本實用新型屬于測量土壤力學(xué)特性檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測量土壤力學(xué)特性的測量裝置。

背景技術(shù)：

土壤的力學(xué)特性對車輛的牽引控制性能有著很大的影響，對土壤力學(xué)特性的研究，有助于評估車輛的路面通過性。為了研究土壤的力學(xué)特性，需要采用或設(shè)計相應(yīng)的土壤力學(xué)特性測試裝置進(jìn)行測量。其中，應(yīng)用最廣泛的設(shè)備是貝氏儀，它以經(jīng)典土力學(xué)公式為基礎(chǔ)，借助加載機(jī)構(gòu)與測量系統(tǒng)即可快速獲取土壤承壓曲線。

但是目前用于測量土壤力學(xué)特性的裝置一般只局限于測量單一方面的土壤力學(xué)特性，通過使用不同的測量裝置才能對土壤力學(xué)特性進(jìn)行綜合測量，缺少對土壤力學(xué)特性進(jìn)行綜合測量的裝置。并且，現(xiàn)有的測量裝置主要針對實驗土槽中松軟土壤而設(shè)計，對于室外硬質(zhì)土壤需要在測量裝置上增加配重提供加載力，裝置較為笨重，使用較為復(fù)雜。其次，目前檢測土壤剪切特性時所使用的爪盤，常常容易因扭矩測量部件內(nèi)部產(chǎn)生摩擦以及土壤在爪盤的凸爪間的堆積，而影響扭矩傳感器測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上不足，本實用新型旨在提供一種用于測量土壤力學(xué)特性的測量裝置，能夠?qū)浻餐寥赖牧W(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合測量，實現(xiàn)室內(nèi)、室外兩用的功能。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下：一種用于測量土壤力學(xué)特性的測量裝置，包括位移傳感器、壓力傳感器及扭矩傳感器，包括支架本體、測量部件及與測量部件可拆卸安裝的貫入部件；所述支架本體包括下底盤，固定連接在下底盤且相向設(shè)置的左支架、右支架，以及置于左支架、右支架之間并與左支架、右支架固定連接的上支架；所述測量部件包括固定安裝在上支架上用于使測量部件沿豎直方向升降的絲杠升降機(jī)及用于測量貫入部件下陷量的位移傳感器，所述絲杠升降機(jī)的下方通過絲杠法蘭固定連接有壓力測量部件，所述壓力測量部件下方通過中心軸連接有扭矩測量部件；所述貫入部件包括用于測量土壤硬度及黏附特性的錐桿、用于測量土壤剪切特性的爪盤以及用于測量土壤承載壓力的壓板。

作為本實用新型的改進(jìn)，所述壓力測量部件包括置于壓力測量部件外圍的壓力測量部件外殼、置于壓力測量部件外殼內(nèi)的壓力傳感器及置于壓力傳感器下方、固定連接在壓力測量部件外殼上并與豎直中心軸配合的直線軸承；位于直線軸承下方的中心軸具有軸頸段，軸頸段為具有一定深度的沿圓周方向的整圈凹槽，所述壓力測量部件外殼在與軸頸段對應(yīng)位置上設(shè)有限位螺母，限位螺母通過軸頸段限制中心軸豎直方向運(yùn)動并能使中心軸旋轉(zhuǎn)。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述扭矩測量部件包括扭矩傳感器、只承載軸向壓力的滾動軸承以及與滾動軸承相配合且固定連接在扭矩傳感器下方的軸承座，中心軸豎直穿過扭矩傳感器與滾動軸承相配合。

作為本實用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述滾動軸承與扭矩傳感器不相接觸。

作為本實用新型的另一種改進(jìn)，所述爪盤包括爪盤本體和置于爪盤本體底面的凸爪，所述爪盤本體具有底面開口的空腔，所述空腔能容納由凸爪轉(zhuǎn)動而堆積在凸爪間的土壤，所述爪盤本體的頂面設(shè)有連通空腔的通孔。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述爪盤本體底面沿圓周方向設(shè)有凸爪，所述凸爪在爪盤本體的側(cè)面上形成上底為凸爪與爪盤本體底面的交線且上底大于下底的截面直角梯形，直角梯形沿爪盤本體底面徑向延伸有一定長度。

作為本實用新型的另一種改進(jìn)：

所述下底盤中央設(shè)有能使貫入部件穿過下底盤的開口。

所述下底盤上設(shè)有可支撐下底盤并調(diào)節(jié)下底盤水平放置的調(diào)節(jié)絲桿。

所述下底盤的底面上設(shè)有能使支架本體進(jìn)行移動的腳輪。

所述左支架、右支架上沿豎直方向間隔等距相向?qū)?yīng)設(shè)置通孔。

由于采用了上述的技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的有益效果是：

本實用新型能夠?qū)浻餐寥赖牧W(xué)特性進(jìn)行綜合測量，實現(xiàn)室內(nèi)、室外兩用的功能；

本實用新型使壓力測量部件位于扭矩測量部件上方，且通過設(shè)置直線軸承及只能承載軸向壓力的滾動軸承，可保證壓力測量部件及扭矩測量部件皆單獨工作，互不干涉，即壓力測量部件工作時能承載土壤壓力而不承載扭矩作用，扭矩測量部件工作時承載扭矩作用而不承載壓力；

本實用新型通過在扭矩測量部件內(nèi)部設(shè)置與扭矩傳感器不相接觸的滾動軸承，可減少扭矩測量部件內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦，提高扭矩傳感器測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

本實用新型通過在爪盤本體內(nèi)設(shè)置空腔，使爪盤在工作轉(zhuǎn)動時，凸爪間堆積的土壤進(jìn)入空腔，由空腔上方設(shè)置的通孔將空腔內(nèi)的氣體排出，并可通過通孔檢測土壤在空腔內(nèi)的堆積情況，減少因土壤堆積造成測量土壤剪切特性的測量誤差，使所測量的土壤剪切特性參數(shù)反映真實情況，提高測量的準(zhǔn)確性；

本實用新型通過改變凸爪的結(jié)構(gòu)，可克服凸爪與爪盤本體在硬質(zhì)土壤中凸爪因土壤阻力造成的斷裂，提高凸爪的使用壽命，節(jié)省生產(chǎn)成本。

本實用新型適用于測量土壤力學(xué)特性，用于室內(nèi)室外的軟硬土壤。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作更進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本實用新型實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例的測量土壤硬度及黏附特性結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例的測量土壤剪切特性結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例的測量土壤承載壓力結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例的爪盤13B結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖中：1、上支架；2、左支架；3、右支架；4、連接塊；5、下底盤；6、調(diào)節(jié)絲桿；7、絲杠升降機(jī)；8、位移傳感器；9、延長平臺；10、絲杠法蘭；11、壓力測量部件；11A、壓力傳感器；11B、直線軸承；11C、限位螺母；11D、壓力傳感器外殼；12、扭矩測量部件；12A、扭矩傳感器；12B、壓力軸承；12C、軸承座；13、貫入部件；13A、錐桿；13B、爪盤；13C、壓板；14、腳輪；15、中心軸；16、凸爪；17、空腔；18、法蘭盤。

具體實施方式

實施例1

一種用于測量土壤力學(xué)特性的測量裝置，如圖1-5所示，包括支架本體、測量部件及與測量部件可拆卸安裝的貫入部件13。

支架本體包括下底盤5，固定連接在下底盤5且相向設(shè)置的左支架2、右支架3，以及置于左支架2、右支架3之間并與左支架2、右支架3固定連接的上支架1。

下底盤5為四塊槽鋼圍成的矩形，四塊槽鋼圍成的矩形內(nèi)固定有與矩形寬邊平行的四塊槽鋼，并將矩形槽鋼分為五個矩形部分，兩側(cè)的兩個矩形部分上方各設(shè)有一塊支撐板，中間矩形部分為能使貫入部件13穿過下底盤5的開口。支撐板上螺栓連接有三角肋板，三角肋板與左支架2、右支架3螺栓連接。下底盤5在四塊槽鋼所圍成矩形的四個直角位置處設(shè)有可支撐下底盤5并調(diào)節(jié)下底盤5水平放置的調(diào)節(jié)絲桿6，下底盤5的底面上設(shè)有能使支架本體進(jìn)行移動的腳輪14。

左支架2、右支架3皆為槽鋼，且垂直相向置于下底盤5上。左支架2、右支架3分別通過連接塊與上支架1螺栓連接。左支架2、右支架3沿豎直方向間隔等距相向?qū)?yīng)設(shè)置通孔，通過連接塊在左支架2、右支架3的螺栓安裝在不同高度的通孔上，可調(diào)節(jié)上支架1豎直方向位置的。

測量部件包括絲杠升降機(jī)7、位移傳感器8、壓力測量部件11及扭矩測量部件12。

絲杠升降機(jī)7通過螺栓連接在上支架1上，用于調(diào)節(jié)測量部件沿豎直方向的升降。

位移傳感器8為拉線式位移傳感器，通過螺栓連接在上支架1上，位移傳感器8的拉線固定在絲杠升降機(jī)7下的延長平臺9上，延長平臺9通過螺栓連接固定在絲杠升降機(jī)7下方的絲杠法蘭10上。

絲杠升降機(jī)7下方通過絲杠法蘭10與壓力測量部件11螺栓連接。壓力測量部件11包括壓力測量部件外殼11D、壓力傳感器11A及置直線軸承11B。壓力測量部件11外圍為壓力測量部件外殼11D，壓力測量部件外殼11D內(nèi)部為壓力傳感器11A，壓力傳感器11A下方設(shè)有與中心軸15配合的直線軸承11B，直線軸承11B通過螺栓連接在壓力測量部件外殼11D上,位于直線軸承11B下方的中心軸15具有軸頸段，軸頸段為具有一定深度的沿圓周方向的整圈凹槽，壓力測量部件外殼11D在與軸頸段對應(yīng)位置上設(shè)有限位螺母11C，限位螺母11C通過軸頸段限制中心軸15豎直方向運(yùn)動并能使中心軸15旋轉(zhuǎn)。

壓力測量部件11下方通過中心軸15連接有扭矩測量部件12，扭矩測量部件12包括扭矩傳感器12A、只承載軸向壓力的滾動軸承以及軸承座12C。扭矩測量部件12的上方為扭矩傳感器12A，扭矩傳感器12A下方設(shè)有與扭矩傳感器12A螺栓連接的軸承座12C，軸承座12C上方設(shè)有與軸承座12C相配合的只承載軸向壓力的壓力軸承12B，壓力軸承12B與扭矩傳感器12A不相接觸，留有1-2mm的間隙，減少扭矩測量部件12內(nèi)部摩擦而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。上端與壓力測量部件11直線軸承11B相配合的中心軸15豎直穿過扭矩傳感器12A，下端與壓力軸承12B相配合，中心軸15處于豎直狀態(tài)，只測量軸向力，保證測量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在扭矩傳感器12A進(jìn)行扭轉(zhuǎn)時，由于壓力軸承12B的作用，使中心軸15不隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動，貫入部件13隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動而采集土壤力學(xué)特性參數(shù)，因此扭矩傳感器12A在測量扭矩時，壓力傳感器11A不承載壓力，而壓力傳感器11A在測量承載壓力時，扭矩傳感器12A不受扭矩作用。所以，壓力測量部件11和扭矩測量部件12是單獨進(jìn)行工作的，彼此互不干涉。

貫入部件13包括錐桿13A、爪盤13B以及壓板13C。貫入部件13通過貫入部件上方的法蘭盤與測量部件螺栓連接，根據(jù)所測力學(xué)特性拆換使用不同的貫入部件13。測量土壤硬度及黏附特性使用錐桿13A，測量土壤剪切特性使用爪盤13B，測量土壤承載壓力使用壓板13C，在進(jìn)行土壤承載壓力測量時可不需安裝扭矩測量部件12。

爪盤13B包括爪盤本體和凸爪16。爪盤本體為圓柱體，爪盤本體具有底面開口的圓柱體空腔17，空腔17能容納由凸爪16轉(zhuǎn)動而堆積的土壤，爪盤本體的頂面設(shè)有連通空腔17的通孔，使土壤堆滿空腔17后由通孔向外排出。爪盤本體的底面沿圓周方向設(shè)有凸爪16，凸爪16在爪盤本體的側(cè)面上形成上底為凸爪16與爪盤本體底面的交線且上底大于下底的截面直角梯形，直角梯形沿爪盤本體底面徑向延伸有一定長度。爪盤本體上方焊接有法蘭盤18，法蘭盤18上設(shè)有與扭矩測量部件12螺栓連接的通孔。

本實用新型通過測量部件采集的信息通過電壓信號輸出，可得到所檢測土壤力學(xué)特性參數(shù)。

使用本實施例時，測量實驗土槽內(nèi)土壤力學(xué)特性時，可將實驗土槽置于下底盤5上方，直接進(jìn)行測量。需要測量室外力學(xué)特性時，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲杠6相對下底盤5向上運(yùn)動，移動腳輪14使支架本體至待測土壤處，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲杠6相對下底盤5向下運(yùn)動，固定下底盤5且使下底盤5為水平狀態(tài)。通過連接塊4在左支架2、右支架3上相對應(yīng)的通孔上螺栓固定上支架1，可調(diào)節(jié)上支架1豎直方向的位置。調(diào)節(jié)絲杠升降機(jī)7調(diào)節(jié)貫入部件13的下陷量。

測量土壤承載壓力時將貫入部件13換成壓板13B,壓力測量部件11下方可不需連接有扭矩測量部件12，當(dāng)貫入部件13進(jìn)入土壤后，由于土壤反作用力，中心軸15下端頂住壓力軸承12B，上端頂住壓力傳感器11A的觸頭，由此可采集壓力傳感器信號。

測量土壤硬度及黏附特性時將貫入部件13換成錐桿13A，壓力測量部件11下方螺栓連接有扭矩測量部件12，當(dāng)貫入部件13進(jìn)入土壤采集完壓力傳感器11A信后，維持錐桿13A貫入土壤深度不變，扭轉(zhuǎn)扭矩傳感器12A，錐桿13A隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動，而中間軸15不隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動，由此可采集扭矩傳感器12A信號。

測量土壤剪切特性時貫入部件13使用爪盤13B，當(dāng)爪盤13B貫入土壤采集完壓力信號后，維持爪盤13B貫入土壤深度不變，扭轉(zhuǎn)扭矩傳感器12A，爪盤13B隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動，而中間軸15不隨扭矩傳感器12A轉(zhuǎn)動，爪盤本體的凸爪16只可沿凸爪16與爪盤本體底面非垂直連接一側(cè)轉(zhuǎn)動，爪盤本體由于轉(zhuǎn)動而堆積在凸爪16間的土壤可被轉(zhuǎn)動至爪盤本體內(nèi)的空腔17里，當(dāng)空腔17內(nèi)容納土壤時，爪盤本體頂面與空腔17相連通的通孔將空腔內(nèi)氣體排出，并通過通孔可觀測空腔17內(nèi)土壤的堆積情況，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由此可采集扭矩傳感器信號而得到土壤的剪切特性參數(shù)。