一種自動控制落距的砂雨裝置和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動控制落距的砂雨裝置及使用方法，砂雨裝置由砂斗、砂漏、模型箱和自動升降臺座等結(jié)構(gòu)組成，采用將撒砂重量轉(zhuǎn)換為臺座下沉高度的方式實現(xiàn)了對落距的精確控制。本發(fā)明還公開了該裝置的使用方法，技術(shù)步驟包括：確定砂樣密度，確定落距，將模型箱固定在可通過重量自動調(diào)節(jié)下沉高度的臺座上，水平移動砂斗撒砂，臺座根據(jù)砂樣重量自動下沉，直至撒砂結(jié)束。撒砂過程中無需移動砂漏豎向高度，臺座下沉量始終與砂樣高度相同，即落距始終不變。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)砂雨法制樣過程中因落距不能精確控制而造成的砂樣不均、密度不精確的問題，具有精確度高、操作方便、技術(shù)簡單可行、實用性強等優(yōu)點。
【專利說明】一種自動控制落距的砂雨裝置和使用方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種可將撒砂重量自動轉(zhuǎn)換為下沉高度的裝置及使用方法，特別涉及 一種自動控制落距的砂雨裝置和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0003]砂雨法是無粘性土常規(guī)試驗中試樣制備常用的一種方法。無粘性土試樣的密度是 制樣過程中最重要的控制參數(shù)之一，其受多種因素影響，如砂斗形狀、砂漏形狀、模型箱形 狀、鋼篩篩孔、平均落距等。其中，當砂斗形狀、砂漏形狀、模型箱形狀和鋼篩篩孔被選定后， 均可通過標定得到其與砂樣密度的關(guān)系，即這些參數(shù)在砂雨過程中為靜態(tài)影響因素。而平 均落距在砂雨過程中隨著砂樣的增高不斷被打破，而后再被重新調(diào)整，其對砂樣密度影響 顯著，且難以控制，是砂雨過程中典型的動態(tài)影響因素。
[0004]目前，試驗中若采用砂雨法制樣，大多通過調(diào)整砂斗和砂漏高度達到控制落距的 目的。在撒砂過程中，砂斗和砂漏的升降是通過吊機實現(xiàn)的，而吊機的升降高度多為手動控 制。因此，難以保證落距始終為A。另外，由于模型箱平面尺寸常常大于砂漏的截面尺寸，砂 雨時不僅要調(diào)節(jié)落距，還要調(diào)節(jié)砂漏的水平位置，如此復(fù)雜的操作很難保證砂樣的整體均 勻性。
[0005]在本發(fā)明之前，采用傳統(tǒng)砂雨法制備的砂樣大多不能保證其密度的精確性，一些 砂樣即使平均密度合理，砂樣的整體均勻性仍難以實現(xiàn)。砂樣的相對密度十分敏感，而相對 密度是控制砂樣物理、力學(xué)特性的重要指標。因此，得到一種自動控制落距的砂雨裝置和使 用方法，對實現(xiàn)砂樣密度精確性和整體均勻性十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)砂雨法在撒砂過程中難以準確控制落距、砂樣密度和 砂樣均勻性等缺陷，提供一種自動控制落距的砂雨裝置和使用方法。
[0007]一種自動控制落距的砂雨裝置，包括砂斗、砂漏、模型箱和自動升降臺座等，砂斗 與砂漏通過軟管連接，連接段設(shè)置閥門，模型箱和自動升降臺座位于砂漏下方，其特征在 于:模型箱固定于自動升降臺座上并隨臺座升降；自動升降臺座為彈簧形式或聯(lián)動千斤頂 形式；臺座與砂樣高度同步變化；臺座側(cè)壁為自由伸縮的橡皮膜，可隨臺座主體自由升降； 撒砂過程中，砂斗與砂漏高度始終不變，即撒砂過程中落距始終為h。
[0008]自動升降臺座是將撒砂重量轉(zhuǎn)換為砂樣高度，再執(zhí)行與砂樣高度相等的沉 降量的裝置。本臺座采用兩種形式實現(xiàn)自動下沉:①彈性系數(shù)值等于撒砂重量的彈 簧組，彈簧組下端固定在臺座底部，彈簧組與模型箱配套使用以確保彈簧壓縮量與 砂樣高度同步；②將撒砂重量轉(zhuǎn)換為沉降高度并執(zhí)行沉降的組合千斤頂裝置，該裝 置內(nèi)置可量測重量的精度天平、根據(jù)模型箱尺寸將天平測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量AiJ并自動輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞、執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的沉降裝置等，千斤頂組由數(shù)個千斤頂組成，由聯(lián)動裝置連接以確保同步升降。
[0009]該砂雨裝置具有精確度高、操作簡單可行、實用性強等優(yōu)點。撒砂過程中落距始終為h，落距的控制保證了砂樣的整體均勻性和密度精確性。
[0010]本發(fā)明一種自動控制落距的砂雨方法，其采用以下技術(shù)步驟實現(xiàn):
(1)根據(jù)試驗方案，確定砂樣密度；
(2)根據(jù)砂樣密度，確定落距(h)，多次標定砂樣密度與落距的關(guān)系，通過得到的關(guān)系曲線，插值得到目標砂樣密度對應(yīng)的落距，驗證并確定插值得到的落距；
(3)將模型箱固定于自動升降臺座上，模型箱與臺座采用對稱螺母連接，保證其整體穩(wěn)定性；
(4)將砂斗吊起，使砂漏底面到達模型箱內(nèi)底面的距離(落距)為h，固定砂斗高度，整個撒砂過程中無需改變砂斗與砂漏的高度。砂斗與砂漏由塑料軟管連接，軟管可以在不移動砂斗水平位置的前提下，小范圍移動砂漏位置。砂斗、砂漏均采用至少兩道鋼箍實現(xiàn)與橡膠軟管的連接，確保連接牢固；
(5)打開砂斗底部的閥門，向模型箱內(nèi)撒砂，撒砂過程中，保持砂斗與砂漏高度不變，水平、緩慢移動砂斗與砂漏位置；
(6)撒砂過程中，臺座根據(jù)上部砂樣重量自動調(diào)節(jié)升降，其升降高度與模型箱內(nèi)砂樣高度相同。待模型箱內(nèi)砂樣高度達到試驗要求后，關(guān)閉砂斗底部的閥門，結(jié)束撒砂；
(7)稱量模型箱內(nèi)砂樣重量，計算砂樣密度。
[0011]本發(fā)明所述的彈簧形式的升降臺座，通過數(shù)只彈簧組成的彈簧組實現(xiàn)，彈簧組的
彈性系數(shù)為/f = Zx.S'x7,其中，Z=模型箱內(nèi)壁長、S=模型箱內(nèi)壁寬、％?=砂樣重度。實現(xiàn)
了模型箱內(nèi)砂樣高度與彈簧組沉降量相同，均為A/i ,彈簧組下端固定在臺座底部。彈簧組與模型箱配套使用以確保彈簧壓縮量與砂樣高度同步，彈簧組可簡單拆卸，簡單組裝。
[0012]本發(fā)明所述的千斤頂形式的升降臺座，通過內(nèi)置量測重量的精度天平、將天平測
得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量M并輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞、執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的聯(lián)動千斤頂組實現(xiàn)。其中，天平置于臺座中心，可以精確測得砂樣重量；將天平測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量燦并輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞，采用簡單計算器實現(xiàn)；執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的沉降裝
置，采用4個聯(lián)動的小型油壓千斤頂實現(xiàn)，千斤頂將重量按照參數(shù)t =Tr a+xS’x7)換算
為臺座沉降量，其中，任意時刻撒砂重量、Z=模型箱內(nèi)壁長、S=模型箱內(nèi)壁寬、=砂樣重度。實現(xiàn)了模型箱內(nèi)砂樣高度與彈簧組沉降量相同，均為。
[0013]本發(fā)明所述的自動升降臺座采用可伸縮的橡皮膜側(cè)壁，撒砂過程中，側(cè)壁隨臺座主體自由升降。
[0014]所述的砂斗與砂漏高度在撒砂過程中始終不變，砂漏底面到模型箱內(nèi)砂樣表面的高度始終為h，即落距始終為h。`
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于:采用將撒砂重量自動轉(zhuǎn)換為臺座下沉高度的方式實現(xiàn)了對落距的精確控制，撒砂過程中無需調(diào)整砂斗與砂漏的豎向高度，克服了傳統(tǒng)砂雨法在撒砂過程中難以準確控制落距、砂樣密度和砂樣均勻性等缺陷，具有精確度高、操作方便、 技術(shù)簡單可行、實用性強等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明一種自動控制落距的砂雨裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)圖。其中，(a)確定砂樣密度和落距，(b)將模型箱固定于 臺座之上，(C)撒砂過程中臺座根據(jù)上部重量自動沉降，(d)撒砂結(jié)束并關(guān)閉閥門；
圖3本發(fā)明砂斗、砂漏與塑料軟管的鋼箍連接圖；
圖4本發(fā)明模型箱與臺座螺母連接圖；
圖5本發(fā)明彈簧形式的自動升降臺座及其剖面圖；
圖6本發(fā)明聯(lián)動千斤頂形式的自動升降臺座及其剖面圖。
[0017]圖中:1為吊繩，2為砂斗,3為閥門,4為塑料軟管,5為鋼箍,6為砂漏,7為鋼篩,8 為模型箱，9為升降臺座，10為可伸縮橡皮側(cè)壁，11為水平緩慢移動砂斗和砂漏，12臺座下 沉，13為臺座最終位置，14為砂樣表面最終高度；15為砂斗下部連接管，16為鋼箍卡頭，17 為模型箱卡座，18為螺母，19為彈簧組，20為油壓千斤頂，21為千斤頂?shù)鬃?2為天平，23 為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞，24為沉降量顯示器，25為聯(lián)動裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以 【具體實施方式】為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
[0019]如圖1-6所示所示，本發(fā)明一種自動控制落距的砂雨裝置，包括吊繩(I)、砂斗
(2)、砂漏(6)、模型箱(8)和自動升降臺座(9)等。砂斗與砂漏通過軟管連接(4)，連接處采 用至少兩道鋼箍(5)，連接段設(shè)置閥門(3)用于控制砂雨過程的開始和結(jié)束，砂漏選擇合適 孔徑的鋼篩(7)，模型箱固定于自動升降臺座之上，兩者位于砂漏下方。其特征在于:模型 箱固定于自動升降臺座上并隨臺座升降；自動升降臺座為彈簧形式或聯(lián)動千斤頂形式；臺 座與砂樣高度同步變化；臺座側(cè)壁為自由伸縮的橡皮膜(10)，可自由升降；砂斗與砂漏高 度在撒砂過程中始終不變，即撒砂過程中落距始終為h。
[0020]所述的彈簧形式的升降臺座(如圖5)，包括數(shù)只彈簧組成的彈簧組(19)，彈簧組 下端固定在臺座底部，彈簧組與模型箱配套使用以確保彈簧壓縮量與砂樣高度同步。
[0021]所述的千斤頂形式的升降臺座(如圖6)，內(nèi)置量測重量的精度天平(22)、將天平
測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量Aft并輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞(23)、執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的聯(lián) 動千斤頂組(20)。千斤頂組由數(shù)個千斤頂組成，由聯(lián)動裝置(25)連接以確保同步升降。
[0022]本發(fā)明一種自動控制落距的砂雨方法，其采用以下技術(shù)步驟實現(xiàn):
如圖2 (a)所示，根據(jù)試驗方案，確定砂樣密度，根據(jù)砂樣密度，確定落距(h)，多次標定 砂樣密度與落距的關(guān)系，通過得到的關(guān)系曲線，插值得到目標砂樣密度對應(yīng)的落距，驗證并 確定插值得到的落距。將砂斗與砂漏下部連接管(15)通過軟管連接，連接處采用至少兩道 鋼箍(如圖3)，鋼箍卡頭(16)位置錯開，連接段設(shè)置閥門用于控制砂雨過程的開始和結(jié)束， 砂漏選擇合適孔徑的鋼篩，從而形成上部撒砂系統(tǒng)。圖2 (b)所示，將模型箱卡座(17)與臺 座米用對稱螺母(18)連接(如圖4),保證其整體穩(wěn)定性。米用吊機將砂斗吊起，使砂漏底面到達模型箱內(nèi)底面的距離(落距)為h，固定砂斗高度，整個撒砂過程中無需改變砂斗與砂漏 的高度。圖2 (c)所示，打開砂斗底部的閥門，向模型箱內(nèi)撒砂，撒砂過程中，水平、緩慢移 動砂斗與砂漏位置(11)，確保砂樣的整體均勻性。隨著砂樣高度的增加，臺座根據(jù)上部重量 自動下沉(12)。臺座可通過兩種形式實現(xiàn)自動下沉:①通過彈性系數(shù)值等于撒砂重量的彈
簧組(19)實現(xiàn)(如圖5)，彈簧組的彈性系數(shù)為k = L X S X.V ,其中，Z=模型箱內(nèi)壁長、S二模
型箱內(nèi)壁寬、f =砂樣重度，模型箱內(nèi)砂樣高度與彈簧組沉降量相同，均為。根據(jù)常用的 模型箱配置多種型號的彈簧組，彈簧組與模型箱配套使用。彈簧組下端固定在臺座底部，可 簡單拆卸，簡單組裝；②將撒砂重量轉(zhuǎn)換為沉降高度并執(zhí)行沉降的聯(lián)動千斤頂裝置(25)， 該裝置內(nèi)置量測重量的精度天平(22)、根據(jù)模型箱尺寸將天平測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量 并輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞(23)、執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的沉降裝置等(如圖6)。其中，天 平置于臺座中心，可以精確測得砂樣重量；將天平測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量并輸出的 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞，采用簡單計算器實現(xiàn)，并通過顯示器顯示沉降值(24);執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié) 果的沉降裝置，采用數(shù)個聯(lián)動的小型油壓千斤頂(20)實現(xiàn)，千斤頂通過底座(21)與臺座連
接。千斤頂將重量按照參數(shù)GxSx.v)換算為臺座沉降量，其中，r=任意時刻撒砂
重量、Z=模型箱內(nèi)壁長、S=模型箱內(nèi)壁寬、砂樣重度，模型箱內(nèi)砂樣高度與彈簧組沉降 量始終相同，均為Aft。如圖2 (d)所示，待模型箱內(nèi)砂樣高度達到試驗要求后，關(guān)閉砂斗底 部的閥門，結(jié)束撒砂，臺座停留在最終位置(13)，砂樣表面達到最終高度(14)。
[0023]本發(fā)明的保護范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。
【權(quán)利要求】
1.一種自動控制落距的砂雨裝置，包括砂斗、砂漏、模型箱和自動升降臺座等，砂斗與砂漏通過軟管連接，連接段設(shè)置閥門，模型箱和自動升降臺座位于砂漏下方，其特征在于: 模型箱固定于自動升降臺座之上并隨臺座升降；自動升降臺座為彈簧形式或聯(lián)動千斤頂形式；臺座與砂樣高度同步變化；臺座側(cè)壁為自由伸縮的橡皮膜，可隨臺座主體自由升降?’撒砂過程中砂斗與砂漏高度始終不變，即落距始終為h;所述的彈簧形式的升降臺座，包括數(shù)只彈簧組成的彈簧組，彈簧組下端固定在臺座底部，彈簧組與模型箱配套使用以確保彈簧壓縮量與砂樣高度同步；所述的千斤頂形式的升降臺座，內(nèi)置量測重量的精度天平、將天平測得讀數(shù)自動轉(zhuǎn)換為下沉量 Ms并輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中樞、執(zhí)行轉(zhuǎn)換中樞輸出結(jié)果的聯(lián)動千斤頂組；千斤頂組由數(shù)個千斤頂組成，由聯(lián)動裝置連接以確保同步升降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動控制落距的砂雨裝置的使用方法，包括以下技術(shù)步驟:(1)根據(jù)試驗方案，確定砂樣密度；(2)根據(jù)砂樣密度，確定落距(h)，多次標定砂樣密度與落距的關(guān)系，通過得到的關(guān)系曲線，插值得到目標砂樣密度對應(yīng)的落距，驗證并確定插值得到的落距；(3)將模型箱固定于自動升降臺座上，模型箱與臺座采用對稱螺母連接，保證其整體穩(wěn)定性；(4)將砂斗吊起，使砂漏底面到達模型箱內(nèi)底面的距離(落距)為h，固定砂斗高度，砂斗與砂漏由塑料軟管連接，砂斗、砂漏均采用至少兩道鋼箍實現(xiàn)與橡膠軟管的連接；(5)打開砂斗底部的閥門，向模型箱內(nèi)撒砂，撒砂過程中，保持砂斗與砂漏高度不變，緩慢移動砂斗與砂漏的水平位置；(6)撒砂過程中，臺座根據(jù)上部砂樣重量自動調(diào)節(jié)升降，其升降高度與模型箱內(nèi)砂樣高度相冋；待模型箱內(nèi)砂樣高度達到試驗要求后，關(guān)閉砂斗底部的閥門，結(jié)束撒砂；(7)稱量模型箱內(nèi)砂樣重量，計算砂樣密度。
【文檔編號】G01N1/28GK103592160SQ201310506570
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】呂亞茹, 丁選明, 吳宏偉, 劉漢龍 申請人:河海大學(xué)