專利名稱：一種水巖干濕循環(huán)試驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
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(nèi)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(jù)規(guī)范規(guī)定過程為“吸水-風(fēng)干”作用?，F(xiàn)有的實驗操作過程根據(jù)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(jīng)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(fēng)機，48小時后取出，經(jīng)測定此時試件的含水量約0. 1%，基本趨于零。這就是試驗設(shè)計的一個“吸水-風(fēng)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(xué)參數(shù)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(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)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?qū)崿F(xiàn)試驗過程自動化，縮短試驗時間。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部的儲液箱相連，試驗箱下端設(shè)置有與真空試驗箱和烘干試驗箱相對應(yīng)的四個試驗箱底盤，試驗箱底盤底面上裝配有可旋轉(zhuǎn)的自動升降旋轉(zhuǎn)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(qū)動電路相連，所述的兩個電動機驅(qū)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸配合旋轉(zhuǎn)傳動；PLC控制器通過繼電器分別與水泵驅(qū)動電路和控水閥門相連，水泵驅(qū)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(qū)動電路相連，真空泵驅(qū)動電路與真空泵相連。本發(fā)明還具有如下技術(shù)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(shè)有凹槽和網(wǎng)格。所述的控水閥門采用電磁閥。所述的第一電動機的轉(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸之間通過齒輪齒條嚙合傳動；所述的第二電動機的轉(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)示意圖。圖2是水巖干濕循環(huán)試驗儀的上部構(gòu)件的俯視圖。圖3是水巖干濕循環(huán)試驗儀的下部構(gòu)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(zhuǎn)軸的驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是水巖干濕循環(huán)試驗儀的控制部分連接關(guān)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(zhuǎn)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(qū)動電路，15-第一電動機，16-水泵驅(qū)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(wǎng)格,23-支座,24-真空泵驅(qū)動電路。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)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(shù)方案基礎(chǔ)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(shù)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(nèi)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(nèi)部的儲液箱4相連，試驗箱9下端設(shè)置有與真空試驗箱5和烘干試驗箱6相對應(yīng)的四個試驗箱底盤8，試驗箱底盤8底面上裝配有可旋轉(zhuǎn)的自動升降旋轉(zhuǎn)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(qū)動電路14相連，所述的兩個電動機驅(qū)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸7配合旋轉(zhuǎn)傳動；PLC控制器12通過繼電器13分別與水泵驅(qū)動電路16和控水閥門3相連，水泵驅(qū)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(qū)動電路24相連，真空泵驅(qū)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(shè)有凹槽21和網(wǎng)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(wǎng)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(guān)閉，控制水的進入和流出。第一電動機15的轉(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸7之間通過齒輪齒條哨合傳動,用于控制自動升降旋轉(zhuǎn)軸7的升降運動；第二電動機20的轉(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸7之間通過傳動帶傳動，用于控制自動升降旋轉(zhuǎn)軸7的旋轉(zhuǎn)運動。PLC控制器12采用型號為C200HE-CPU42-E的PLC控制器，基本參數(shù)如下程序容量7. 2K字數(shù)據(jù)存儲器6K字處理時間(基本時間)0. 3微秒I/O 點數(shù)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(guān)模塊。溫度和壓力為連續(xù)變化的量，但只有當(dāng)溫度和壓力達到試驗要求的設(shè)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(guān)量，不需要A/D轉(zhuǎn)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(shè)定自動升降旋轉(zhuǎn)軸7的升降高度和旋轉(zhuǎn)角度；撥碼開關(guān)用來設(shè)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(guān)量和I個RS-232串行接口。10個開關(guān)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(zhuǎn))，KM3和KM4(分別控制第二電動機20的正反轉(zhuǎn))，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(lián)網(wǎng)能力即可與其他C系列PLC組成通信網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)抗干擾能力PLC內(nèi)置信號調(diào)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(shù)B值為3470K土 1%，基準電阻為25°C對應(yīng)電阻5KQ ±1%。能夠滿足室溫25°C到控制箱內(nèi)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(chǎn)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(qū)動電路14、水泵驅(qū)動電路16、加熱控制電路17和真空泵驅(qū)動電路24均為本領(lǐng)域常規(guī)的能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)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(jù)研究目的在PLC控制器12中設(shè)定相關(guān)試驗參數(shù)，可以根據(jù)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(zhuǎn)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(jù)試驗要求設(shè)定的溫度下不變，達到PLC控制器12根據(jù)試驗要求設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)90°，自動升降旋轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)動電路16控制雙向水泵2正轉(zhuǎn)，將水從儲液箱4中注入真空試驗箱5中，PLC控制器12根據(jù)試驗要求設(shè)定雙向水泵2的工作時間，該時間段內(nèi)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(guān)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(nèi)的壓力恢復(fù)到大氣壓力，PLC控制器12控制雙向水泵2反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸7再順時針旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)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(shù)依據(jù)不同試驗要求進行具體的設(shè)定，最后試驗結(jié)束，取出巖樣，進行后續(xù)相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)的測定。
權(quán)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(nèi)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(nèi)部的儲液箱(4 )相連，試驗箱(9 )下端設(shè)置有與真空試驗箱(5)和烘干試驗箱(6)相對應(yīng)的四個試驗箱底盤(8)，試驗箱底盤(8)底面上裝配有可旋轉(zhuǎn)的自動升降旋轉(zhuǎn)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(qū)動電路(14)相連，所述的兩個電動機驅(qū)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)軸(7)配合旋轉(zhuǎn)傳動；PLC控制器(12)通過繼電器(13)分別與水泵驅(qū)動電路(16)和控水閥門(3)相連，水泵驅(qū)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(qū)動電路(24)相連，真空泵驅(qū)動電路(24)與真空泵(I)相連。
2.如權(quán)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(quán)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(quán)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(shè)有凹槽(21)和網(wǎng)格(22)。
5.如權(quán)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(quán)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與自動升降旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)部的儲液箱相連，試驗箱下端設(shè)置有四個試驗箱底盤，試驗箱底盤底面上裝配有可旋轉(zhuǎn)的自動升降旋轉(zhuǎn)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(xiàn)自動控制。本發(fā)明實現(xiàn)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(quán)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(xué)