本發(fā)明涉及模具，尤其涉及一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、凍土，是一種由固體顆粒、冰、液態(tài)水和氣體四種基本成分所組成的非均質(zhì)、各項(xiàng)異性的多項(xiàng)復(fù)合體。土體處于負(fù)溫環(huán)境時(shí)，孔隙中部分水分凍結(jié)成冰將導(dǎo)致原有的熱學(xué)平衡打破，在溫度梯度影響下未凍結(jié)區(qū)內(nèi)水分向凍結(jié)封面遷移并遇冷成冰。隨著凍結(jié)封面推進(jìn)以及水分進(jìn)一步遷移和聚集，土體體積逐漸增大，發(fā)生凍脹現(xiàn)象。

2、在眾多凍土力學(xué)試驗(yàn)來(lái)說，經(jīng)常會(huì)用到圓柱體型的標(biāo)準(zhǔn)試樣，無(wú)論是靜態(tài)的單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)，還是動(dòng)態(tài)霍普金森壓桿試驗(yàn)。而大部分圓柱形凍土試樣的制作步驟是：①將干土配置成所需的目標(biāo)含水率的土樣，②將土樣放置在圓柱形模具中分層擊實(shí)、抹平、脫模，③將圓柱形凍土試樣放置在低溫環(huán)境中進(jìn)行凍結(jié)24h后進(jìn)行試驗(yàn)。

3、然而在高含水率的凍土試樣制備時(shí)，進(jìn)行上述步驟③時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的凍脹現(xiàn)象，凍土試樣端面和側(cè)面都會(huì)凸起而變得不平整，使用這樣的凍土試樣進(jìn)行試驗(yàn)，就會(huì)產(chǎn)生巨大的試驗(yàn)誤差。

4、目前針對(duì)圓柱形試樣的打磨裝置有：

5、專利cn219212545u公布了一種巖石或混凝土長(zhǎng)圓柱形試樣雙端面打磨機(jī)，包括基座，基座上設(shè)有軸向?qū)к?，軸向?qū)к壣习惭b有軸向滑塊，所述軸向滑塊上安裝有徑向?qū)к?，徑向?qū)к墏?cè)面上設(shè)有手輪，所述徑向?qū)к壣习惭b有徑向滑塊，所述徑向滑塊上安裝有電機(jī)，電機(jī)的輸出端上設(shè)有打磨片，可以對(duì)巖石或混凝土長(zhǎng)圓柱形試樣進(jìn)行雙端面同時(shí)打磨。

6、專利cn202120748289公布了一種圓柱形石材全自動(dòng)打磨裝置，包括底座、頂板、工作臺(tái)、橫向打磨裝置和縱向打磨裝置，所述工作臺(tái)通過底部的第一電動(dòng)伸縮軸與底座連接，所述橫向打磨裝置包括第一電機(jī)、第一轉(zhuǎn)盤、打磨盤和擋板，且第一電機(jī)位于立柱上，所述第一電機(jī)通過第一電機(jī)軸與第一轉(zhuǎn)盤連接，且打磨盤和擋板分別位于第一轉(zhuǎn)盤的一端和中部，所述縱向打磨裝置包括第二電機(jī)、第二轉(zhuǎn)盤、夾板和打磨器，且第二電機(jī)位于頂板上，所述第二電機(jī)通過第二電機(jī)軸與第二轉(zhuǎn)盤連接，且夾板位于第二轉(zhuǎn)盤的兩端，所述打磨器位于第二轉(zhuǎn)盤的中部，該圓柱形石材全自動(dòng)打磨裝置可以對(duì)圓柱形石材的側(cè)面和兩個(gè)底面同時(shí)自動(dòng)打磨。

7、專利cn112355732a公布了一種圓柱形巖石事件側(cè)面打磨裝置及其使用方法，包括底座、穩(wěn)固支柱、夾持柱和打磨棒，所述底座內(nèi)設(shè)置電動(dòng)機(jī)和限位伸縮桿，所述穩(wěn)固支柱支撐固定整個(gè)裝置，所述夾持柱固定于底座之間，用于穩(wěn)固夾緊巖石試樣，所述打磨棒環(huán)繞夾持柱均勻安設(shè)，用于打磨巖石試樣側(cè)面，所述打磨方法包括夾持巖石試樣、安裝打磨棒、調(diào)整巖石試樣位置、打磨巖石試樣、摘取巖石試樣，本發(fā)明所述圓柱形巖石試樣側(cè)面打磨裝置及其使用方法不易損傷巖石試樣。

8、上述專利針對(duì)圓柱形試樣側(cè)面和端面打磨方法一般是用砂紙、打磨棒等機(jī)械打磨，然而針對(duì)凍土這種低強(qiáng)度、溫度敏感材料，在劇烈的機(jī)械打磨過程中極易損壞試樣，除此之外，打磨摩擦生熱這將會(huì)對(duì)凍土試樣產(chǎn)生不可逆損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中手工打磨效率低，打磨出的試樣不標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)問題，打磨成的凍土試樣滿足試驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一方面

4、本發(fā)明提供一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，包括相鄰設(shè)置的第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌，所述第一導(dǎo)軌上依次設(shè)有頂推機(jī)構(gòu)，側(cè)面打磨模塊，端面夾持模塊和運(yùn)送模塊；

5、所述側(cè)面打磨模塊用于打磨凍土試樣的側(cè)面，端面夾持模塊用于夾持凍土試樣；

6、所述第二導(dǎo)軌上設(shè)有端面打磨機(jī)，用于打磨凍土試樣的端面。

7、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述頂推機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第二支撐腿，所述第二支撐腿上端設(shè)有第一電機(jī)，所述第一電機(jī)的輸出軸上設(shè)有伸縮桿，伸縮桿的另一端固定設(shè)置有頂推面。所述伸縮桿能延伸至卡箍?jī)?nèi)。

8、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述端面夾持模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第三支撐腿，所述第三支撐腿的上端設(shè)有卡箍。所述卡箍用于夾持凍土試樣。

9、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述運(yùn)送模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第四支撐腿，所述第四支撐腿的上端設(shè)有運(yùn)送槽。所述運(yùn)送槽將打磨完成的凍土試樣運(yùn)送到低溫環(huán)境箱外。

10、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述端面打磨機(jī)為兩臺(tái)且結(jié)構(gòu)相同，包括設(shè)置在第二導(dǎo)軌上的滑動(dòng)底座，所述滑動(dòng)底座的一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有搖臂，搖臂上固定設(shè)置有第二電機(jī)，所述第二電機(jī)的輸出軸上設(shè)有打磨盤，用于打磨凍土試樣的端面。

11、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述側(cè)面打磨模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的第一支撐腿，所述第一支撐腿的上端設(shè)置有弧形槽，弧形槽遠(yuǎn)離頂推機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)有加熱口和冷卻環(huán)，所述加熱口和冷卻環(huán)之間設(shè)有絕熱環(huán)。側(cè)面打磨模塊首先將凍土試樣外表的冰毛刺等融化后再凍結(jié)，防止凍土試樣變形。

12、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述加熱口為中空的喇叭形管體，所述加熱口包括喇叭形導(dǎo)管和設(shè)置在喇叭形導(dǎo)管外壁的熱源，方便對(duì)喇叭形導(dǎo)管加熱。所述熱源可設(shè)置在喇叭形導(dǎo)管管壁內(nèi)。

13、在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述冷卻環(huán)包括導(dǎo)管和設(shè)置在導(dǎo)管外壁上的纏繞的制冷管，用于對(duì)冷卻環(huán)制冷。

14、在一個(gè)具體實(shí)施例中，還包括低溫環(huán)境箱，所述第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌，頂推機(jī)構(gòu)，側(cè)面打磨模塊，端面夾持模塊和運(yùn)送模塊以及端面打磨機(jī)均設(shè)置在低溫環(huán)境箱內(nèi)。低溫環(huán)境箱保證了打磨過程在一定穩(wěn)定的溫度環(huán)境下進(jìn)行。

15、另一方面，

16、本發(fā)明提供一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨方法，利用打磨裝置對(duì)凍土試樣進(jìn)行打磨，包括以下步驟：

17、s1、安裝調(diào)試好打磨裝置；

18、s2、將待打磨凍土試樣放置在弧形槽上，啟動(dòng)頂推機(jī)構(gòu)將凍土試樣緩慢推入喇叭形加熱口，凍土試樣表面融化后進(jìn)入導(dǎo)管冷卻；

19、s3、移動(dòng)第三支撐腿將卡箍和導(dǎo)管抵近對(duì)齊，利用頂推機(jī)構(gòu)將凍土試樣推送到卡箍中固定凍土試樣；

20、s4、移動(dòng)第三支撐腿遠(yuǎn)離導(dǎo)管，移動(dòng)滑動(dòng)底座到合適位置，轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂，打開第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)打磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)凍土試樣兩端面進(jìn)行打磨；

21、s5、移動(dòng)第四支撐腿，使運(yùn)輸運(yùn)送槽與卡箍抵近對(duì)齊，松開卡箍，利用頂推機(jī)構(gòu)將凍土試樣推送到運(yùn)送槽內(nèi)，取出凍土試樣，完成打磨。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下有益效果：

23、1、本發(fā)明針對(duì)圓柱形凍土試樣的側(cè)面凍脹；利用凍土溫度敏感特性，設(shè)計(jì)合理的凍土融化和凍結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)圓柱形凍土試樣側(cè)面采取快速融化，快速凍結(jié)方式，這種方式既消除了不規(guī)則凍脹，保證了試樣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而且還實(shí)現(xiàn)了無(wú)損傷打磨。

24、2、本發(fā)明針對(duì)圓柱形凍土試樣的端面凍脹；利用具有冷源的低溫打磨盤，消除在打磨過程中不可控的摩擦生熱的凍土損傷。

25、3、本發(fā)明針對(duì)凍土打磨效率；采用一體化低溫機(jī)械化打磨結(jié)構(gòu)，提升了打磨效率，大量節(jié)省了人力資源。

技術(shù)特征：

1.一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，包括相鄰設(shè)置的第一導(dǎo)軌(4)和第二導(dǎo)軌(5)，所述第一導(dǎo)軌(4)上依次設(shè)有頂推機(jī)構(gòu)，側(cè)面打磨模塊，端面夾持模塊和運(yùn)送模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述頂推機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌(4)上的第二支撐腿(14)，所述第二支撐腿(14)上端設(shè)有第一電機(jī)(14)，所述第一電機(jī)(14)的輸出軸上設(shè)有伸縮桿(15)，伸縮桿(15)的另一端固定設(shè)置有頂推面(17)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述端面夾持模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌(4)上的第三支撐腿(19)，所述第三支撐腿(19)的上端設(shè)有卡箍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述運(yùn)送模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌(4)上的第四支撐腿(28)，所述第四支撐腿(28)的上端設(shè)有運(yùn)送槽(27)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述端面打磨機(jī)為兩臺(tái)且結(jié)構(gòu)相同，包括設(shè)置在第二導(dǎo)軌(5)上的滑動(dòng)底座(23)，所述滑動(dòng)底座(23)的一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有搖臂(24)，搖臂(24)上固定設(shè)置有第二電機(jī)(26)，所述第二電機(jī)(26)的輸出軸上設(shè)有打磨盤(26)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述側(cè)面打磨模塊包括設(shè)置在第一導(dǎo)軌(4)上的第一支撐腿(8)，所述第一支撐腿(8)的上端設(shè)置有弧形槽(7)，弧形槽(7)遠(yuǎn)離頂推機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)有加熱口(9)和冷卻環(huán)，所述加熱口(9)和冷卻環(huán)之間設(shè)有絕熱環(huán)(30)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述加熱口(9)為中空的喇叭形管體，所述加熱口(9)包括喇叭形導(dǎo)管(92)和設(shè)置在喇叭形導(dǎo)管(92)外壁的熱源(91)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，所述冷卻環(huán)包括導(dǎo)管(10)和設(shè)置在導(dǎo)管(10)外壁上的纏繞的制冷管(11)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，還包括低溫環(huán)境箱(1)，所述第一導(dǎo)軌(4)和第二導(dǎo)軌(5)，頂推機(jī)構(gòu)，側(cè)面打磨模塊，端面夾持模塊和運(yùn)送模塊以及端面打磨機(jī)均設(shè)置在低溫環(huán)境箱(1)內(nèi)。

10.一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨方法，利用權(quán)利要求1-9任意一條所述的一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于圓柱形凍土試樣的溫控打磨裝置，包括相鄰設(shè)置的第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌，所述第一導(dǎo)軌上依次設(shè)有頂推機(jī)構(gòu)，側(cè)面打磨模塊，端面夾持模塊和運(yùn)送模塊；所述側(cè)面打磨模塊用于打磨凍土試樣的側(cè)面，端面夾持模塊用于夾持凍土試樣；所述第二導(dǎo)軌上設(shè)有端面打磨機(jī)，用于打磨凍土試樣的端面。本發(fā)明針對(duì)圓柱形凍土試樣的側(cè)面凍脹；利用凍土溫度敏感特性，設(shè)計(jì)合理的凍土融化和凍結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)圓柱形凍土試樣側(cè)面采取快速融化，快速凍結(jié)方式，這種方式既消除了不規(guī)則凍脹，保證了試樣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，而且還實(shí)現(xiàn)了無(wú)損傷打磨。

技術(shù)研發(fā)人員：張利軍,項(xiàng)華松,侯龍江,楊杰,朱志武,褚宏艷,馬悅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5