CN112660553A - 原状土样运输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土体渗透系数检测装置领域，尤其是一种减小原状土样在复杂路况运输中扰动程度的原状土样运输装置，包括箱体和土样筒，所述箱体内设置有三轴稳定系统，其中定义：所述箱体前进方向为X轴方向，与X轴方向在同一水平面且与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，与X轴方向和Y轴方向均垂直的方向为Z轴方向，所述三轴稳定系统包括X轴自稳定系统、Y轴自稳定系统和Z轴自稳定系统，土样筒通过所述三轴稳定系统与箱体内壁面连接。本发明尤其适用于原状土样长距离输送的检测场合之中。
Description
技术领域
本发明涉及原状土体运输装置领域，尤其是一种原状土样运输装置。
背景技术
原状土是保持天然含水量及天然结构的土样，最能真实反映土体物理力学特性。如何使 土样保持原状特性是岩土工程勘察中的一项基础工作，也是薄弱环节。由于野外勘探的路况 相对较差，尤其是在西部偏远山区，现有的运输装置多采用填充海绵等隔振材料，无法保证 原状土样在复杂路况运输过程中不受扰动，土样的含水量和结构性被破坏，造成土工试验数 据失真，无法真实反映土层性状，对工程的投资、建设和安全运营均有较大影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减小原状土样在复杂路况运输中扰动程度的原状 土样运输装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：原状土样运输装置，包括箱体和土样筒， 所述箱体内设置有三轴稳定系统，其中定义：所述箱体前进方向为X轴方向，与X轴方向在 同一水平面且与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，与X轴方向和Y轴方向均垂直的方向为Z 轴方向，所述三轴稳定系统包括X轴自稳定系统、Y轴自稳定系统和Z轴自稳定系统，土样 筒通过所述三轴稳定系统与箱体内壁面连接。
进一步的是，所述X轴自稳定系统包括X轴轴向方向自稳定系统和绕X轴转动方向自 稳定系统。
进一步的是，所述X轴轴向方向自稳定系统为水平第一限位弹簧，所述绕X轴转动方向 自稳定系统为水平第一双向滚动轴承。
进一步的是，所述Y轴自稳定系统包括Y轴轴向方向自稳定系统和绕Y轴转动方向自 稳定系统。
进一步的是，所述Y轴轴向方向自稳定系统为水平第二限位弹簧，所述绕Y轴转动方向 自稳定系统为水平第二双向滚动轴承。
进一步的是，所述Z轴自稳定系统包括Z轴轴向方向自稳定系统和绕Z轴转动方向自稳 定系统。
进一步的是，所述Z轴轴向方向自稳定系统为竖向限位弹簧，所述绕Z轴转动方向自稳 定系统为顶部双向滚动轴承。
进一步的是，所述土样筒的内壁面设置有隔振垫。
进一步的是，所述土样筒的顶部设置有万向电子水准泡和竖向限位器。
进一步的是，箱体的外侧壁设置有侧向连接卡槽，箱体的底部设置有底部连接卡槽。
本发明的有益效果是：本发明利用了陀螺仪的原理和利用了土样的自重，有效的减小了 原状土样在复杂路况运输过程中的扰动。其中，本发明通过设置三个维度的自稳定系统，对 复杂路况运输过程中土样运动的三个维度均进行了限制和自稳定，从而实现土样快速自动稳 定。本发明尤其适用于原状土样长距离输送的检测场合之中。
附图说明
图1是本原状土样运输装置的主视图。
图2是本原状土样运输装置的侧视图。
图3是本原状土样运输装置的俯视图。
图4是顶部双向滚动轴承的结构示意图。
图5是顶部双向滚动轴承的结构示意图。
图中标记为：箱体1、三轴稳定系统2、土样筒3、侧向连接卡槽4、底部连接卡槽5、顶部双向滚动轴承6、滚动体61、外圈62、内连接体63、承力支架7、水平第一支架8、水 平第一双向滚动轴承9、水平第一限位弹簧10、水平第二支架11、水平第二双向滚动轴承12、 水平第二限位弹簧13、竖向限位弹簧14、土样筒固定器15、隔振垫16、顶盖17、竖向限位 器18、万向电子水准泡19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1至图5所示的原状土样运输装置，包括箱体1和土样筒3，所述箱体1内设置有三轴稳定系统，其中定义：所述箱体1前进方向为X轴方向，与X轴方向在同一水平面且与 X轴方向垂直的方向为Y轴方向，与X轴方向和Y轴方向均垂直的方向为Z轴方向，所述 三轴稳定系统包括X轴自稳定系统、Y轴自稳定系统和Z轴自稳定系统，土样筒3通过所述 三轴稳定系统与箱体1内壁面连接。
在实际使用时，三轴稳定系统包括X轴自稳定系统、Y轴自稳定系统和Z轴自稳定系统， 其中，所述X轴自稳定系统包括X轴轴向方向自稳定系统和绕X轴转动方向自稳定系统，所述Y轴自稳定系统包括Y轴轴向方向自稳定系统和绕Y轴转动方向自稳定系统，所述Z 轴自稳定系统包括Z轴轴向方向自稳定系统和绕Z轴转动方向自稳定系统，从而实现6个自 由度的约束。一般的，所述X轴轴向方向自稳定系统为水平第一限位弹簧10，所述绕X轴 转动方向自稳定系统为水平第一双向滚动轴承9，所述Y轴轴向方向自稳定系统为水平第二 限位弹簧13，所述绕Y轴转动方向自稳定系统为水平第二双向滚动轴承12，所述Z轴轴向 方向自稳定系统为竖向限位弹簧14，所述绕Z轴转动方向自稳定系统为顶部双向滚动轴承6。 在实际使用时，该原状土样运输装置的稳定系统具体工作状态如下：一、沿X轴平动，当运 输载具沿前进方向加速或减速时，由于惯性作用，土样筒3相对箱体1会向后或向前平动， 在水平第一限位弹簧10的作用下，弹簧一侧收拉，一侧受压，土样筒的X向平动受到限制， 实现自动调平和稳定；二、绕X轴转动，当运输载具一侧通过坑洼隆起路况或侧倾时，箱体1会绕X轴转动，在水平第二双向滚动轴承12和土样自重下，箱体1的转动不会影响土样筒 3，即土样筒3相对箱体发生反向转动，实现自动调平和稳定；三、沿Y轴平动，当运输载 具过弯时，因离心力和惯性作用，土样筒3相对箱体1沿Y轴发生平动，在水平第二限位弹 簧13的作用下，弹簧一侧收拉，一侧受压，土样筒3的Y向平动受到限制，实现自动调平 和稳定；四、绕Y轴转动，当运输载具爬坡、下坡或通过起伏路面时，箱体1会绕Y轴转动。 在水平第一双向滚动轴承9和土样自重下，箱体1的转动不会影响土样筒3，即土样筒3相 对箱体发生反向转动，实现自动调平和稳定；五、沿Z轴平动，当运输载具因通过坑洼隆起 路段时，因惯性作用，土样筒3相对箱体1会沿Z轴发生平动，在竖向限位弹簧14的作用下， 弹簧一侧收拉，一侧受压，土样筒3的Z向平动受到限制，实现自动调平和稳定；六、绕Z 轴转动，当运输载具转弯时，箱体1会绕Z轴转动，在顶部双向滚动轴承6和土样自重下， 箱体1的转动不会影响土样筒3，即土样筒3相对箱体发生反向转动，实现自动调平和稳定。 以上为在重力作用下沿X、Y、Z轴的平动和绕X、Y、Z轴的转动中任意一个自由度的调平 情况，在实际运输过程中，通常为2个自由度及以上的同时运动。但由上述原理可知，无论 发生何种平动或旋转，该装置均可实现自动调平和稳定。考虑到装置在使用过程中可能存在 的异常，土样筒顶部设置了可调节运动限值的万向电子水准泡，在运输过程中，观测水准泡 运动情况，对抖动超过限值的土样进行记录。其中，顶部双向滚动轴承6的结构优选如图4 和图5所示，由滚动体61、外圈62和内连接体63构成，水平第一双向滚动轴承9和水平第 二双向滚动轴承12的结构优选与顶部双向滚动轴承6一致。
为了获得更好的保护减震效果，优选所述土样筒3的内壁面设置有隔振垫16。为了方便 相邻的箱体1之间可以很好的扣合连接，优选在箱体1的外侧壁设置侧向连接卡槽4。为了 方便将多台箱体1水平连接固定，优选在箱体1的底部设置底部连接卡槽5，从而实现相应 的固定，以及实现多个土样的组合运输和土样的快速装卸，提高运输效率。
在实际使用时，首先将原状土取样套筒放入带隔振垫的土样筒中，安装顶盖，通过竖向 限位器将取样套筒与土样筒压紧。再根据土样的取样方向，将土样筒3竖向或水平放置于三 轴稳定系统2上，并通过土样筒固定器15将其固定。通过底部连接卡槽5将原状土运输装置 固定在运输载具上，当多个土样同时运输时，采用侧向连接卡槽4对多个运输装置进行组合 连接。就具体结构而言，如图1至图5所示，所述顶部双向滚动轴承6一端与箱体1相连， 另一端与承力支架7相连，顶部双向滚动轴承6组成优选为两个外圈、滚动体和内连接杆， 两个外圈内接滚动体，可在内连接杆上自由转动，且转动方向互不干扰。所述承力支架7顶 端与顶部双向滚动轴承6连接，底端两侧各连接一组水平第一双向滚动轴承9。所述水平第 一双向滚动轴承9另一端连接一组水平第一限位弹簧10。所述水平第一限位弹簧10内嵌于 水平第一支架8。所述水平第一支架8两端与水平第二支架11相连。所述水平第二支架11 内嵌一组水平第二限位弹簧13。所述水平第二限位弹簧13一端连接水平第二双向滚动轴承12。所述水平第二双向滚动轴承12一端连接竖向限位弹簧14。所述竖向限位弹簧14内嵌于 土样筒固定器15。而所述土样筒3通过土样筒固定器15与三轴稳定系统2相连，土样筒3 内设隔振垫16，所述隔振垫16优选由海绵或乳胶等隔振材料制成。土样筒3顶部设有可打 开的顶盖17，所述顶盖17设有竖向限位器18和万向电子水准泡19。所述竖向限位器18可将取样套筒与土样筒3压紧。所述万向电子水准泡19可调节运动限值，观测并反映运输过程中土样在滤振后的抖动情况，可采用万向水准泡和人工记录替代。
本发明可以大幅度的减小原状土样在复杂路况运输中扰动程度，其技术优势十分明显， 市场推广前景十分广阔。
Claims (10)
1.原状土样运输装置，包括箱体(1)和土样筒(3)，其特征在于：所述箱体(1)内设置有三轴稳定系统，其中定义：所述箱体(1)前进方向为X轴方向，与X轴方向在同一水平面且与X轴方向垂直的方向为Y轴方向，与X轴方向和Y轴方向均垂直的方向为Z轴方向，所述三轴稳定系统包括X轴自稳定系统、Y轴自稳定系统和Z轴自稳定系统，土样筒(3)通过所述三轴稳定系统与箱体(1)内壁面连接。
2.如权利要求1所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述X轴自稳定系统包括X轴轴向方向自稳定系统和绕X轴转动方向自稳定系统。
3.如权利要求2所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述X轴轴向方向自稳定系统为水平第一限位弹簧(10)，所述绕X轴转动方向自稳定系统为水平第一双向滚动轴承(9)。
4.如权利要求1所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述Y轴自稳定系统包括Y轴轴向方向自稳定系统和绕Y轴转动方向自稳定系统。
5.如权利要求4所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述Y轴轴向方向自稳定系统为水平第二限位弹簧(13)，所述绕Y轴转动方向自稳定系统为水平第二双向滚动轴承(12)。
6.如权利要求1所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述Z轴自稳定系统包括Z轴轴向方向自稳定系统和绕Z轴转动方向自稳定系统。
7.如权利要求6所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述Z轴轴向方向自稳定系统为竖向限位弹簧(14)，所述绕Z轴转动方向自稳定系统为顶部双向滚动轴承(6)。
8.如权利要求1至7任意一项所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述土样筒(3)的内壁面设置有隔振垫(16)。
9.如权利要求1至7任意一项所述的原状土样运输装置，其特征在于：所述土样筒(3)的顶部设置有万向电子水准泡(19)和竖向限位器(18)。
10.如权利要求1至7任意一项所述的原状土样运输装置，其特征在于：箱体(1)的外侧壁设置有侧向连接卡槽(4)，箱体(1)的底部设置有底部连接卡槽(5)。
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