砂雨法自動撒砂器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于建設工程技術領域，涉及一種土工模型實驗中制備砂土試樣的撒砂裝置，尤其是砂雨法制備砂土試樣的自動撒砂器。
【背景技術】
[0002]試樣制備是土工模型實驗中至關重要的技術環節，裝樣的質量直接影響著模型實驗的成敗。目前，制備砂土試樣常使用的方法有振動法、擊實法、插搗法和砂雨法。振動法、擊實法可以較好地模擬回填的砂土層，但其常應用于動靜三軸、共振柱等單元試樣實驗，并不能直接應用于大型模型實驗；砂雨法可以較好地模擬風載或水流沉積而成的天然砂土層，其成型試樣與實際的天然砂層更為接近，便于在大型模型實驗中應用，該方法在砂土的各種土工實驗中廣泛采用。但以往的砂雨法撒砂裝置主要由實驗人員手動控制其運動，移動速度、升降位置等受人工操作影響較大，故試樣重復性和均勻性較差，而且常規撒砂裝置不能較好的制備疏松狀態的砂土試樣，制備試樣的相對密實度范圍小，不能很好的滿足實驗要求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服傳統土工模型實驗中制備砂土試樣的裝置，尤其是砂雨法制備砂土試樣的撒砂裝置的不足之處:人工操作的誤差對結果影響大、試樣重復性和均勻性較差、制備的砂土試樣相對密度范圍較小等。本發明提供了一種自動撒砂器，該自動撒砂器通過可編程邏輯控制器(PLC控制器)實現全自動三維運動，減小人工操作導致的誤差，獲得均勻性和重復性較好的試樣；而且通過改變撒砂控制因素，能夠成功制備出包括松散狀態的砂樣在內的相對密實度在0.20-0.90之間砂土試樣；同時，方便應用于大型模型實驗，尤其是離心模型實驗。
[0004]本發明的技術方案是:一種自動撒砂器包括PLC控制器、伺服電機、履帶導軌、砂料筒、軟管、噴嘴、撒砂筒、濾嘴片和篩網。PLC控制器與三個伺服電機相連，通過PLC控制器的控制面板對伺服電機進行操控；三個伺服電機分別固定在對應三維方向的履帶導軌上，各自控制其方向的履帶導軌運動，完成三維運動；砂料筒懸掛于高處，確保砂土向下流動，其底部通過軟管與噴嘴頂部連接；噴嘴底部旋接撒砂筒，所述的撒砂筒為頂部密封、底部敞口的圓筒，其頂部開有小于軟管接頭內徑的圓孔，噴嘴和撒砂筒間設置不同尺寸的濾嘴片，用于控制流量，并將噴嘴固定于履帶導軌上，所述的濾嘴片為帶有孔眼的圓片；撒砂筒底部安裝篩網，使砂土分散后均勻地灑落至模型箱中。所述的支架用于固定其上的伺服電機和履帶滑軌。
[0005]當使用自動撒砂器制備砂土試樣時，首先裝滿砂料筒，根據要求，參照標定結果來調整撒砂器的落距、濾嘴片尺寸和篩網；然后，固定模型箱位置，整平；接下來開啟PLC控制器電源，在PLC控制器的面板上手動輸入撒砂筒三維運動的移動速度、路徑和行程；最后，點擊PLC控制器面板上的自動撒砂按鍵，撒砂開始。砂料筒中的砂流經軟管和噴嘴，在濾嘴片的限制下，進入撒砂筒，經篩網分散后均勻灑落至模型箱中。在PLC控制器的控制下，伺服電機按照之前輸入的參數，自動驅動撒砂筒進行三維運動，具體運動模式為:撒砂筒先在X-Y(X，Y范圍可設置)平面內“弓”字形連續運動，從一端運動至另一端，然后撒砂筒自動沿Z軸向上移動△ h (△ h為循環一個周期標定的砂樣撒落的平均厚度)，使落距始終保持不變，如此循環直至模型箱裝滿或砂土達到指定厚度后，點擊PLC控制器面板的停止按鍵，停止撒砂。在實驗過程中，可通過改變落距、濾嘴片尺寸、篩網個數、撒砂筒移動速度、路徑和行程等參數，達到制備不同相對密實度砂土試樣的目的。
[0006]本發明的效果和益處是:儀器操作簡單，僅需設置參數，便可實現自動控制撒砂器三維運動，減小人工操作的誤差，制備試樣均勻性和可重復性較好，制備試樣的相對密實度范圍較大，可滿足大多數實驗要求，而且方便應用于大型模型實驗，尤其是離心模型實驗。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的X-Z平面圖。
[0008]圖2是本發明的Y-Z平面圖。
[0009]圖中:1砂料筒；2軟管；3噴嘴；4濾嘴片；5撒砂筒；6篩網；7支架；
[0010]8PLC控制器；9PLC控制器的控制面板；10PLC控制器的開關；
[0011]IlX軸履帶滑軌；12Y軸履帶滑軌；13Ζ軸履帶滑軌；14滑軌的履帶；
[0012]15Χ軸伺服電機；16Ζ軸伺服電機；17模型箱；18Υ軸伺服電機。
【具體實施方式】
[0013]以下結合技術方案(和附圖)詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0014]在圖1中，履帶導軌(Y軸)12固定在支架7上，作為基礎導軌，履帶導軌(X軸)11連接于履帶導軌(Y軸)12上，可進行Y軸方向運動，履帶導軌(Ζ軸)13連接于履帶導軌(X軸)11上，可進行X軸方向運動，同時，履帶導軌(Ζ軸)13自身可沿Z軸方向運動，以此達到三維運動的目的；PLC控制器8固定于支架7上，與伺服電機(X軸)15、伺服電機(Z軸)16和伺服電機(Y軸)18相連，通過PLC控制器的控制面板9輸入參數對三個伺服電機進行操控；三個伺服電機固定在對應三個方向的履帶導軌上，各自控制其方向的履帶導軌進行運動，如:伺服電機(X軸)15固定在履帶導軌(X軸)11上；砂料筒I懸掛于高處，確保砂土可以向下流動，其底部與噴嘴3頂部由軟管2進行連接；噴嘴3底部旋接撒砂筒5，其間放置不同尺寸的濾嘴片4，濾嘴片4的作用是控制撒砂流量；撒砂筒5底部安裝篩網6，篩網6的作用是使砂分散后均勻灑落至模型箱17中。
[0015]在圖2中，將噴嘴3固定于履帶導軌(Z軸)13上，使其共同運動。
[0016]試樣制備步驟如下:首先裝滿砂料筒1，根據實驗要求，參照標定結果來調整撒砂筒5至模型箱17的落距、濾嘴片4的尺寸和篩網6的個數；然后，固定模型箱17位置，整平；接下來開啟PLC控制器的開關10，在PLC控制器的控制面板9上手動輸入撒砂筒5三維運動的移動速度、路徑和行程；最后，點擊PLC控制器的控制面板9上的自動撒砂按鍵，撒砂開始。砂料筒I中的砂流經軟管2和噴嘴3，在濾嘴片4的限制下，進入撒砂筒5，經篩網6分散后均勻灑落至模型箱17中，在PLC控制器8的控制下，三個伺服電機11、12和13按照之前輸入的參數，自動控制撒砂筒5進行三維運動，具體運動模式為:撒砂筒5先在X-Y (X，Y范圍可設置)平面內“弓”字形連續運動，從一端運動至另一端，然后撒砂筒5自動沿Z軸向上移動Ah( Ah為循環一個周期標定的砂樣撒落的平均厚度)，使落距始終保持不變，如此循環直至模型箱17裝滿或砂土達到指定厚度后，點擊PLC控制器的控制面板9的停止按鍵，停止撒砂。在實驗過程中，可通過改變撒砂筒5至模型箱17的落距、濾嘴片4的尺寸、篩網6的個數、撒砂筒5的移動速度、路徑和行程等參數，達到制備不同相對密實度砂土試樣的目的。
【主權項】
1.一種砂雨法自動撒砂器，其特征在于，該砂雨法自動撒砂器包括PLC控制器、伺服電機、履帶導軌、砂料筒、軟管、噴嘴、撒砂筒、濾嘴片、篩網和支架；PLC控制器與三個伺服電機相連，通過PLC控制器的控制面板對伺服電機進行操控；三個伺服電機分別固定在對應三維方向的履帶導軌上，各自控制其方向的履帶導軌運動，完成三維運動；砂料筒懸掛于高處，確保砂土向下流動，其底部通過軟管與噴嘴頂部連接；噴嘴底部旋接撒砂筒，所述的撒砂筒為頂部密封、底部敞口的圓筒，其頂部開有小于軟管接頭內徑的圓孔，噴嘴和撒砂筒間設置不同尺寸的濾嘴片，用于控制流量，并將噴嘴固定于履帶導軌上，所述的濾嘴片為帶有孔眼的圓片；撒砂筒底部安裝篩網，使砂土分散后均勻地灑落至模型箱中；所述的支架用于固定其上的伺服電機和履帶滑軌。
【專利摘要】本發明屬于建設工程技術領域，涉及一種砂雨法自動撒砂器。該砂雨法自動撒砂器包括PLC控制器、伺服電機、履帶導軌、砂料筒、軟管、噴嘴、撒砂筒、濾嘴片和篩網。PLC控制器與三個伺服電機相連，操控伺服電機控制各自方向的履帶導軌進行運動；砂料筒懸掛于高處，確保砂土可以向下流動，其底部與噴嘴頂部由軟管進行連接；噴嘴底部旋接撒砂筒，其間放置不同尺寸的濾嘴片，用于控制流量，并將噴嘴固定于履帶導軌上；撒砂筒底部安裝篩網。本發明儀器操作簡單，自動控制三維運動，減小人工操作的誤差，制備試樣均勻性和可重復性較好，相對密實度范圍較大，可滿足大多數實驗要求。而且方便應用于大型模型實驗，尤其是離心模型實驗。
【IPC分類】G01N1-28
【公開號】CN104764641
【申請號】CN201510142151
【發明人】王忠濤, 趙維, 范寧, 李志陽, 張宇
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月29日