一種固體垃圾變形與強度相關測定儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體垃圾變形與強度相關測定儀。尚未出現(xiàn)針對填埋體中垃圾土的變形與剪切強度關系進行研究的儀器。本發(fā)明包括信息收集系統(tǒng)、變形裝置、剪切裝置和制樣裝置；變形裝置包括升降絲桿、上固定平臺、上油壓裝置和下固定平臺；剪切裝置包括伸縮裝置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移車和下油壓裝置；固定柱的一端與伸縮裝置的油壓柱鉸接，另一端自由設置并設有兩個鉤爪；下剪切柱開設有相距設置的兩個凹槽；信息收集系統(tǒng)包括供油系統(tǒng)、控制模塊和數(shù)據(jù)采集器。本發(fā)明通過油壓裝置對應力荷載下的垃圾土進行變形測量，模擬填埋場100米深度以下的垃圾土應力狀態(tài)；剪切測試在應力狀態(tài)存在的情況下測試垃圾土剪切強度的變化值。
【專利說明】
一種固體垃圾變形與強度相關測定儀
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于實驗儀器技術領域，涉及土工變形實驗裝置與土工剪切實驗裝置，具體涉及一種固體垃圾變形與強度相關測定儀。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市數(shù)量增加，規(guī)模擴大，人口增多以及人民生活方式的變化和生活水平的提高，城市生活垃圾以年均增長率8.98%的速度迅猛增加。數(shù)量龐大的城市垃圾已對城市及城市周圍的生態(tài)環(huán)境構成日趨嚴重的威脅:城市周圍的生活垃圾量已達60億噸，侵占了約5億多平方米的土地;垃圾直接堆放和簡易填埋場向大氣釋放大量的有害氣體，其中還含有致癌、致畸物，垃圾在堆放腐敗過程中產生大量酸性和堿性有機污染物，并溶解出其中的重金屬，形成有機物、重金屬和病原微生物三位一體的污染源。因而，了解垃圾填埋場中城市生活垃圾的力學特性問題，是關系到保護和改善生活和生態(tài)環(huán)境，防治污染，使經濟發(fā)展與環(huán)境保護相協(xié)調的重要內容之一。垃圾的力學特性包括變形，滲透，強度三大方面，清楚地分析出垃圾三大力學特性的規(guī)律，是處理垃圾的關鍵。很多工程實踐和室內試驗都證實了垃圾是因為受剪而產生破壞，剪切破壞是垃圾強度破壞的重要特征，因此，必須對填埋體的剪切性質進行透徹研究。城市固體垃圾剪切性質也就是指垃圾體抵抗剪應力能力的大小。填埋體的剪切性質與變形性質密切相關，上部荷載作用下使得下部垃圾土緊密壓實，抗剪能力逐漸增大。目前，還尚未出現(xiàn)針對填埋體中垃圾土的變形與剪切強度關系進行研究的儀器。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種固體垃圾變形與強度相關測定儀，實現(xiàn)垃圾土剪切性質、變形性質的機械化實驗室測定，填補現(xiàn)有儀器對垃圾土變形與剪切強度研究空缺。
[0004]本發(fā)明包括信息收集系統(tǒng)、變形裝置、剪切裝置和制樣裝置。
[0005]所述的變形裝置包括升降絲桿、上固定平臺、上油壓裝置、端蓋和下固定平臺；所述的上固定平臺和下固定平臺均固定有四個螺母，上固定平臺上的每個螺母與下固定平臺對應位置的螺母通過升降絲桿連接;升降絲桿的底部通過軸承支承在電機箱上；下固定平臺固定在電機箱上;所述的上油壓裝置固定在上固定平臺上，上油壓裝置的油壓桿穿過上油壓裝置的中心孔與上內壓蓋固定;端蓋套在上內壓蓋外，并與上油壓裝置的缸體固定;上油壓裝置與信息收集系統(tǒng)的第一和第二油壓管接口均通過油壓管相連;電機通過鏈傳動機構驅動升降絲桿轉動。
[0006]所述的剪切裝置包括伸縮裝置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移車和下油壓裝置。所述的伸縮裝置與信息收集系統(tǒng)的第三和第四油壓管接口均通過油壓管相連；固定柱的一端與伸縮裝置的油壓柱鉸接，另一端自由設置并設有一體成型且相距設置的兩個鉤爪;所述的下剪切柱開設有相距設置的兩個凹槽，且兩個凹槽的間距與兩個鉤爪的間距相等;下剪切柱固定在平移車頂部，下油壓裝置固定在平移車底部;所述的平移車與下固定平臺構成滑動副；下內壓蓋固定在下油壓裝置的活塞桿上，并套置在下剪切柱內；上剪切柱開設的螺栓孔與下剪切柱開設的螺栓孔通過螺栓連接;平移車側部開設的出水孔與下剪切柱的內腔連通;下油壓裝置與信息收集系統(tǒng)的第五和第六油壓管接口均通過油壓管相連。
[0007]所述的制樣裝置包括制樣機和脫模機。所述的制樣機包括上筒體、下筒體和底盤；上筒體與下筒體通過螺釘固定;底盤為兩級階梯軸結構，頂部軸徑大于底部軸徑，且頂部軸徑小于或等于下筒體內徑;底盤放置在下筒體內。所述的脫模機包括頂板、中板、下板和千斤頂。中板通過立柱與頂板和下板固定;千斤頂與下板固定，千斤頂?shù)捻敆U穿過中板設置。
[0008]所述的鏈傳動機構包括主動鏈輪、傳動鏈輪、從動鏈輪和鏈條;主動鏈輪固定在電機的輸出軸上，每根升降絲桿上固定有從動鏈輪，傳動鏈輪與電機箱鉸接，鏈條連接主動鏈輪、傳動鏈輪和從動鏈輪。
[0009]所述的信息收集系統(tǒng)包括控制模塊和數(shù)據(jù)采集器;所述的電機、上油壓裝置、伸縮裝置和下油壓裝置均由控制模塊控制;所述的數(shù)據(jù)采集器將采集到的上油壓裝置、伸縮裝置和下油壓裝置的位移信號傳給控制模塊。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]1、本發(fā)明可以實現(xiàn)垃圾土的變形測試與剪切測試;變形測試是通過油壓裝置，對較大應力荷載下的垃圾土進行變形測量，切實模擬填埋場100米深度以下的垃圾土應力狀態(tài);剪切測試可以在應力狀態(tài)存在的情況下測試垃圾土剪切強度的變化值。
[0012]2、本發(fā)明彌補了填埋場關于城市固體垃圾100米深度以下的剪切強度研究空缺，為城市固體垃圾在變形過程中剪切強度的測試提供了準確、可靠的測試裝置。
[0013]3、本發(fā)明可應用于工程實踐，也可應用于其他特殊土的實驗室實驗，應用范圍廣。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的整體結構立體圖；
[0015]圖2為本發(fā)明中變形裝置和剪切裝置的側視圖；
[0016]圖3為本發(fā)明中上內壓蓋的裝配示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明中鏈傳動機構的結構示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明中固定柱的裝配示意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明中下內壓蓋和下剪切柱的裝配示意圖；
[0020]圖7為本發(fā)明中下剪切柱的俯視圖；
[0021]圖8為圖7的左視圖；
[0022]圖9為本發(fā)明中上筒體的三視圖；
[0023]圖10為本發(fā)明中下筒體的三視圖；
[0024]圖11為本發(fā)明中底盤的立體圖；
[0025]圖12為本發(fā)明中脫模機的結構立體圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0027]如圖1、2、9、10、11和12所示，一種固體垃圾變形與強度相關測定儀，包括信息收集系統(tǒng)1、變形裝置2、剪切裝置3和制樣裝置。
[0028]如圖1、2、3和4所示，變形裝置2包括升降絲桿2-1、上固定平臺2-2、上油壓裝置2-
3、端蓋2-4和下固定平臺2-5;上固定平臺2-2和下固定平臺2-5均固定有四個螺母，上固定平臺2-2上的每個螺母與下固定平臺2-5對應位置的螺母通過升降絲桿2-1連接;升降絲桿2-1的底部通過軸承支承在電機箱2-7上;下固定平臺2-5固定在電機箱2-7上;上油壓裝置
2-3固定在上固定平臺2-2上，上油壓裝置2-3的油壓桿2-6穿過上油壓裝置2-3的中心孔與上內壓蓋2-10固定;端蓋2-4套在上內壓蓋2-10外，并與上油壓裝置2-3的缸體固定;上油壓裝置2-2與信息收集系統(tǒng)I的第一和第二油壓管接口均通過油壓管相連；電機2-8通過鏈傳動機構2-9驅動升降絲桿2-1轉動;鏈傳動機構2-9包括主動鏈輪、傳動鏈輪、從動鏈輪和鏈條;主動鏈輪固定在電機的輸出軸上，每根升降絲桿2-1上固定有從動鏈輪，傳動鏈輪與電機箱2-7鉸接，鏈條連接主動鏈輪、傳動鏈輪和從動鏈輪。
[0029]如圖1、2、5、6、7和8所示，剪切裝置3包括伸縮裝置3-1、固定柱3-2、上剪切柱3-4、下剪切柱3-5、平移車3-6和下油壓裝置3-7。伸縮裝置3-1與信息收集系統(tǒng)I的第三和第四油壓管接口均通過油壓管相連;固定柱3-2的一端與伸縮裝置3-1的油壓柱3-9鉸接，另一端自由設置并設有一體成型且相距設置的兩個鉤爪;下剪切柱3-5開設有相距設置的兩個凹槽，且兩個凹槽的間距與兩個鉤爪的間距相等；下剪切柱3-5固定在平移車3-6頂部，下油壓裝置3-7固定在平移車3-6底部;平移車3-6與下固定平臺2-5構成滑動副；下內壓蓋固定在下油壓裝置3-7的活塞桿3-3上，并套置在下剪切柱3-5內；上剪切柱3-4開設的螺栓孔與下剪切柱3-5開設的螺栓孔通過螺栓連接，剪切試驗時取下該螺栓;平移車3-6側部開設的出水孔3-8與下剪切柱3-5的內腔連通;下油壓裝置3-7與信息收集系統(tǒng)I的第五和第六油壓管接口均通過油壓管相連。
[0030]如圖9、10、11和12所示，制樣裝置包括制樣機和脫模機。制樣機包括上筒體4_3、下筒體4-4和底盤4-5;上筒體4-3與下筒體4-4通過螺釘固定;底盤4_5為兩級階梯軸結構，頂部軸徑大于底部軸徑，且頂部軸徑小于或等于下筒體4-4內徑;底盤4-5放置在下筒體4-4內。脫模機包括頂板4-6、中板4-7、下板4-1和千斤頂4-2。中板4-7通過立柱與頂板4-6和下板4-1固定;千斤頂4-2與下板4-1固定，千斤頂4-2的頂桿穿過中板4-7設置。
[0031]信息收集系統(tǒng)I包括供油系統(tǒng)、控制模塊1-1和數(shù)據(jù)采集器1-2;供油系統(tǒng)給上油壓裝置2-3、伸縮裝置3-1和下油壓裝置3-7供油；電機2-8、上油壓裝置2-3、伸縮裝置3-1和下油壓裝置3-7均由控制模塊1-1控制;數(shù)據(jù)采集器1-2將采集到的上油壓裝置2-3、伸縮裝置
3-1和下油壓裝置3-7的位移信號傳給控制模塊1-1。
[0032]該固體垃圾變形與強度相關測定儀的工作原理:
[0033]將準備好的垃圾放入制樣機中降解，降解后將制樣機放到脫模機的中板4-7上，使用千斤頂4-2把制樣機的底盤4-5往上頂，試樣也隨之往上，一直頂?shù)降妆P超過頂板4-6時，將試樣取下。隨后，把試樣放入上剪切柱3-4和下剪切柱3-5中；啟動電機2-8，鏈傳動機構2-9帶動升降絲桿2-1旋轉，使得端蓋2-4下降并對準上剪切柱3-4。通過控制模塊1-1控制上油壓裝置2-3使上內壓蓋2-10下降到與上剪切柱3-4頂面接近的位置，與垃圾試樣表面接觸，轉動固定柱3-2，使固定柱3-2的鉤爪與下剪切柱3-5的凹槽扣合，再次通過控制模塊1-1輸入需要的荷載數(shù)據(jù)，可對垃圾土試樣施加不同級別、不同時間的壓縮和剪切荷載，信息收集系統(tǒng)I通過油壓管使伸縮裝置3-1的伸縮柱3-9伸縮，完成壓縮和剪切動作。壓縮和剪切結束后，轉動固定柱3-2，使固定柱3-2與下剪切柱3-5的凹槽分離，啟動電機2-8驅動升降絲桿2-1使得端蓋2-4上升，通過控制模塊1-1控制上油壓裝置2-3使上內壓蓋2-10上升;手動將上剪切柱3-4推動至與下剪切柱3-5同軸并用螺栓固定;通過控制模塊1-1控制下油壓裝置3-7使下內壓蓋上升，把試樣頂起，并取出。試驗后，數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)采集器1-2收集，并由控制模塊1-1發(fā)送給電腦，在電腦上形成應力應變曲線，借此數(shù)據(jù)和圖形，來分析垃圾土在變形狀態(tài)下的剪切強度特性。變形與強度的相關性可以解釋為:隨著壓縮應變的增大，垃圾的剪切強度也增大，隨后增加的趨勢逐漸變緩。剪切強度增大的機理是:隨著垃圾壓縮應變的增加，垃圾材料之間接觸得越緊密(特別是垃圾內加筋材料之間的接觸)，垃圾材料之間界面摩擦也就越大，因此，剪切強度也會增大；由于垃圾的壓縮應變的增加有一個限度，所以，垃圾材料之間的界面摩擦也有一個限值，即垃圾的剪切強度隨著壓縮應變的增大逐漸增大而后增大的趨勢將逐漸變緩。通過本發(fā)明進行試驗，可以用數(shù)值模擬出此變化趨勢，進而分析兩者之間的確切關系。
【主權項】
1.一種固體垃圾變形與強度相關測定儀，包括信息收集系統(tǒng)、變形裝置、剪切裝置和制樣裝置，其特征在于:所述的變形裝置包括升降絲桿、上固定平臺、上油壓裝置、端蓋和下固定平臺；所述的上固定平臺和下固定平臺均固定有四個螺母，上固定平臺上的每個螺母與下固定平臺對應位置的螺母通過升降絲桿連接;升降絲桿的底部通過軸承支承在電機箱上;下固定平臺固定在電機箱上;所述的上油壓裝置固定在上固定平臺上，上油壓裝置的油壓桿穿過上油壓裝置的中心孔與上內壓蓋固定;端蓋套在上內壓蓋外，并與上油壓裝置的缸體固定;上油壓裝置與信息收集系統(tǒng)的第一和第二油壓管接口均通過油壓管相連；電機通過鏈傳動機構驅動升降絲桿轉動； 所述的剪切裝置包括伸縮裝置、固定柱、上剪切柱、下剪切柱、平移車和下油壓裝置;所述的伸縮裝置與信息收集系統(tǒng)的第三和第四油壓管接口均通過油壓管相連;固定柱的一端與伸縮裝置的油壓柱鉸接，另一端自由設置并設有一體成型且相距設置的兩個鉤爪;所述的下剪切柱開設有相距設置的兩個凹槽，且兩個凹槽的間距與兩個鉤爪的間距相等；下剪切柱固定在平移車頂部，下油壓裝置固定在平移車底部;所述的平移車與下固定平臺構成滑動副；下內壓蓋固定在下油壓裝置的活塞桿上，并套置在下剪切柱內；上剪切柱開設的螺栓孔與下剪切柱開設的螺栓孔通過螺栓連接;平移車側部開設的出水孔與下剪切柱的內腔連通;下油壓裝置與信息收集系統(tǒng)的第五和第六油壓管接口均通過油壓管相連； 所述的制樣裝置包括制樣機和脫模機;所述的制樣機包括上筒體、下筒體和底盤;上筒體與下筒體通過螺釘固定;底盤為兩級階梯軸結構，頂部軸徑大于底部軸徑，且頂部軸徑小于或等于下筒體內徑;底盤放置在下筒體內；所述的脫模機包括頂板、中板、下板和千斤頂；中板通過立柱與頂板和下板固定;千斤頂與下板固定，千斤頂?shù)捻敆U穿過中板設置。2.根據(jù)權利要求1所述的一種固體垃圾變形與強度相關測定儀，其特征在于:所述的鏈傳動機構包括主動鏈輪、傳動鏈輪、從動鏈輪和鏈條;主動鏈輪固定在電機的輸出軸上，每根升降絲桿上固定有從動鏈輪，傳動鏈輪與電機箱鉸接，鏈條連接主動鏈輪、傳動鏈輪和從動鏈輪。3.根據(jù)權利要求1所述的一種固體垃圾變形與強度相關測定儀，其特征在于:所述的信息收集系統(tǒng)包括控制模塊和數(shù)據(jù)采集器;所述的電機、上油壓裝置、伸縮裝置和下油壓裝置均由控制模塊控制;所述的數(shù)據(jù)采集器將采集到的上油壓裝置、伸縮裝置和下油壓裝置的位移信號傳給控制模塊。
【文檔編號】G01N3/12GK105973713SQ201610513400
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】張振營, 王櫻峰, 丁正坤, 吳大志
【申請人】浙江理工大學