中安裝有壓力傳感器，溫度傳感器和壓力傳感器分別與PLC控制器相連，PLC控制器分別通過繼電器與兩個電動機驅動電路相連，所述的兩個電動機驅動電路分別與第一電動機和第二電動機相連，第一電動機安裝在支座上，第一電動機的轉軸與自動升降旋轉軸配合升降傳動；第二電動機安裝在試驗箱底盤底面上，第二電動機的轉軸與自動升降旋轉軸配合旋轉傳動；PLC控制器通過繼電器分別與水泵驅動電路和控水閥門相連，水泵驅動電路與雙向水泵相連；PLC控制器通過繼電器與加熱控制電路相連，加熱控制電路與電熱絲相連；PLC控制器通過繼電器與真空泵驅動電路相連，真空泵驅動電路與真空泵相連。本發(fā)明還具有如下技術特點所述的PLC控制器采用型號為C200HE-CPU42-E的PLC控制器。所述的烘干試驗箱上加工有通氣孔。所述的四個試驗箱底盤上均設有凹槽和網格。所述的控水閥門采用電磁閥。所述的第一電動機的轉軸與自動升降旋轉軸之間通過齒輪齒條嚙合傳動；所述的第二電動機的轉軸與自動升降旋轉軸之間通過傳動帶傳動。本發(fā)明通過使用電子程序的控制，實現了試驗過程的自動化，避免手工操作的繁瑣；試驗采用抽真空法使巖石試樣完全地達到飽和，縮短了試驗時間，加快了試驗進程。試驗過程為儀器自動操作，降低了由于人工操作而產生的錯誤，減小了由于人工操作而帶來的誤差。


圖1是水巖干濕循環(huán)試驗儀的整體結構示意圖。圖2是水巖干濕循環(huán)試驗儀的上部構件的俯視圖。圖3是水巖干濕循環(huán)試驗儀的下部構件的俯視圖。圖4是水巖干濕循環(huán)試驗儀的剖面圖。圖5是自動升降旋轉軸的驅動部分結構示意圖。圖6是水巖干濕循環(huán)試驗儀的控制部分連接關系示意圖。圖中各個標號的含義有1-真空泵，2-雙向水泵，3-控水閥門，4-儲液箱，5-真空試驗箱，6-烘干試驗箱，7-自動升降旋轉軸，8-試驗箱底盤，9-試驗箱，10-溫度傳感器，11-壓力傳感器，12-PLC控制器，13-繼電器，14-電動機驅動電路，15-第一電動機，16-水泵驅動電路，17-加熱控制電路，18-電熱絲，19-通氣孔，20-第二電動機，21-凹槽，22-網格,23-支座,24-真空泵驅動電路。以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的具體內容作進一步詳細地說明。
具體實施例方式以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。遵從上述技術方案，如圖1至圖6所示，一種水巖干濕循環(huán)試驗儀，包括試驗箱9和支座23，支座23安裝在試驗箱9底部，在試驗箱9內部頂端上固定有兩個相對的真空試驗箱5和兩個相對的烘干試驗箱6，真空試驗箱5和烘干試驗箱6的大小相同，真空試驗箱5和烘干試驗箱6之間呈直角安裝；兩個真空試驗箱5上連接有真空泵I和雙向水泵2，雙向水泵2通過控水閥門3與安裝在試驗箱9內部的儲液箱4相連，試驗箱9下端設置有與真空試驗箱5和烘干試驗箱6相對應的四個試驗箱底盤8，試驗箱底盤8底面上裝配有可旋轉的自動升降旋轉軸7 ;烘干試驗箱6中安裝有溫度傳感器10和電熱絲18，真空試驗箱5中安裝有壓力傳感器11，溫度傳感器10和壓力傳感器12分別與PLC控制器12相連，PLC控制器12分別通過繼電器13與兩個電動機驅動電路14相連，所述的兩個電動機驅動電路14分別與第一電動機15和第二電動機20相連,第一電動機15安裝在支座23上,第一電動機15的轉軸與自動升降旋轉軸7配合升降傳動；第二電動機20安裝在試驗箱底盤8底面上，第二電動機20的轉軸與自動升降旋轉軸7配合旋轉傳動；PLC控制器12通過繼電器13分別與水泵驅動電路16和控水閥門3相連，水泵驅動電路16與雙向水泵2相連；PLC控制器12通過繼電器13與加熱控制電路17相連，加熱控制電路17與電熱絲18相連；PLC控制器12通過繼電器13與真空泵驅動電路24相連，真空泵驅動電路24與真空泵I相連。烘干試驗箱6上加工有通氣孔19,用于在對巖樣加熱過程中排出從巖樣中蒸發(fā)出來的水分。四個試驗箱底盤8上均設有凹槽21和網格22。凹槽21在試驗過程中用來讓真空試驗箱5中的水充分排出，網格22用來防止巖樣的滑動?？厮y門3采用電磁閥，用于與雙向水泵2同時打開和關閉，控制水的進入和流出。第一電動機15的轉軸與自動升降旋轉軸7之間通過齒輪齒條哨合傳動,用于控制自動升降旋轉軸7的升降運動；第二電動機20的轉軸與自動升降旋轉軸7之間通過傳動帶傳動，用于控制自動升降旋轉軸7的旋轉運動。PLC控制器12采用型號為C200HE-CPU42-E的PLC控制器，基本參數如下程序容量7. 2K字數據存儲器6K字處理時間(基本時間)0. 3微秒I/O 點數880 點·RS-232C :有實時時鐘有可否裝載通信板可以輸入接口模塊共計5個，包括溫度傳感模塊、壓力傳感模塊、交流輸入口模塊、位置控制模塊、撥碼開關模塊。溫度和壓力為連續(xù)變化的量，但只有當溫度和壓力達到試驗要求的設定值時，后續(xù)動作才能被觸發(fā)，即溫度信號和壓力信號均為開關量，不需要A/D轉換模塊；交流輸入口模塊用來與電源連接，為PLC控制器12供電，位置控制模塊用于設定自動升降旋轉軸7的升降高度和旋轉角度；撥碼開關用來設定烘干試驗箱6烘烤巖石的具體時間。輸出接口模塊包括10個開關量和I個RS-232串行接口。10個開關量用繼電器輸出，包括KM1和KM2(分別控制第一電動機15的正反轉)，KM3和KM4(分別控制第二電動機20的正反轉)，KM5和KM6 (分別控制雙向水泵2和控水閥門3的啟停)，KM7和KM8 (分別控制電熱絲18的加熱和停止加熱)，KM9和KMlO (分別控制真空泵I的啟停)；RS-232串行接口(與上位計算機連接具體顯示溫度和壓力的變化，可隨時改變對溫度和壓力的控制)。PLC的聯網能力即可與其他C系列PLC組成通信網絡，也可通過PLc的連接單元RS-232串行接口與上位計算機連用，組成主從式通信網絡抗干擾能力PLC內置信號調節(jié)和濾波電路，具有良好的抗電子噪聲干擾性能，不需要配置隔離變壓器溫度傳感器10優(yōu)選PT1000溫度傳感器，常數B值為3470K土 1%，基準電阻為25°C對應電阻5KQ ±1%。能夠滿足室溫25°C到控制箱內60°C溫度的溫度變化范圍的測試要求。壓力傳感器12優(yōu)選真空壓力傳感器，該壓力傳感器供電電壓為24DCV，產品零點溫漂移彡±0. 05%FS°C ;量程溫度漂移彡±0. 05%FS°C ;安全過載150%FS ;極限過載200%FS，適用于本裝置的測量環(huán)境。電動機驅動電路14、水泵驅動電路16、加熱控制電路17和真空泵驅動電路24均為本領域常規(guī)的能夠實現相應功能的電路。本裝置的工作過程如下所述
兩個相對的烘干試驗箱6分別記為烘干試驗箱A和烘干試驗箱C ;兩個相對的真空試驗箱5分別記為真空試驗箱B和真空試驗箱D ；四個試驗箱底盤8順次分別記為底盤a,底盤b,底盤c和底盤d。步驟1:試驗者將做好的標準巖樣放入試驗箱底座8，根據研究目的在PLC控制器12中設定相關試驗參數，可以根據試驗要求及儀器的承載量，一次性放入多個巖樣。試驗者檢查試驗儀，在連接正常的情況下開始試驗。步驟2 :PLC控制器12通過第一電動機15控制自動升降旋轉軸7自動上升，帶動試驗箱底盤8同時上升，使得底盤a和底盤c恰好到達烘干試驗箱A和烘干試驗箱C底面處，巖樣全部處于烘干試驗箱6中底盤b和底盤d也恰好分別與真空試驗箱B和真空試驗箱D接觸、密封。步驟3 :烘干試驗箱A和烘干試驗箱C中的電熱絲18開始工作，烘干試驗箱6中的溫度控制在PLC控制器12根據試驗要求設定的溫度下不變，達到PLC控制器12根據試驗要求設定時間后停止加溫，待巖樣自然冷卻到室溫，PLC控制器12控制第一電動機15帶動自動升降旋轉軸7下降，下降150mm后，PLC控制器12控制第二電動機20順時針旋轉90°，自動升降旋轉軸7再緩慢上升150mm，使巖樣進入真空試驗箱5中。步驟4 :巖樣在真空試驗箱5中抽真空，達到試驗要求規(guī)定的真空度后，PLC控制器12通過真空泵驅動電路24控制真空泵I停止運行，PLC控制器12控制控水閥門3自動打開，同時PLC控制器12通過水泵驅動電路16控制雙向水泵2正轉，將水從儲液箱4中注入真空試驗箱5中，PLC控制器12根據試驗要求設定雙向水泵2的工作時間，該時間段內的注水量剛好能夠完全浸沒巖樣，雙向水泵2停止工作，同時控水閥門3自動關閉，真空泵I繼續(xù)抽真空,保持真空度不變并按照試驗要求的時間持續(xù)抽真空。步驟5 :按照試驗要求抽真空完畢，真空泵I停止工作，使真空試驗箱5內的壓力恢復到大氣壓力，PLC控制器12控制雙向水泵2反轉，將真空試驗箱5中的水抽到儲液箱4中。步驟6 :抽水完畢，PLC控制器12控制第一電動機15帶動自動升降轉軸7下降，帶動底盤a、底盤b、底盤c和底盤d同時下降，下降150mm后停止，PLC控制器12控制第二電動機20開始工作使得自動升降轉軸7再順時針旋轉90°，此時，底盤a到達底盤d的初始位置，底盤d到達底盤c的初始位置，底盤c到達底盤b的初始位置，底盤b到達底盤a的初始位置。步驟7 :待步驟6完成后，PLC控制器12控制自動升降旋轉軸7自動上升，帶動底盤a、底盤b、底盤c和底盤d同時上升，此時，底盤b和底盤d恰好到達烘干試驗箱A和烘干試驗箱C底面處，巖樣全部處于烘干試驗箱5中；底盤a和底盤c盤也恰好與真空試驗箱D和真空試驗箱B接觸、密封。重復上述步驟3 步驟7，按此循環(huán)規(guī)律繼續(xù)循環(huán)操作，具體循環(huán)次數依據不同試驗要求進行具體的設定，最后試驗結束，取出巖樣，進行后續(xù)相關的試驗數據的測定。
權利要求
1.一種水巖干濕循環(huán)試驗儀，包括試驗箱(9)和支座(23)，支座(23)安裝在試驗箱(9)底部，其特征在于，在試驗箱(9)內部頂端上固定有兩個相對的真空試驗箱(5)和兩個相對的烘干試驗箱(6 )，真空試驗箱(5 )和烘干試驗箱(6 )的大小相同，真空試驗箱(5 )和烘干試驗箱(6)之間呈直角安裝；兩個真空試驗箱(5)上連接有真空泵(I)和雙向水泵(2)，雙向水泵(2 )通過控水閥門(3 )與安裝在試驗箱(9 )內部的儲液箱(4 )相連，試驗箱(9 )下端設置有與真空試驗箱(5)和烘干試驗箱(6)相對應的四個試驗箱底盤(8)，試驗箱底盤(8)底面上裝配有可旋轉的自動升降旋轉軸(7);烘干試驗箱(6)中安裝有溫度傳感器(10)和電熱絲(18)，真空試驗箱(5)中安裝有壓力傳感器(11)，溫度傳感器(10)和壓力傳感器(11)分別與PLC控制器(12)相連，PLC控制器(12)分別通過繼電器(13)與兩個電動機驅動電路(14)相連，所述的兩個電動機驅動電路(14)分別與第一電動機(15)和第二電動機(20)相連，第一電動機(15 )安裝在支座(23 )上，第一電動機(15 )的轉軸與自動升降旋轉軸(7 )配合升降傳動；第二電動機(20)安裝在試驗箱底盤(8)底面上，第二電動機(20)的轉軸與自動升降旋轉軸(7)配合旋轉傳動；PLC控制器(12)通過繼電器(13)分別與水泵驅動電路(16)和控水閥門(3)相連，水泵驅動電路(16)與雙向水泵(2)相連；PLC控制器(12)通過繼電器(13)與加熱控制電路(17)相連，加熱控制電路(17)與電熱絲(18)相連；PLC控制器(12)通過繼電器(13)與真空泵驅動電路(24)相連，真空泵驅動電路(24)與真空泵(I)相連。
2.如權利要求1所述的水巖干濕循環(huán)試驗儀，其特征在于，所述的PLC控制器(12)采用型號為C200HE-CPU42-E的PLC控制器。
3.如權利要求1所述的水巖干濕循環(huán)試驗儀，其特征在于，所述的烘干試驗箱(6)上加工有通氣孔(19)。
4.如權利要求1所述的水巖干濕循環(huán)試驗儀，其特征在于，所述的四個試驗箱底盤(8)上均設有凹槽(21)和網格(22)。
5.如權利要求1所述的水巖干濕循環(huán)試驗儀，其特征在于，所述的控水閥門(3)采用電磁閥。
6.如權利要求1所述的水巖干濕循環(huán)試驗儀，其特征在于，所述的第一電動機(15)的轉軸與自動升降旋轉軸(7)之間通過齒輪齒條嚙合傳動；所述的第二電動機(20)的轉軸與自動升降旋轉軸(7 )之間通過傳動帶傳動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水巖干濕循環(huán)試驗儀，包括試驗箱和支座，支座安裝在試驗箱底部，在試驗箱內部頂端上固定有兩個相對的真空試驗箱和兩個相對的烘干試驗箱；兩個真空試驗箱上連接有真空泵和雙向水泵，雙向水泵通過控水閥門與安裝在試驗箱內部的儲液箱相連，試驗箱下端設置有四個試驗箱底盤，試驗箱底盤底面上裝配有可旋轉的自動升降旋轉軸；本試驗儀通過溫度傳感器、壓力傳感器、電動機、PLC控制器和繼電器組成的控制單元實現自動控制。本發(fā)明實現了試驗過程的自動化，避免手工操作的繁瑣，縮短了試驗時間，加快了試驗進程，減小了由于人工操作而帶來的誤差。
文檔編號G01N33/24GK103063818SQ20121057964
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者曹琰波, 高文偉, 楊百存, 張鵬, 夏宇, 孫欣 申請人:長安大學