专利名称：电动式双向制样仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动式双向制样仪，该试样制样仪为机械式重塑土制样器具。
背景技术：
试验土力学是现代土力学发展的四大支柱之一。目前制备土工试样的方法与原理 基本上属于古典击实法，自动化程度很低，然而科学研究、教学与生产实践需要的土样必须 达到1.密度、含水量均勻；2.密度较大；3.试样平整，4.易脱模的要求，现有的制样仪器却 不能满足这些要求，从而大大限制了这种土工仪器的推广应用。所以在岩土测试领域，如何 利用较为精密的仪器制得密度、含水量均勻，容易装料、脱模，平整的试件，这仍然是一个普 遍性的难题，急需攻克。
发明内容为制备出满足要求的试样，本实用新型提供了一种电动式双向制样仪，该制样仪 不仅操作使用简单，具有一定的自动化程度，便于维护保养，还可制备出密度较大且密度、 含水量均勻的土工试样，而且制样效率高。实现本实用新型目的所采用的技术方案是一种电动式双向制样仪，至少包括底 座、安装于底座上的两块作相对平移运动的加压板，以及位于两块加压板之间的盛料模具， 两块加压板的外侧分别与丝杆滑块机构中对应的滑块连接，丝杆滑块机构中丝杆上设有两 段螺旋方向相反的螺纹，两滑块分别位于两螺纹段上，且两滑块上分别设有与丝杆上的两 螺纹段相匹配的螺纹，丝杆滑块机构中的丝杆与步进电机的主轴连接，步进电机与用于驱 动和控制步进电机的微控制器相连。两滑块与对应的加压板之间均设有连动杆，两连动杆对称分布，连动杆包括前、后 两根平移杆和长、短两根连接杆，前、后平移杆平行分布，前平移杆一端与加压板的外侧连 接，另一端通过长连接杆与后平移杆的一端连接，后平移杆的另一端通过短连接杆与对应 滑块连接，且前平移杆、长连接杆、后平移杆、短连接杆和对应滑块连接为实质上的一体， 前、后平移杆分别通过滚珠支撑件安装于底座上。丝杆滑块机构中丝杆与步进电机的主轴之间设有传动机构。传动机构为齿轮传 动、链式传动或皮带传动结构。丝杆滑块机构轴向上方设有轴向防护罩，轴向防护罩表面标 有刻度，传动机构外也设有防护罩。盛料模具为圆筒状或方筒状，盛料模具上安装有对称的用于调整其水平位置的螺 栓。盛料模具的一侧安装有可以开合的盖板，另一侧安装有用于承接制件的圆弧板。所述的微控制器可通过显示装置显示仪器的驱动及控制状态。所述的底座下方设有支座。底座上方设有水平指示器。由上述技术方案可知，本实用新型提供的电动式双向制样仪通过步进电机带动具 有两段螺旋方向相反的螺纹的丝杆转动，使与左螺纹段配合的左滑块和与右螺纹段配合的右滑块作相对的平移运动，同时又使分别与左或右滑块连接的两块加压板也作相对的平移 运动，而两块加压板内侧固定安装有可选的不同型号的盛料模具，因此可以制备出不同形 状的土工试样。本实用新型提供的电动式双向制样仪具有如下特点(1)采用了电动机械双向施力方式，使试样达到两个方向均勻受力的效果，而不是 传统方法中采用的单向受力方式，因此可以较好的解决试验制样密度、含水量指标普遍存 在的不均勻性问题；(2)采用步进电机控制，步距角可以达到0.36°以下，通过调整步进电机走过的 步数可以极其精确的控制试样的长度；步进电机可以直接接收数字脉冲，无需DA转换，硬 件结构非常简单，性价比高；(3)采用微型控制器控制步进电机，通过按键可以灵活的实现土样长度值的预置， 以及步进电机运动状态的控制；而且微控制器的芯片电压很低，用光耦元件将驱动步进电 机的高电压与控制电压隔离开后，对操作人员非常安全，而且可以很好的抑制环境噪声信 号，仪器具有良好的可靠性；(4)将微控制器与显示装置连通，实现土样预置长度的显示，步进电机运行状态的 显示，试件往复加压预置次数的显示等，良好的人机交互界面将使试样的制备更加容易；(5)左右加压板和盛料模具可以随时更换，配合套件可以制作不同规格的实心圆 柱试件，实心方柱试件等。

附图为本实用新型的结构示意图。图中1.底座B，2.支座，3.滚珠支撑件，4.旋钮，5.加压板，6.螺栓，7.盛料模具， 8.盖板，9.步进电机，10.传动机构，11.防护罩，12.销轴，13.轴承，14.微控制器，15.水 平指示器，16.显示装置，17.按钮，18.丝杆，19.左连动杆，20.右连动杆，21.滑块，22.圆 弧板。
具体实施方式
如附图所示，本实用新型提供的电动式双向制样仪的底座1下方设有用于调节底 座1水平的支座2，底座1是否水平可通过观察设于底座1上方的水平指示器15中的气泡 获得。底座1上安装两块作相对平移运动的加压板5，两块加压板5的内侧安装盛料模具 7，根据具体制件的要求，盛料模具7为圆筒状或方筒状，本实例中盛料模具7为圆筒状，盛 料模具7上安装有对称的用于调整其水平位置的螺栓6，使盛料模具7处于水平状态且使其 中心轴线和左右加压板5的中心轴线重合，图中螺栓6为六个，为了使盛料模具7翻转时土 料不落下，盛料模具7的一侧安装有可以开合的盖板8，另一侧安装有用于承接制件的圆弧 板22。两块加压板5的外侧分别与丝杆滑块机构中对应的滑块21连接，两滑块21与对应 的加压板5之间均设有连动杆，连动杆上设有用来控制左加压板翻转的旋钮4，即左连动杆 19和右连动杆20，两连动杆对称分布，连动杆包括前、后两根平移杆和长、短两根连接杆， 前、后平移杆平行分布，前平移杆一端与加压板5的外侧连接，另一端通过长连接杆与后平 移杆的一端连接，后平移杆的另一端通过短连接杆与对应滑块21连接，且前平移杆、长连接杆、后平移杆、短连接杆和对应滑块21连接为实质上的一体，前、后平移杆分别通过滚珠 支撑件3安装于底座1上。丝杆滑块机构的丝杆18通过轴承12和销轴13安装在底座1 上，丝杆滑块机构中丝杆18与用做驱动装置的步进电机9的主轴连接，丝杆滑块机构中丝 杆18与步进电机9的主轴之间设有传动机构10，传动机构10为齿轮传动、链式传动或皮 带传动结构。为防止在土工实验过程中传动部件中落入泥土及其他杂物，丝杆滑块机构轴 向上方设有轴向防护罩11，轴向防护罩11表面标有刻度，传动机构10外也设有防护罩11。 步进电机9没有反馈系统，工作需要有驱动和控制其的微控制器14，微控制器14可连接显 示装置16，用来显示仪器的驱动及控制步进电机9的状态，还可以显示提示信息，方便实验 人员根据提示输入预置的各项参数，具体的说可以通过按钮17来输入参数信号。使用本实用新型提供的电动式双向制样仪，首先调整好盛料模具的高度，调节与 盛料模具连接的螺栓，翻转模具至竖直状态，装入土料，再将模具翻转回水平状态，旋紧螺 栓，打开盖板，开启电源，微型控制器及步进电机处于待命状态，此时显示装置显示出请求 实验人员输入所制试件长度、加压过程中往复的加压次数等等，待实验人员输入这些提示 信息后，按下开始按钮，启动步进电机开始工作。对试件进行加压阶段，由微控制器向步进电机发出驱动信号，步进电机开始转动， 带动与步进电机的主轴连接的传动机构一起转动，从而使丝杆开始转动，通过丝杆与左右 连动杆上方向相反的螺纹的传动作用，使左右连动杆开始相向运动。直到左右加压板压紧 试件到预置的长度时，步进电机停转适当时间，以使试件得到充分的压实。然后在微控制器 的控制下，步进电机开始反转，带动左右连动杆反向运动，使左右加压板脱离试件，待反向 运动适当的距离后停止再次反向，对试件进行往复循环加压，直到达到预定的加压次数，然 后停止，静止加压一段时间，然后反转松开试件。此时旋动连动杆上的旋钮，将左(右)连 动杆拉起直立，离开盛料模具。电机再次启动，重复先前的加压过程，右(左)连动杆向左 (右)边移动，待接触试件后继续向左(右)边移动直至将试件全部推出盛料模具，成型的 试件刚好承接在圆弧板上面。然后在微控制器的控制下，左右连动杆慢慢归复原位。步进电机运转过程中，由微控制器不断的向外发出脉冲，通过光耦器件将信号传 递到步进电机的信号输入端。由于光耦合器输入输出端电信号互相隔离，信号传输具有单 向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，提高了仪器操作的安全性及仪器 本身的可靠性。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共 模抑制能力。在实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以抑制环境中的各种噪声信号，大 大增加仪器工作的可靠性。
权利要求一种电动式双向制样仪，至少包括底座、盛料模具、加压板，其特征在于还包括用做驱动装置的步进电机、驱动和控制步进电机的微控制器，底座上安装两块作相对平移运动的加压板，两块加压板的内侧安装盛料模具，两块加压板的外侧分别与丝杆滑块机构中对应的滑块连接，丝杆滑块机构中丝杆上设有两段螺旋方向相反的螺纹，两滑块分别位于两螺纹段上，且两滑块上分别设有与丝杆上的两螺纹段相匹配的螺纹，丝杆滑块机构中丝杆与步进电机的主轴连接。
2.根据权利要求1所述的电动式双向制样仪，其特征在于两滑块与对应的加压板之 间均设有连动杆，两连动杆对称分布，连动杆包括前、后两根平移杆和长、短两根连接杆， 前、后平移杆平行分布，前平移杆一端与加压板的外侧连接，另一端通过长连接杆与后平移 杆的一端连接，后平移杆的另一端通过短连接杆与对应滑块连接，且前平移杆、长连接杆、 后平移杆、短连接杆和对应滑块连接为实质上的一体，前、后平移杆分别通过滚珠支撑件安 装于底座上。
3.根据权利要求1所述的电动式双向制样仪，其特征在于丝杆滑块机构中丝杆与步 进电机的主轴之间设有传动机构。
4.根据权利要求1或3所述的电动式双向制样仪，其特征在于传动机构为齿轮传动、 链式传动或皮带传动结构。
5.根据权利要求1或3所述的电动式双向制样仪，其特征在于丝杆滑块机构轴向上 方设有防护罩，防护罩表面标有刻度，传动机构外也设有防护罩。
6.根据权利要求1所述的电动式双向制样仪，其特征在于盛料模具为圆筒状或方筒 状，盛料模具上安装有对称的用于调整其水平位置的螺栓。
7.根据权利要求1或6所述的电动式双向制样仪，其特征在于盛料模具的一侧安装 有可以开合的盖板，另一侧安装有用于承接制件的圆弧板。
8.根据权利要求1所述的电动式双向制样仪，其特征在于微控制器可通过显示装置 显示仪器的驱动及控制状态。
9.根据权利要求1或2所述的电动式双向制样仪，其特征在于底座下方设有支座。
10.根据权利要求1或2所述的电动式双向制样仪，其特征在于底座上方设有水平指 不器。
专利摘要本实用新型提供了一种电动式双向制样仪，该制样仪至少包括底座、安装于底座上的两块作相对平移运动的加压板，以及位于两块加压板之间的盛料模具，两块加压板的外侧分别与丝杆滑块机构中对应的滑块连接，丝杆滑块机构中丝杆上设有两段螺旋方向相反的螺纹，两滑块分别位于两螺纹段上，且两滑块上分别设有与丝杆上的两螺纹段相匹配的螺纹，丝杆滑块机构中的丝杆与步进电机的主轴连接，步进电机与用于驱动和控制步进电机的微控制器相连。该制样仪不仅操作使用简单，具有一定的自动化程度，便于维护保养，还可制备出密度较大且密度、含水量均匀的土工试样，而且制样效率高。
文档编号G01N1/28GK201662500SQ20102013609
公开日2010年12月1日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者侯天梁, 侯天顺, 朱敏, 聂良佐 申请人:中国地质大学(武汉)