一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置及方法

本发明涉及模具，尤其涉及一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置及方法。

背景技术：

1、冻土，是一种由固体颗粒、冰、液态水和气体四种基本成分所组成的非均质、各项异性的多项复合体。土体处于负温环境时，孔隙中部分水分冻结成冰将导致原有的热学平衡打破，在温度梯度影响下未冻结区内水分向冻结封面迁移并遇冷成冰。随着冻结封面推进以及水分进一步迁移和聚集，土体体积逐渐增大，发生冻胀现象。

2、在众多冻土力学试验来说，经常会用到圆柱体型的标准试样，无论是静态的单轴压缩试验、三轴压缩试验和巴西劈裂试验，还是动态霍普金森压杆试验。而大部分圆柱形冻土试样的制作步骤是：①将干土配置成所需的目标含水率的土样，②将土样放置在圆柱形模具中分层击实、抹平、脱模，③将圆柱形冻土试样放置在低温环境中进行冻结24h后进行试验。

3、然而在高含水率的冻土试样制备时，进行上述步骤③时，就会产生明显的冻胀现象，冻土试样端面和侧面都会凸起而变得不平整，使用这样的冻土试样进行试验，就会产生巨大的试验误差。

4、目前针对圆柱形试样的打磨装置有：

5、专利cn219212545u公布了一种岩石或混凝土长圆柱形试样双端面打磨机，包括基座，基座上设有轴向导轨，轴向导轨上安装有轴向滑块，所述轴向滑块上安装有径向导轨，径向导轨侧面上设有手轮，所述径向导轨上安装有径向滑块，所述径向滑块上安装有电机，电机的输出端上设有打磨片，可以对岩石或混凝土长圆柱形试样进行双端面同时打磨。

6、专利cn202120748289公布了一种圆柱形石材全自动打磨装置，包括底座、顶板、工作台、横向打磨装置和纵向打磨装置，所述工作台通过底部的第一电动伸缩轴与底座连接，所述横向打磨装置包括第一电机、第一转盘、打磨盘和挡板，且第一电机位于立柱上，所述第一电机通过第一电机轴与第一转盘连接，且打磨盘和挡板分别位于第一转盘的一端和中部，所述纵向打磨装置包括第二电机、第二转盘、夹板和打磨器，且第二电机位于顶板上，所述第二电机通过第二电机轴与第二转盘连接，且夹板位于第二转盘的两端，所述打磨器位于第二转盘的中部，该圆柱形石材全自动打磨装置可以对圆柱形石材的侧面和两个底面同时自动打磨。

7、专利cn112355732a公布了一种圆柱形岩石事件侧面打磨装置及其使用方法，包括底座、稳固支柱、夹持柱和打磨棒，所述底座内设置电动机和限位伸缩杆，所述稳固支柱支撑固定整个装置，所述夹持柱固定于底座之间，用于稳固夹紧岩石试样，所述打磨棒环绕夹持柱均匀安设，用于打磨岩石试样侧面，所述打磨方法包括夹持岩石试样、安装打磨棒、调整岩石试样位置、打磨岩石试样、摘取岩石试样，本发明所述圆柱形岩石试样侧面打磨装置及其使用方法不易损伤岩石试样。

8、上述专利针对圆柱形试样侧面和端面打磨方法一般是用砂纸、打磨棒等机械打磨，然而针对冻土这种低强度、温度敏感材料，在剧烈的机械打磨过程中极易损坏试样，除此之外，打磨摩擦生热这将会对冻土试样产生不可逆损伤。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置及方法，解决了现有技术中手工打磨效率低，打磨出的试样不标准的技术问题，打磨成的冻土试样满足试验要求的标准。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一方面

4、本发明提供一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，包括相邻设置的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨上依次设有顶推机构，侧面打磨模块，端面夹持模块和运送模块；

5、所述侧面打磨模块用于打磨冻土试样的侧面，端面夹持模块用于夹持冻土试样；

6、所述第二导轨上设有端面打磨机，用于打磨冻土试样的端面。

7、在一个具体实施例中，所述顶推机构包括设置在第一导轨上的第二支撑腿，所述第二支撑腿上端设有第一电机，所述第一电机的输出轴上设有伸缩杆，伸缩杆的另一端固定设置有顶推面。所述伸缩杆能延伸至卡箍内。

8、在一个具体实施例中，所述端面夹持模块包括设置在第一导轨上的第三支撑腿，所述第三支撑腿的上端设有卡箍。所述卡箍用于夹持冻土试样。

9、在一个具体实施例中，所述运送模块包括设置在第一导轨上的第四支撑腿，所述第四支撑腿的上端设有运送槽。所述运送槽将打磨完成的冻土试样运送到低温环境箱外。

10、在一个具体实施例中，所述端面打磨机为两台且结构相同，包括设置在第二导轨上的滑动底座，所述滑动底座的一侧转动连接有摇臂，摇臂上固定设置有第二电机，所述第二电机的输出轴上设有打磨盘，用于打磨冻土试样的端面。

11、在一个具体实施例中，所述侧面打磨模块包括设置在第一导轨上的第一支撑腿，所述第一支撑腿的上端设置有弧形槽，弧形槽远离顶推机构的一侧设有加热口和冷却环，所述加热口和冷却环之间设有绝热环。侧面打磨模块首先将冻土试样外表的冰毛刺等融化后再冻结，防止冻土试样变形。

12、在一个具体实施例中，所述加热口为中空的喇叭形管体，所述加热口包括喇叭形导管和设置在喇叭形导管外壁的热源，方便对喇叭形导管加热。所述热源可设置在喇叭形导管管壁内。

13、在一个具体实施例中，所述冷却环包括导管和设置在导管外壁上的缠绕的制冷管，用于对冷却环制冷。

14、在一个具体实施例中，还包括低温环境箱，所述第一导轨和第二导轨，顶推机构，侧面打磨模块，端面夹持模块和运送模块以及端面打磨机均设置在低温环境箱内。低温环境箱保证了打磨过程在一定稳定的温度环境下进行。

15、另一方面，

16、本发明提供一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨方法，利用打磨装置对冻土试样进行打磨，包括以下步骤：

17、s1、安装调试好打磨装置；

18、s2、将待打磨冻土试样放置在弧形槽上，启动顶推机构将冻土试样缓慢推入喇叭形加热口，冻土试样表面融化后进入导管冷却；

19、s3、移动第三支撑腿将卡箍和导管抵近对齐，利用顶推机构将冻土试样推送到卡箍中固定冻土试样；

20、s4、移动第三支撑腿远离导管，移动滑动底座到合适位置，转动摇臂，打开第二电机驱动打磨盘转动，对冻土试样两端面进行打磨；

21、s5、移动第四支撑腿，使运输运送槽与卡箍抵近对齐，松开卡箍，利用顶推机构将冻土试样推送到运送槽内，取出冻土试样，完成打磨。

22、与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

23、1、本发明针对圆柱形冻土试样的侧面冻胀；利用冻土温度敏感特性，设计合理的冻土融化和冻结结构，对圆柱形冻土试样侧面采取快速融化，快速冻结方式，这种方式既消除了不规则冻胀，保证了试样的标准尺寸，而且还实现了无损伤打磨。

24、2、本发明针对圆柱形冻土试样的端面冻胀；利用具有冷源的低温打磨盘，消除在打磨过程中不可控的摩擦生热的冻土损伤。

25、3、本发明针对冻土打磨效率；采用一体化低温机械化打磨结构，提升了打磨效率，大量节省了人力资源。

技术特征：

1.一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，包括相邻设置的第一导轨(4)和第二导轨(5)，所述第一导轨(4)上依次设有顶推机构，侧面打磨模块，端面夹持模块和运送模块；

2.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述顶推机构包括设置在第一导轨(4)上的第二支撑腿(14)，所述第二支撑腿(14)上端设有第一电机(14)，所述第一电机(14)的输出轴上设有伸缩杆(15)，伸缩杆(15)的另一端固定设置有顶推面(17)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述端面夹持模块包括设置在第一导轨(4)上的第三支撑腿(19)，所述第三支撑腿(19)的上端设有卡箍。

4.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述运送模块包括设置在第一导轨(4)上的第四支撑腿(28)，所述第四支撑腿(28)的上端设有运送槽(27)。

5.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述端面打磨机为两台且结构相同，包括设置在第二导轨(5)上的滑动底座(23)，所述滑动底座(23)的一侧转动连接有摇臂(24)，摇臂(24)上固定设置有第二电机(26)，所述第二电机(26)的输出轴上设有打磨盘(26)。

6.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述侧面打磨模块包括设置在第一导轨(4)上的第一支撑腿(8)，所述第一支撑腿(8)的上端设置有弧形槽(7)，弧形槽(7)远离顶推机构的一侧设有加热口(9)和冷却环，所述加热口(9)和冷却环之间设有绝热环(30)。

7.根据权利要求6所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述加热口(9)为中空的喇叭形管体，所述加热口(9)包括喇叭形导管(92)和设置在喇叭形导管(92)外壁的热源(91)。

8.根据权利要求6所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，所述冷却环包括导管(10)和设置在导管(10)外壁上的缠绕的制冷管(11)。

9.根据权利要求1所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，还包括低温环境箱(1)，所述第一导轨(4)和第二导轨(5)，顶推机构，侧面打磨模块，端面夹持模块和运送模块以及端面打磨机均设置在低温环境箱(1)内。

10.一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨方法，利用权利要求1-9任意一条所述的一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种适用于圆柱形冻土试样的温控打磨装置，包括相邻设置的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨上依次设有顶推机构，侧面打磨模块，端面夹持模块和运送模块；所述侧面打磨模块用于打磨冻土试样的侧面，端面夹持模块用于夹持冻土试样；所述第二导轨上设有端面打磨机，用于打磨冻土试样的端面。本发明针对圆柱形冻土试样的侧面冻胀；利用冻土温度敏感特性，设计合理的冻土融化和冻结结构，对圆柱形冻土试样侧面采取快速融化，快速冻结方式，这种方式既消除了不规则冻胀，保证了试样的标准尺寸，而且还实现了无损伤打磨。

技术研发人员：张利军,项华松,侯龙江,杨杰,朱志武,褚宏艳,马悦
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5