一种自动化确定土体断裂韧度的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及新型土体断裂韧度判断
技术领域
，具体为一种自动化确定土体断裂韧度的装置及其使用方法。背景技术
在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度，为了便于对土体的断裂韧度进行检测需要对应的检测装置，但是，现有的装置在使用过程中不便于自动化对土体进行断裂韧度的检测，且缺乏对应的被检测土体的标准化高效率压实制成的结构设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化确定土体断裂韧度的装置及其使用方法，以解决了现有的问题：现有的装置在使用过程中不便于自动化对土体进行断裂韧度的检测。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动化确定土体断裂韧度的装置，包括断裂韧度测试结构、成型土体和紧凑拉伸试样的击实制成结构，所述断裂韧度测试结构的一侧固定连接有紧凑拉伸试样的击实制成结构，所述断裂韧度测试结构两端的内侧固定连接有成型土体。
优选的，所述断裂韧度测试结构包括配装支撑架、定位重量搭载板、控制面板、定位防脱锁紧柱、第一测试锁紧结构、测试端搭载板、动导检测结构和第二测试锁紧结构，所述配装支撑架一端的顶端焊接有定位重量搭载板，所述定位重量搭载板的一侧固定连接有控制面板，所述定位重量搭载板的内侧焊接有定位防脱锁紧柱，所述定位防脱锁紧柱的外侧卡接有第一测试锁紧结构，所述第一测试锁紧结构的一端与成型土体的一端卡接连接，所述配装支撑架另一端的顶端焊接有测试端搭载板，所述测试端搭载板的内侧转动连接有动导检测结构，所述动导检测结构的一端卡接有第二测试锁紧结构，所述第二测试锁紧结构的一端与成型土体的另一端卡接连接。
优选的，所述第一测试锁紧结构的结构和第二测试锁紧结构的结构完全相同，所述第一测试锁紧结构和第二测试锁紧结构均包括配装锁紧环、定位搭载块、延伸支撑杆、锁紧爪定位块、内装定位块和动力输出块，所述配装锁紧环的一端焊接有定位搭载块，所述定位搭载块的一端焊接有延伸支撑杆，所述延伸支撑杆的一端焊接有锁紧爪定位块，所述锁紧爪定位块的周侧面固定有三个内装定位块。
优选的，所述第一测试锁紧结构和第二测试锁紧结构还包括动力输出块、第一电机、拨动齿轮轴、联动齿条和夹紧锁杆，所述内装定位块的一端焊接有动力输出块，所述动力输出块的一侧通过螺钉固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有拨动齿轮轴，所述拨动齿轮轴的一端啮合连接有联动齿条，所述联动齿条与内装定位块的内侧滑动连接，所述联动齿条的顶端焊接有夹紧锁杆。
优选的，所述动导检测结构包括过线轮、第一转矩支撑杆、联动环、加强拉动线、联动搭载块、分向引导线、放置板、配重引导柱和配重块，所述过线轮的两端焊接有第一转矩支撑杆，所述第一转矩支撑杆与测试端搭载板转动连接，所述过线轮的外侧缠绕有加强拉动线，所述加强拉动线的一端固定连接有联动环，所述联动环与第二测试锁紧结构处的配装锁紧环固定连接，所述加强拉动线另一端的底端固定连接有联动搭载块，所述联动搭载块的底端通过分向引导线连接有放置板，所述放置板上表面的两侧焊接有配重引导柱，所述配重引导柱的外侧滑动连接有多个配重块，所述配重块的重量为十千克。
通过将成型土体的两端分别与第一测试锁紧结构和第二测试锁紧结构连接，连接过程中通过控制启动第一电机顺时针转动，带动拨动齿轮轴完成转动，利用拨动齿轮轴和联动齿条的啮合，使得联动齿条处在拨动齿轮轴的拨动下以及内装定位块的引导下形成向成型土体的位移，从而完成对成型土体的端部夹紧，此时将第一测试锁紧结构与定位防脱锁紧柱固定连接，形成对成型土体一端的固定限位，此时通过在放置板顶端依次增加配重块的数量，从而获得下压受力，利用分向引导线、联动搭载块、加强拉动线和联动环的配合，利用联动环与第二测试锁紧结构的连接，从而形成对成型土体一端的拉扯，使得成型土体拉开一定的预留槽，此时停止增加配重块的数量，完成对预留槽高度的测量，后续持续再增加配重块的数量，形成更大的受力，直至成型土体被拉断，利用重量和应力的转化公式，获得全断面平均应力，并完成对成型土体断裂后宽度的测量。
优选的，所述紧凑拉伸试样的击实制成结构包括制成内装管、自动化翻转成型出料结构和往复自动化击实结构，所述制成内装管的内侧开设有一高度为四十厘米，直径为二十厘米的制备通孔，所述制成内装管的底端固定连接有自动化翻转成型出料结构，所述制成内装管的顶端固定连接有往复自动化击实结构。
优选的，所述自动化翻转成型出料结构包括内装限位块、延伸搭载板、第二电机、第二转矩支撑杆、L型带动块和密封底板，所述制成内装管的一端焊接有内装限位块，所述内装限位块的一侧焊接有延伸搭载板，所述延伸搭载板的一侧通过螺钉固定连接有第二电机，所述第二电机的输出端固定连接有第二转矩支撑杆，所述第二转矩支撑杆与内装限位块转动连接，所述第二转矩支撑杆的外侧固定连接有L型带动块，所述L型带动块的一端固定有密封底板，所述密封底板位于制成内装管的底端。
优选的，所述往复自动化击实结构包括定装支撑杆、液压活塞缸、辅助搭载块、第三电机、偏心拨动板、配动推导块和压实推板，所述制成内装管顶端的两侧固定连接有定装支撑杆，所述定装支撑杆靠近制成内装管一侧的底端通过螺钉固定连接有液压活塞缸，所述液压活塞缸的输出端固定连接有辅助搭载块，其中一侧的所述辅助搭载块远离制成内装管的一侧通过螺钉固定连接有第三电机，所述第三电机的输出端固定连接有偏心拨动板，另一侧所述辅助搭载块靠近制成内装管的一侧与另一个偏心拨动板转动连接，两个所述偏心拨动板的底端转动连接有配动推导块，所述配动推导块的底端固定连接有压实推板，所述压实推板与制备通孔为间隙配合。
通过将被检测土体放置在制成内装管处的制备通孔内部，此时密封底板完成对制备通孔内部的封闭，此时通过控制液压活塞缸带动辅助搭载块向下移动，直至压实推板到达制备通孔的顶端，利用第三电机完成对偏心拨动板的转矩输出带动，利用偏心拨动板的偏心设计，偏心拨动板在转动过程中具有最高点和最低点，从而带动配动推导块和压实推板完成往复升降锤压，使得土体在制备通孔内部挤压压实，在压实一端情况下，利用液压活塞缸推动辅助搭载块带动压实推板远离制备通孔内部，将制备通孔内部空出的部分再添加进入一定的土体，最终达到成型土体的尺寸要求后，通过控制第二电机完成对第二转矩支撑杆的转矩输出，利用第二转矩支撑杆和L型带动块的连接，使得L型带动块在第二转矩支撑杆的带动下完成转动，从而带动密封底板完成角度调节，使得密封底板与制备通孔的封堵取消，此时控制第三电机停止转矩输出，利用液压活塞缸的带动使得压实推板完成对制备通孔内部制成成型土体的挤压导出。
一种环境监测数据采集装置的使用方法，，用于如上任意一项，步骤如下：
第一步：通过将被检测的黏土放置在制成内装管的制备通孔内部；
第二歩：启动往复自动化击实结构向制备通孔内部的黏土进行自动化高效往复加压，使得被检测黏土被挤压制成成型土体；
第三步：通过启动自动化翻转成型出料结构使得制成内装管的底端被打开，将成型土体导出；
第四步：将成型土体的一端与第一测试锁紧结构夹紧，将成型土体的另一端与第二测试锁紧结构夹紧，并将成型土体的顶端开设一预留槽，从而求出断裂韧度的预留长度a；
第六步：此时在配重引导柱处依次滑动上压多个配重块，形成对成型土体的拉扯，直至成型土体断裂，从而求出断裂韧度的全断面平均应力σ；
第七歩：测量成型土体断裂后的断裂宽度，从而求出断裂韧度的W；
第八步：利用公式计算出成型土体的断裂韧度的具体数值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过断裂韧度测试结构的设计，使得装置便于对制成的土体进行自动化的检测装夹，并通过整体结构的设计获得需要检测土体的断裂韧度；
2、本发明通过紧凑拉伸试样的击实制成结构的设计，使得装置便于完成对土壤的自动化高效率的标准检测土体的击实制成，从而提高断裂韧度的检测效率和检测标准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明整体的侧视图；
图3为本发明断裂韧度测试结构的局部结构示意图；
图4为本发明第一测试锁紧结构和第二测试锁紧结构的局部结构示意图；
图5为本发明动导检测结构的局部结构示意图；
图6为本发明紧凑拉伸试样的击实制成结构的局部结构示意图；
图7为本发明自动化翻转成型出料结构的局部结构示意图；
图8为本发明往复自动化击实结构的局部结构示意图；
图9为本发明检测原理的示意图。
图中：1、断裂韧度测试结构；2、成型土体；3、紧凑拉伸试样的击实制成结构；4、配装支撑架；5、定位重量搭载板；6、控制面板；7、定位防脱锁紧柱；8、第一测试锁紧结构；9、测试端搭载板；10、动导检测结构；11、第二测试锁紧结构；12、配装锁紧环；13、定位搭载块；14、延伸支撑杆；15、锁紧爪定位块；16、内装定位块；17、动力输出块；18、第一电机；19、拨动齿轮轴；20、联动齿条；21、夹紧锁杆；22、过线轮；23、第一转矩支撑杆；24、联动环；25、加强拉动线；26、联动搭载块；27、分向引导线；28、放置板；29、配重引导柱；30、配重块；31、制成内装管；32、自动化翻转成型出料结构；33、往复自动化击实结构；34、内装限位块；35、延伸搭载板；36、第二电机；37、第二转矩支撑杆；38、L型带动块；39、密封底板；40、定装支撑杆；41、液压活塞缸；42、辅助搭载块；43、第三电机；44、偏心拨动板；45、配动推导块；46、压实推板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
请参阅图1-2：
一种自动化确定土体断裂韧度的装置，包括断裂韧度测试结构1、成型土体2和紧凑拉伸试样的击实制成结构3，断裂韧度测试结构1的一侧固定连接有紧凑拉伸试样的击实制成结构3，断裂韧度测试结构1两端的内侧固定连接有成型土体2。
请参阅图3-5：
断裂韧度测试结构1包括配装支撑架4、定位重量搭载板5、控制面板6、定位防脱锁紧柱7、第一测试锁紧结构8、测试端搭载板9、动导检测结构10和第二测试锁紧结构11，配装支撑架4一端的顶端焊接有定位重量搭载板5，定位重量搭载板5的一侧固定连接有控制面板6，定位重量搭载板5的内侧焊接有定位防脱锁紧柱7，定位防脱锁紧柱7的外侧卡接有第一测试锁紧结构8，第一测试锁紧结构8的一端与成型土体2的一端卡接连接，配装支撑架4另一端的顶端焊接有测试端搭载板9，测试端搭载板9的内侧转动连接有动导检测结构10，动导检测结构10的一端卡接有第二测试锁紧结构11，第二测试锁紧结构11的一端与成型土体2的另一端卡接连接；
第一测试锁紧结构8的结构和第二测试锁紧结构11的结构完全相同，第一测试锁紧结构8和第二测试锁紧结构11均包括配装锁紧环12、定位搭载块13、延伸支撑杆14、锁紧爪定位块15、内装定位块16和动力输出块17，配装锁紧环12的一端焊接有定位搭载块13，定位搭载块13的一端焊接有延伸支撑杆14，延伸支撑杆14的一端焊接有锁紧爪定位块15，锁紧爪定位块15的周侧面固定有三个内装定位块16；
第一测试锁紧结构8和第二测试锁紧结构11还包括动力输出块17、第一电机18、拨动齿轮轴19、联动齿条20和夹紧锁杆21，内装定位块16的一端焊接有动力输出块17，动力输出块17的一侧通过螺钉固定连接有第一电机18，第一电机18的输出端固定连接有拨动齿轮轴19，拨动齿轮轴19的一端啮合连接有联动齿条20，联动齿条20与内装定位块16的内侧滑动连接，联动齿条20的顶端焊接有夹紧锁杆21；
动导检测结构10包括过线轮22、第一转矩支撑杆23、联动环24、加强拉动线25、联动搭载块26、分向引导线27、放置板28、配重引导柱29和配重块30，过线轮22的两端焊接有第一转矩支撑杆23，第一转矩支撑杆23与测试端搭载板9转动连接，过线轮22的外侧缠绕有加强拉动线25，加强拉动线25的一端固定连接有联动环24，联动环24与第二测试锁紧结构11处的配装锁紧环12固定连接，加强拉动线25另一端的底端固定连接有联动搭载块26，联动搭载块26的底端通过分向引导线27连接有放置板28，放置板28上表面的两侧焊接有配重引导柱29，配重引导柱29的外侧滑动连接有多个配重块30，配重块30的重量为十千克；
通过将成型土体2的两端分别与第一测试锁紧结构8和第二测试锁紧结构11连接，连接过程中通过控制启动第一电机18顺时针转动，带动拨动齿轮轴19完成转动，利用拨动齿轮轴19和联动齿条20的啮合，使得联动齿条20处在拨动齿轮轴19的拨动下以及内装定位块16的引导下形成向成型土体2的位移，从而完成对成型土体2的端部夹紧，此时将第一测试锁紧结构8与定位防脱锁紧柱7固定连接，形成对成型土体2一端的固定限位，此时通过在放置板28顶端依次增加配重块30的数量，从而获得下压受力，利用分向引导线27、联动搭载块26、加强拉动线25和联动环24的配合，利用联动环24与第二测试锁紧结构11的连接，从而形成对成型土体2一端的拉扯，使得成型土体2拉开一定的预留槽，此时停止增加配重块30的数量，完成对预留槽高度的测量，后续持续再增加配重块30的数量，形成更大的受力，直至成型土体2被拉断，利用重量和应力的转化公式，获得全断面平均应力，并完成对成型土体2断裂后宽度的测量；
请参阅图6-8：
紧凑拉伸试样的击实制成结构3包括制成内装管31、自动化翻转成型出料结构32和往复自动化击实结构33，制成内装管31的内侧开设有一高度为四十厘米，直径为二十厘米的制备通孔，制成内装管31的底端固定连接有自动化翻转成型出料结构32，制成内装管31的顶端固定连接有往复自动化击实结构33；
自动化翻转成型出料结构32包括内装限位块34、延伸搭载板35、第二电机36、第二转矩支撑杆37、L型带动块38和密封底板39，制成内装管31的一端焊接有内装限位块34，内装限位块34的一侧焊接有延伸搭载板35，延伸搭载板35的一侧通过螺钉固定连接有第二电机36，第二电机36的输出端固定连接有第二转矩支撑杆37，第二转矩支撑杆37与内装限位块34转动连接，第二转矩支撑杆37的外侧固定连接有L型带动块38，L型带动块38的一端固定有密封底板39，密封底板39位于制成内装管31的底端；
往复自动化击实结构33包括定装支撑杆40、液压活塞缸41、辅助搭载块42、第三电机43、偏心拨动板44、配动推导块45和压实推板46，制成内装管31顶端的两侧固定连接有定装支撑杆40，定装支撑杆40靠近制成内装管31一侧的底端通过螺钉固定连接有液压活塞缸41，液压活塞缸41的输出端固定连接有辅助搭载块42，其中一侧的辅助搭载块42远离制成内装管31的一侧通过螺钉固定连接有第三电机43，第三电机43的输出端固定连接有偏心拨动板44，另一侧辅助搭载块42靠近制成内装管31的一侧与另一个偏心拨动板44转动连接，两个偏心拨动板44的底端转动连接有配动推导块45，配动推导块45的底端固定连接有压实推板46，压实推板46与制备通孔为间隙配合。
通过将被检测土体放置在制成内装管31处的制备通孔内部，此时密封底板39完成对制备通孔内部的封闭，此时通过控制液压活塞缸41带动辅助搭载块42向下移动，直至压实推板46到达制备通孔的顶端，利用第三电机43完成对偏心拨动板44的转矩输出带动，利用偏心拨动板44的偏心设计，偏心拨动板44在转动过程中具有最高点和最低点，从而带动配动推导块45和压实推板46完成往复升降锤压，使得土体在制备通孔内部挤压压实，在压实一端情况下，利用液压活塞缸41推动辅助搭载块42带动压实推板46远离制备通孔内部，将制备通孔内部空出的部分再添加进入一定的土体，最终达到成型土体2的尺寸要求后，通过控制第二电机36完成对第二转矩支撑杆37的转矩输出，利用第二转矩支撑杆37和L型带动块38的连接，使得L型带动块38在第二转矩支撑杆37的带动下完成转动，从而带动密封底板39完成角度调节，使得密封底板39与制备通孔的封堵取消，此时控制第三电机43停止转矩输出，利用液压活塞缸41的带动使得压实推板46完成对制备通孔内部制成成型土体2的挤压导出。
实施例二：
一种自动化确定土体断裂韧度的装置的使用方法，用于如上实施例，步骤如下：
第一步：通过将被检测的黏土放置在制成内装管31的制备通孔内部；
第二歩：启动往复自动化击实结构33向制备通孔内部的黏土进行自动化高效往复加压，使得被检测黏土被挤压制成成型土体2；
第三步：通过启动自动化翻转成型出料结构32使得制成内装管31的底端被打开，将成型土体2导出；
第四步：将成型土体2的一端与第一测试锁紧结构8夹紧，将成型土体2的另一端与第二测试锁紧结构11夹紧，并将成型土体2的顶端开设一预留槽，从而求出断裂韧度的预留长度a；
第六步：此时在配重引导柱29处依次滑动上压多个配重块30，形成对成型土体2的拉扯，直至成型土体2断裂，从而求出断裂韧度的全断面平均应力σ；
第七歩：测量成型土体2断裂后的断裂宽度，从而求出断裂韧度的W；
第八步：根据公式，采用有限元数值计算对形状参数ya/w进行标定，然后根据实际测试数据计算出成型土体2的断裂韧度的具体数值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
