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專利名稱：壓實材料試樣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的試驗裝置及方法，更具體地說，涉及將鋪路材料壓實為分析用標(biāo)準(zhǔn)試樣的裝置和方法。
為了測量土壤或鋪路材料的物理性能，例如密度，水分含量和壓縮強(qiáng)度，采用實驗室壓實機(jī)在可再現(xiàn)的條件下將土壤或鋪路材料的松散試樣成形為壓實試樣。
采用壓實法進(jìn)行搗固的實驗室壓實機(jī)詳見馬歇爾(Marshall)的美國專利No.2980978(以下簡稱“978專利”)?！?78專利的裝置采用反復(fù)搗固來對土壤或鋪路材料的試樣進(jìn)行軸向壓縮。搗固是用一個錘頭反復(fù)沖擊試樣來提供。然而，’978專利的裝置提供的壓實僅僅限于軸向壓實。
此外，還有一些提供軸向壓縮的壓實機(jī)能同時使土壤或鋪路材料試樣回旋來有效地揉捏試樣，例如麥克瑞(McRae)的美國專利No.2972249，3478572，4942768及5036709(以下簡稱“′249，′572，′768及′709專利”)以及材料研究所Materials des Laboratoiresdes Ponts et Chaussees)標(biāo)題為“回旋剪切壓實機(jī)”的出版物(以下簡稱“MLPC出版物”)?；匦饔门c試樣的軸向壓縮相結(jié)合，可以更確切地摸擬車輛的輪胎或其它壓實裝置在路面上滾過時的真實路面條件。麥克瑞的專利及MLPC出版物公布的實驗室壓實裝置，除了沿壓縮軸壓縮試樣外，還可以使被約束試樣回旋?；匦饔檬强繅嚎s軸由壓模中心縱軸的角偏移來提供的，在試樣回旋時試樣被壓模約束。
而且，’249和’572專利及MLPC出版物公布的壓實裝置，采用了一對相反放置的液壓致動活塞來進(jìn)行試樣的軸向壓實。采用兩個液壓致動活塞要求兩套液壓系統(tǒng)，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及在液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的可能性，例如液壓管道泄漏。
此外，’249和’572專利公布的壓實裝置的回旋機(jī)構(gòu)包括兩個相反排列的滾軸，它們安裝在轉(zhuǎn)動壓模的向外延伸的凸緣上唇的鄰接相對面上?；匦龣C(jī)構(gòu)及所附驅(qū)動組件安裝在裝有試樣的壓模上方?；匦龣C(jī)構(gòu)在壓模上方的位置可能增加試樣及壓模裝卸的困難。此外，操作者必須嚴(yán)格遵守技術(shù)安全程序，以保證在開始壓實前所有人員離開壓模和回旋機(jī)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的目的是提供壓實材料的裝置和方法。
本發(fā)明的另一目的是供能在軸向壓實材料的同時回旋材料試樣的裝置和方法。
本發(fā)明的又一目的是提供能沿壓縮軸壓實材料的同時，以離開壓縮軸的預(yù)定角偏移回旋材料試樣的裝置和方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的的方法，是提供一種材料試樣的壓實裝置，它具有接收和約束被壓實材料試樣的壓模，可軸向壓實被約束材料試樣的壓縮組件，以及支承和回旋壓模及被約束材料試樣的底座組件。另外，壓模最好為圓筒形。
具體來說，壓實裝置的壓模具有中心縱軸和至少一個開口端用于接收被壓實的材料試樣。更好的方案是壓模具有兩個相對的開口端。壓實裝置還最好包括第一和第二壓盤，它們位于壓模開口端內(nèi)，用于約束它們之間被壓實的材料。壓縮工具最好與第一壓盤協(xié)同動作，在壓模內(nèi)沿軸向相對于第二壓盤移動第一壓盤，從而對約束在壓模內(nèi)兩個壓盤之間的被約束材料沿與壓盤表面實際垂直的壓縮軸施加軸向的壓縮力。壓盤的形狀最好與壓模的內(nèi)腔形狀相似，以便更完全地約束其內(nèi)的材料試樣。
材料試樣壓實裝置的壓縮組件最好具有活塞，可供進(jìn)入壓模的第一開口端，以便沿著壓縮軸對材料試樣施加壓縮力，例如與壓盤壓縮接觸。活塞最好由一臺電動機(jī)，例如分級器電動機(jī)致動，并且安裝在框架上使局限于軸向運(yùn)動。驅(qū)動裝置可由人工控制，或由反饋信號，例如材料試樣壓縮的指數(shù)的反饋信號響應(yīng)控制電路來控制?；蛘撸钊梢簤夯驒C(jī)械致動。
壓實裝置的底座組件用于對壓模內(nèi)被約束的材料試樣施加壓縮力時，支承壓模的第二端。底座組件最好具有移位裝置，可使壓模的一端，最好是第二端移位，使壓模的中心縱軸離開其中間初始位置而進(jìn)入傾斜工作位置，在中間初始位置時壓模的中心縱軸與壓縮軸重合，而在傾斜工作位置時壓模的中心縱軸角偏移出壓縮軸。
當(dāng)壓模處于傾斜操作位置時，移位裝置最好也轉(zhuǎn)動或以位于壓模第二端內(nèi)的壓盤中心繞壓縮軸轉(zhuǎn)動，而壓模第一端的中心基本保持不動。這種轉(zhuǎn)動使壓模的回旋與軸向壓縮相結(jié)合，有效地壓實了被約束的材料試樣。
壓實裝置的底座組件也最好具有轉(zhuǎn)盤和適合于支承轉(zhuǎn)盤的支板并使其能夠轉(zhuǎn)動。壓實裝置還最好具有與支板操作連接的驅(qū)動裝置，使支板與轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動。
支板最好具有安裝件，可將轉(zhuǎn)盤安裝到支板上，并使支板相對于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動有限的弧度，從而使壓模由壓模的中心縱軸與壓縮軸重合的初始位置移動至壓模的中心縱軸角偏移開壓縮軸的操作位置，這樣壓模就傾斜了。
在轉(zhuǎn)動一個有限的弧度時，轉(zhuǎn)盤是繞預(yù)定轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，該軸當(dāng)支板繞回旋轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時平行于壓縮軸和由壓縮軸偏移。底座組件也具有在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過有限的弧度后使支板和轉(zhuǎn)盤一起繞回旋轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動的裝置?；匦D(zhuǎn)動軸與壓縮軸處于同一直線以及支板及其上的轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使位于壓模第二端所附壓盤的中心繞壓縮軸回轉(zhuǎn)，因此有效地回旋傾斜的壓模。轉(zhuǎn)盤最好具有向外延伸的定位組件，以便為支板限定的弧形槽所接收，它們組合在一起確定了有限的弧度。支板也最好具有軸偏移組件，用以控制選擇壓模的中心縱軸離開壓縮軸的角偏移量。軸偏移組件最好具有至少一個位于弧形槽內(nèi)的調(diào)節(jié)止動器，用以選擇弧形槽的周邊長度。調(diào)節(jié)止動器最好具有至少一個螺桿由弧形槽的第一端擰入。
在一項代替的實施例中，調(diào)節(jié)止動器最好具有覆蓋在支板上的環(huán)板，由環(huán)板延伸出凸塊同樣用于調(diào)節(jié)弧形槽的周邊長度。與環(huán)板配合的調(diào)節(jié)止動器也最好具有與環(huán)板連接的止動器定位組件，以便相對于下置支板周邊轉(zhuǎn)動環(huán)板從而使環(huán)板的凸塊位于弧形槽內(nèi)?；⌒尾垩由焱ㄟ^的角度是可變的，以便調(diào)節(jié)傳遞給壓模的傾斜度，弧形槽最好沿支板延伸約90°。
材料試樣壓實裝置也最好具有附在壓模第二端上的向外延伸凸緣。此外，壓實裝置的底座最好具有多個附在轉(zhuǎn)盤上的沿周邊分布的滾軸，用以接收和支承向外延伸的凸緣。
材料試樣壓實裝置也最好具有控制來自活塞的軸向壓縮力的組件?？刂平M件最好具有測量施加給材料試樣軸向壓縮力的組件，并且最好具有測量軸向壓縮力的測力傳感器。軸向壓縮力的測量最好提供給控制電路，換句話說，最好提供信號給驅(qū)動電動機(jī)，以調(diào)節(jié)活塞的軸向位置和在材料試樣上保持基本恒定的壓縮力。
本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點(diǎn)已敘述過，另一些可由以后詳細(xì)的敘述和附圖中獲得清晰的了解，這些附圖中

圖1為本發(fā)明的壓實裝置的正視力，其活塞處于升起位置，為了清楚說明，裝置的部分給出了橫剖面；圖2為圖1的壓實裝置的放大剖面詳圖，其活塞處于降下位置；圖3為沿圖2中線3—3所截取壓實裝置的部分橫剖面圖，示出裝置處于初始中間位置；圖4為與圖3相似的剖面圖，相當(dāng)于圖2所示壓實裝置轉(zhuǎn)動之后進(jìn)入傾斜操作位置；圖5～10為本發(fā)明的壓實裝置的轉(zhuǎn)動壓模和底座在不同操作位置時的平面示意圖；圖5a～10a為對應(yīng)于圖5～10在不同操作位置時壓模本身的位相圖；圖11為與圖3相似的部分橫剖面圖，但說明的是壓實裝置底座的代替實施例；圖12為壓實裝置底座另一代替實施例的部分橫剖面圖；圖13為沿圖12中線13—13所截取圖12所述壓實裝置實施例的橫剖面圖。
下面結(jié)合本發(fā)明最佳實施例的附圖來更詳盡地說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以用許多不同形式來實施，絕不局限于此處的實施例，而且，提供這些實施例使公布的內(nèi)容完整，使熟悉本專業(yè)的人能充分了解本發(fā)明的范圍。
參照圖1，材料試樣，例如土壤或鋪路材料松散試樣的壓實裝置10可用于隨后實驗室的物理性能分析。壓實裝置10具有接收和約束被壓實材料試樣12的壓模11，軸向壓縮被約束材料試樣的壓縮組件，以及支承和回旋壓模11及其材料試樣的底座組件13。壓模11具有中心縱軸11a和至少一個用以接收被壓實材料試樣12的開口端14。如圖1所示，壓模11的第二相對端15也可以是開口的。壓模11最好是圓筒形的，它適合于用絕熱套16來圍繞，并裝入外套17內(nèi)來進(jìn)一步保護(hù)絕熱。絕熱套16和外套17降低了材料試樣12的熱逸失，從而有利于其壓實。
壓縮組件主要包括活塞20，用于進(jìn)入壓模11的第一開口端14沿壓縮軸20a對約束在壓模11內(nèi)的材料試樣12施加壓縮力，從而使材料壓實。活塞20安裝在框架21內(nèi)，它限制活塞20作軸向運(yùn)動。在材料試樣12的壓實過程中，活塞20由圖1所示的升起位置移動至圖2所示降下位置。
活塞沿框架的軸向運(yùn)動最好用驅(qū)動電動機(jī)25進(jìn)行電控制，例如用分級器電動機(jī)。驅(qū)動電動機(jī)25可以人工控制或用反饋信號響應(yīng)控制電路59控制，例如用材料試樣12壓縮的指數(shù)。換一種方式，活塞的軸向運(yùn)動也可以用液壓或機(jī)械控制。
如圖1所示，驅(qū)動電動機(jī)25與球螺紋起重器22電機(jī)械連接，球螺紋起重器22控制活塞20的軸向位置。球螺紋起重器22包括殼體24，起重螺紋24a在其中滑動。
框架21最好具有第一和第二平行導(dǎo)軸26，27。活塞20最好同時與第一和第二導(dǎo)軸26，27滑動連接，使在材料試樣12的壓實時活塞20能軸向進(jìn)入壓模11內(nèi)。最好活塞20是通過至少一個上滑板30與第一和第導(dǎo)軸26，27滑動連接，上滑板30延伸于兩導(dǎo)軸26，27之間并與活塞20連接。在上滑板30上開有第一和第二穿孔31用以穿過導(dǎo)軸26，27。如圖1所示，上、下滑動套環(huán)32可以固定在上滑板30的兩面鄰近穿孔31處，以便于活塞的軸向運(yùn)動。
最好，還安裝有離開一定距離的第二下滑板33，沿第一和第二導(dǎo)軸26，27運(yùn)動。第二下滑板33上也開有第一和第二穿孔34，用以穿過第一和第二導(dǎo)軸26，27?；瑒犹篆h(huán)35可以固定在下滑板33上鄰近穿孔34處，如圖2所示滑動套環(huán)35固定在第二滑板33的下面33a的情況相同。
上滑板30連接在起重器螺紋24a上。如圖1所示，軸套環(huán)36可借助例如螺紋緊固件37固定到上滑板30的上面30a上。軸套環(huán)36借助于軸套環(huán)36的穿孔與起重器螺紋24a之間的螺紋接合連接到上滑板30上。
此外，活塞20連接到上滑板30的下面30b上。活塞20最好具有固定到活塞軸20第一端的環(huán)板38。這樣活塞20就可以借助圓支承環(huán)40滑動連接在上滑板30上，圓支承環(huán)40的第一端連接在上滑板30的下面30b，而第二端延伸至環(huán)板38的下面來固定環(huán)板38，這樣就把活塞20固定到上滑板30上。圓支承環(huán)40之間的橫向距離最好是這樣的，當(dāng)用調(diào)節(jié)活塞軸20的橫向運(yùn)動來調(diào)節(jié)定位的輕微變化和壓模11的傾斜變換時，環(huán)板38保持在附近。在上滑板30的下面30b與環(huán)板38之間最好安置面軸承41，以便于它們之間的相對轉(zhuǎn)動運(yùn)動。
下滑板33和上滑板30被至少一個，或多個，最好兩個彈簧42偏置分離開。因此，在圖1所示壓實裝置10的升起位置時，上滑板30與下滑板33被間隔分離。反之，在圖2所示壓實裝置10的降下壓實位置時，上滑板30與下滑板33處于間隔較小狀態(tài)。
下滑板33具有中心穿孔33b用于活塞軸20穿過。第二下滑板33的中心穿孔33b的直徑比活塞軸20的直徑大，因而允許活塞軸20有限度的橫向移動來調(diào)節(jié)操作時壓模11初始位置的變化和橫向運(yùn)動。
另外，最好用圓環(huán)42這樣的壓模定位組件借助例如螺紋緊固件43固定到下滑板33的下面33a上。如圖2所示，圓形壓模定位環(huán)42的外形最好與壓模11的內(nèi)形相似，使壓模定位環(huán)42緊密配入壓模11內(nèi)，從而使壓模11的第一開口端14保持在活塞軸20的中心線20a附近。壓模定位環(huán)42也開有中心穿孔42a，它與下滑板33的中心穿孔33b重合，以便活塞軸20穿過。壓模定位環(huán)42的中心穿孔42a最好具有與下滑板33的中心穿孔33b至少相同大的直徑。
最好用銷釘44作為定位器，它裝在下滑板33上并由其向外伸出。此外，壓模第一開口端14的側(cè)壁具有凹入的縱槽45用以接收定位器。定位器和縱槽45的組合便于下滑板33的對準(zhǔn)，因此也便于活塞20與壓模11的對準(zhǔn)，這種組合也防止了壓模11在回旋時的轉(zhuǎn)動。
活塞軸20的第二端最好用例如調(diào)節(jié)螺釘47連接到壓盤46上，如圖1所示。壓盤46的橫邊最好有錐度，以便在材料試樣12回旋時可以調(diào)節(jié)相對于活塞20壓模11微量的傾斜。壓盤46的下面46a最好帶有固定在其上的陶瓷盤48。陶瓷盤48與材料試樣12接觸，防止壓盤46由于重復(fù)接觸材料而過度磨損。此外，陶瓷盤48提供了補(bǔ)充絕熱，從而降低了壓實時材料試樣12的熱逸散。
活塞軸套環(huán)50也最好安裝在活塞軸20的周圍鄰近壓盤46的上表面46b處?；钊S套環(huán)50用圖1和2所示調(diào)節(jié)螺釘51固定到活塞軸20的第二端，而且它具有階梯外徑。因此，活塞軸套環(huán)50的第一部分50a具有較小的直徑以便配入壓模定位環(huán)42的中心穿孔42a，而活塞軸套環(huán)50的第二部分50b具有大于壓模定位環(huán)42的中心穿孔42a的直徑，因而與壓模定位環(huán)42接觸。所以，當(dāng)活塞20處于圖1所示的升起位置時，活塞軸套環(huán)50支承壓模定位環(huán)42和下滑板33。
壓實裝置10還最好具有控制活塞20施加軸向壓縮力的組件?？刂平M件最好具有測量施加在材料試樣12上軸向壓縮力的組件，例如圖1所示的測力傳感器49。測力傳感器49最好在軸套環(huán)36內(nèi)與起重器螺紋24a和活塞軸20呈一直線。因此，測力傳感器49可以測量由活塞20施加給材料試樣12的軸向壓縮力并且可以提供信號至控制電路59，進(jìn)而控制驅(qū)動電動機(jī)25，這樣隨后就可將恒定量的軸向壓縮力優(yōu)先施加給材料試樣12。
壓模11的第二端15被底座組件13支承。在本發(fā)明的一項實施例中，壓模11的第二端安裝了壓模底盤58，如圖1和2所示。底座組件13最好具有移動壓模11第二端的組件，使壓模11的中心縱軸11a偏離開初始中間位置轉(zhuǎn)到傾斜操作位置。圖1，2和5示出初始中間位置，這時壓模11的中心縱軸11a與活塞軸20的軸20a呈一直線，后者確定了壓縮軸，相反，圖6示出了傾斜操作位置，這時壓模11的中心軸11a由壓縮軸20a偏移一個角度。當(dāng)處于傾斜操作位置時，底座組件13可以如圖7～10所示相對于壓模11移動，即壓模底盤58a的中心繞壓縮軸20a在第二端15回轉(zhuǎn)，而第一端14的中心保持與壓縮軸20a基本重合。
再者，底座組件13具有轉(zhuǎn)盤53和支承壓模11第二端15的組件，能使其下方的轉(zhuǎn)盤53作相對運(yùn)動。支承組件最好包括一組圍繞壓模11第二端15周邊間隔設(shè)置在轉(zhuǎn)盤53上的滾軸54。此外，壓模11的第二端15最好具有向外延伸的凸緣55。周邊間隔設(shè)置的滾軸54最好能接收和支承向外延伸的凸緣55。
如圖1和2所示，在轉(zhuǎn)盤53與壓模底盤58之間最好安裝第二陶瓷盤56，以便于轉(zhuǎn)盤53與壓模11的第二端15之間的相對移動和減少壓實材料試樣12的熱逸散。最好插入一個固定環(huán)57并保持在壓模11第二端15的內(nèi)表面上。固定環(huán)57支承和保持有錐度的壓模底盤58作有限度的軸向運(yùn)動。
底座組件13還最好具有安裝轉(zhuǎn)盤53的支板60。此外，底座組件13最好具有將轉(zhuǎn)盤53安裝到支板60上的組件。安裝組件允許轉(zhuǎn)盤53轉(zhuǎn)動一個有限的弧度，使壓模11的第二端15由初始中間位置改變到傾斜操作位置。安裝組件最好包括由支板60的穿孔插入轉(zhuǎn)盤53的螺栓61，以便允許繞其轉(zhuǎn)動。螺栓61和一組軸承64確定了轉(zhuǎn)動通過有限的弧度時平行于和由壓縮軸20a偏移的轉(zhuǎn)盤53的預(yù)定轉(zhuǎn)動軸53a。此外，在螺栓61與支板60之間可以置入磨損環(huán)62和止推軸承63，以便于繞其轉(zhuǎn)動和減少損壞。
如圖2所示，轉(zhuǎn)盤53最好借助由其本身向下延伸的中心轂53b安裝到支板60上，以便被支板60的中心凹部接收。沿轉(zhuǎn)盤53的中心轂53b的周邊安裝一組軸承64，最好是錐形軸承。軸承64安裝在轉(zhuǎn)盤53的中心轂53b和支板60的中心凹部的相對側(cè)壁限定的滾道內(nèi)。
驅(qū)動組件與底座組件13連接，最好與支板60連接來使其轉(zhuǎn)動。最好驅(qū)動組件具有軸向排列的鏈輪66，并使其第一面固定到支板60的下表面53a上。如圖3所示，鏈輪66具有若干沿周邊間隔排列的齒，用于接收和與驅(qū)動鏈條67嚙合。而驅(qū)動鏈條67又與適當(dāng)?shù)尿?qū)動器68連接來帶動驅(qū)動鏈條67，促使鏈輪66轉(zhuǎn)動。
鏈輪66的第二面用回旋支承軸70固定和支承，以便進(jìn)一步支承壓模?；匦С休S70安裝在支承軸套71內(nèi)繞與壓縮軸20a同直線的回旋轉(zhuǎn)動軸70a轉(zhuǎn)動?；匦С休S70最好具有固定在其第一端上的安裝板72，如圖1所示，用于與驅(qū)動鏈輪66和支板60固定?；匦С休S70的轉(zhuǎn)動運(yùn)動由一組軸承73，最好是錐形軸承來實現(xiàn)，這組軸承安裝在回旋支承軸70周邊的周圍，由回旋支承軸70與軸套71之間限定的滾道內(nèi)?；匦С休S70的軸套71可與框架21的下部連接，使活塞20和壓模11的相對位置及它們之間的移動得到控制。
如圖1所示，在操作時壓模11裝載有材料試樣12處于初始中間位置，而壓模11的中心縱軸11a與壓縮軸20a呈一直線。此外，第一端14和壓模底盤58的中心均與壓模11的中心縱軸11a和壓縮軸20a重合。隨后，活塞20下降進(jìn)入壓模11的第一端14，，如圖2所示進(jìn)行被約束材料試樣12的軸向壓縮。為了更確切地摸擬車輛輪胎或其它壓實裝置在瀝青或其它鋪路材料上滾過造成的揉捏效應(yīng)，壓模11在材料試樣12繼續(xù)壓縮時隨后傾斜和回轉(zhuǎn)。
壓模11的傾斜是借助安裝到支板60上的轉(zhuǎn)盤53提供的，支板60在與轉(zhuǎn)盤53嚙合轉(zhuǎn)動前繞回旋轉(zhuǎn)動軸70a轉(zhuǎn)動時，支板60允許轉(zhuǎn)盤53繞預(yù)定的轉(zhuǎn)動軸53a轉(zhuǎn)過一個有限的弧度。轉(zhuǎn)盤53的有限的開始轉(zhuǎn)動最好由榫桿之類凸塊74的組合來提供，凸塊74由轉(zhuǎn)盤53向外伸出到支板60開出的弧形槽75內(nèi)，該槽用于接收轉(zhuǎn)盤53的向外延伸凸塊74，最好，弧形槽75沿預(yù)定的轉(zhuǎn)動軸53a定中心，在初始中間位置凸塊74處于弧形槽75的第一端75a。
為了使壓模傾斜，由驅(qū)動器68轉(zhuǎn)動支板60。在支板60繞回旋轉(zhuǎn)動軸70a開始轉(zhuǎn)動階段，轉(zhuǎn)盤53相對于回旋轉(zhuǎn)動軸70a靜止不動，而弧形槽75相對于凸塊74移動?；⌒尾塾蓤D3所示凸塊處于弧形槽75第一端75a的初始位置，移動到圖4所示凸塊74與弧形槽75第二端75b相嚙合的最終位置。轉(zhuǎn)盤53繞預(yù)定轉(zhuǎn)動軸53a相對于支板60的運(yùn)動，以及弧形槽75相對于凸塊74的運(yùn)動逐漸使壓模底盤58a的中心橫向偏移，從而使壓模11的第二端15相對于壓縮軸20a偏移。壓模11第二端15的橫向偏移使壓模11的效地傾斜，因為壓模11的第一端14的中心由于模內(nèi)的圓環(huán)42的定位而保持與壓縮軸20a基本重合。
壓模11的傾斜度以及壓模11中心縱軸11a與壓縮軸20a之間的角偏移，取決于支板60上弧形槽75的長度以及壓縮軸20a與預(yù)定轉(zhuǎn)運(yùn)軸53a之間的橫向位移量。
雖然弧形槽75可延伸至任何希望的角度，但弧形槽75沿支板60最好延伸至少90°。如圖3和4所示，支板60上弧形槽75的長度可用位于槽內(nèi)一端的調(diào)節(jié)止動器76來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)止動器76可用螺紋擰入支板60內(nèi)，伸到弧形槽75內(nèi)來定位，以限制弧形槽75的周邊長度。如圖3和4所示，弧形槽75的兩端均可安裝調(diào)節(jié)止動器75，以補(bǔ)充控制壓模11的傾斜度。位于弧形槽75第一端75a的調(diào)節(jié)止動器76，在初始中間位置保證了壓模11的中心縱軸11a與壓縮軸20a對準(zhǔn)的精確控制。
利用螺桿一類調(diào)節(jié)止動器進(jìn)入弧形槽75來限定它的周邊長度的作用是有限的，因為是直桿與弧形槽75彎壁的最終接觸所致。
在圖11所示的代替實施例中，可沿弧形槽75安裝一組最好為螺桿的調(diào)節(jié)止動器76’和76″，并使其處于不同的位置。用選擇插入一組特殊螺桿到弧形槽75內(nèi)的方法，達(dá)到補(bǔ)充控制弧形槽75的周邊長度。所以，如圖11所示，插入止動器76″可使獲得較插入止動器76’更短的弧形槽。
在另一代替實施例中，如圖12和13所示調(diào)節(jié)止動器包括重疊在支板60上的環(huán)板80。調(diào)節(jié)本實施例中調(diào)節(jié)止動器的位置，壓模11的中心縱軸11a與壓縮軸20a之間的角偏移相應(yīng)改變。環(huán)板80具有延伸到弧形槽75內(nèi)的凸塊81，與轉(zhuǎn)盤53的向外延伸的凸塊74嚙合并且形成延長弧形槽75的第二端75b。環(huán)板80也最好具有定位組件以便使凸塊81相對于支板60的弧形槽75選擇性地定位。最好使環(huán)板80的周邊形成帶有若干間隔排列齒82的蝸輪，以及定位組件具有螺桿83，其凸起的螺紋84與環(huán)板80的多個齒82相交并嚙合。這樣，轉(zhuǎn)動定位組件的螺桿83，環(huán)板80就可相對于支板60轉(zhuǎn)動，從而選擇性地調(diào)節(jié)其弧形槽76的周邊長度。
因此，為了傾斜壓模11使其轉(zhuǎn)入操作位置，可用轉(zhuǎn)盤53繞預(yù)定的轉(zhuǎn)動軸53a相對于支板60轉(zhuǎn)動。由于轉(zhuǎn)盤53轉(zhuǎn)動，支板60上的弧形槽75相對于由轉(zhuǎn)盤53向外延伸凸塊74移動，由圖3和5所示初始位置移動到圖4和6所示最終位置。
驅(qū)動器68使支板60繼續(xù)轉(zhuǎn)動也帶動轉(zhuǎn)盤53轉(zhuǎn)動，因為轉(zhuǎn)盤53的向外延伸凸塊74與弧形槽75的第二端75b嚙合在一起。支板60和轉(zhuǎn)盤53兩者的繼續(xù)轉(zhuǎn)動是繞與壓縮軸20a同一直線的回旋轉(zhuǎn)動軸70a進(jìn)行的。
如圖7～10和對應(yīng)圖7a～10a所示，支板60和轉(zhuǎn)盤53繞回旋轉(zhuǎn)動軸70a的共同轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)盤53及其所裝周邊間隔安裝滾軸54一起相對于壓模11的第二端15移動。因此，壓模底盤58a的中心以壓縮軸20a與壓模11的中心縱軸11a之間限定的角偏移繞壓縮軸20a回轉(zhuǎn)。在回轉(zhuǎn)時，壓模11第一端14的中心保持與壓縮軸20a基本重合。
壓模底盤58a的中心繞壓縮軸20a回轉(zhuǎn)使壓模11有效地回旋。此外，同時施加軸向壓縮力。回旋與軸向壓縮相結(jié)合有效地揉捏材料試樣12，從而模擬了施重裝置或車輛滾過的效應(yīng)。
當(dāng)材料試樣12經(jīng)過充分回旋后，可用逆轉(zhuǎn)支板60轉(zhuǎn)動方向的方法使壓模11恢復(fù)至初始中間位置。逆轉(zhuǎn)使弧形槽75相對于轉(zhuǎn)盤53的向外延伸凸塊74移動，由圖4所示的最終位置恢復(fù)到圖3所示的初始位置。圖5～10和對應(yīng)圖5a～10a描述了回轉(zhuǎn)時壓模11的反時針轉(zhuǎn)動，其順時針轉(zhuǎn)動也是可行的。
在附圖和說明書中公布了本發(fā)明的典型的最佳實施例，雖然使用一些專門術(shù)語，這些最佳實施例僅用于通用和說明的概念，并不用來限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍列在下列權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種壓實材料的裝置，它具有帶中心軸和用于接收被壓實材料的第一開口端的圓筒形壓模；移動進(jìn)入上述壓模的第一開口端沿壓縮軸對壓模內(nèi)的材料施加壓縮力以壓實材料的活塞；以及當(dāng)對壓模施加軸向壓縮力時用以支承上述壓模第二端的底座；上述底座包括移動壓模上述第二端的組件，使壓模的中心縱軸由壓模的中心縱軸與壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸由壓縮軸角偏移的傾斜操作位置，并且繞上述壓模的上述第二端回旋。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓實裝置，其特征在于上述底座還具有支板和上述支板附帶的轉(zhuǎn)盤，上述壓實裝置還具有將上述轉(zhuǎn)盤安裝到上述支板上用的組件，使其繞平行于壓縮軸并由壓縮軸偏移的轉(zhuǎn)動軸相對于支板轉(zhuǎn)動通過有限的孤度，從而使上述壓模由壓模的中心縱軸與上述壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸由上述壓縮軸角偏移的傾斜操作位置。
3.按照權(quán)利要求2所述的壓實裝置，其特征在于上述底座還具有使上述支板和上述轉(zhuǎn)盤在上述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動通過上述有限的孤度后繞上述回旋轉(zhuǎn)動軸共同轉(zhuǎn)動的組件，上述回旋轉(zhuǎn)動軸與上述壓縮軸處于同一直線，這種轉(zhuǎn)動使上述壓模的上述第二端繞上述壓縮軸回旋。
4.按照權(quán)利要求2所述的壓實裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)盤具有由其向外延伸的定位組件，而上述支板開出的孤形槽可用于接收上述定位組件。
5.按照權(quán)利要求4所述的壓實裝置，其特征在于上述支板另外具有軸偏移組件用于選擇壓模的上述中心縱軸對于壓縮軸的偏移量。
6.按照權(quán)利要求5所述的壓實裝置，其特征在于上述軸偏移組件具有至少一個位于孤形槽內(nèi)的調(diào)節(jié)止動器，從而可以選擇上述孤形槽的周邊長度。
7.按照權(quán)利要求6所述的壓實裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器具有至少一根可由上述孤形槽的第一端插入的螺桿。
8.按照權(quán)利要求6所述的壓實裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器還具有一塊重疊在支板上的環(huán)板以及由支板延伸的凸塊，用以調(diào)節(jié)孤形槽的周邊長度。
9.按照權(quán)利要求8所述的壓實裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器還具有與上述環(huán)板操作連接的止動器定位組件，用于使上述環(huán)板相對于上述下置的支板周邊轉(zhuǎn)動，從而使上述凸塊在上述孤形槽內(nèi)定位。
10.按照權(quán)利要求6所述的壓實裝置，其特征在于上述孤形槽沿上述支板延伸至少90°。
11.按照權(quán)利要求2所述的壓實裝置，其特征在于它還具有在上述壓模的上述第二端上外翻的凸緣，而支承上述壓模的第二端用的上述組件具有多個附在轉(zhuǎn)盤上的沿周邊分布的滾軸，用以接收和支承上述外翻的凸緣。
12.按照權(quán)利要求2所述的壓實裝置，其特征在于它還具有與上述支板操作連接的驅(qū)動組件，用以轉(zhuǎn)動上述支板。
13.按照權(quán)利要求1所述的壓實裝置，其特征在于它還具有控制上述活塞施加的軸向壓縮力的組件。
14.按照權(quán)利要求13所述的壓實裝置，其特征在于上述控制軸向壓縮力的組件具有測量施加于材料的軸向壓縮力的組件。
15.按照權(quán)利要求14所述的壓實裝置，其特征在于它還具有在上述壓模內(nèi)軸向傳送上述活塞的組件。
16.按照權(quán)利要求15所述的壓實裝置，其特征在于上述軸向傳送組件為一臺電動機(jī)，上述壓實裝置還具有響應(yīng)上述測量組件的控制電路，用以控制上述電動機(jī)提供給上述活塞的軸向傳動。
17.按照權(quán)利要求1所述的壓實裝置，其特征在于上述活塞具有固定在其第一端上的圓盤用以與上述材料接觸，上述圓盤的直徑約等于上述圓筒形壓模的內(nèi)徑。
18.一種壓實材料的裝置，它具有帶中心縱軸和用于接收被壓實材料的相對開口端的壓模；第一和第二圓盤，被接收入上述壓模內(nèi)以約束它們之間被壓實的材料；壓縮組件，安裝來移動進(jìn)入上述壓模的第一開口端并與上述第一圓盤配合來在上述壓模內(nèi)使上述第一圓盤相對于上述第二圓盤軸向移動，從而對壓模內(nèi)約束在圓盤之間的材料沿著垂直于圓盤表面的壓縮軸施加軸向壓縮力，以及用于支承上述壓模的第二端的底座，上述底座具有移動上述壓模的上述第二端的組件，使壓模的中心縱軸由壓模的中心縱軸與壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸角偏移開壓縮軸的傾斜操作位置，并沿上述壓模的上述第二端回旋。
19.按照權(quán)利要求18所述的壓實裝置，其特征在于上述底座還具有支板和上述支板附帶的轉(zhuǎn)盤，上述壓實材料的裝置還具有將上述轉(zhuǎn)盤安裝到上述支板上用的組件，使其繞平行于壓縮軸并由壓縮軸偏移的轉(zhuǎn)動軸相對于支板轉(zhuǎn)動通過有限的孤度，從而使上述壓模由壓模的中心縱軸與上述壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸由上述壓縮軸角偏移的傾斜操作位置。
20.按照權(quán)利要求19所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述底座還具有使上述支板和上述轉(zhuǎn)盤在上述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)通通過上述有限的孤度后繞上述回旋轉(zhuǎn)動軸共同轉(zhuǎn)動的組件，上述回旋轉(zhuǎn)動軸與上述壓縮軸處于同一直線，這種轉(zhuǎn)動使上述壓模的上述第二端繞上述壓縮軸回轉(zhuǎn)。
21.按照權(quán)利要求19所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)盤還具有由其向外延伸的定位組件，而上述支板開出的孤形槽可用于接收上述定位組件。
22.按照權(quán)利要求21所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述支板還具有軸偏移組件用于選擇壓模的上述中心縱軸對于壓縮軸的偏移量。
23.按照權(quán)利要求22所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述軸偏移組件具有至少一個位于上述孤形槽內(nèi)的調(diào)節(jié)止動器，從而可選擇上述孤形槽的周邊長度。
24.按照權(quán)利要求23所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器具有至少一根可由上述孤形槽的第一端插入的螺桿。
25.按照權(quán)利要求23所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器具有一塊重疊在上述支板上的環(huán)板，以及由支板延伸的凸塊用于調(diào)節(jié)孤形槽的周邊長度。
26.按照權(quán)利要求25所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)止動器還具有與上述環(huán)板操作連接的止動器定位組件，用于使上述環(huán)板相對于上述下置的支板周邊轉(zhuǎn)動，從而使上述凸塊在上述孤形槽內(nèi)定位。
27.按照權(quán)利要求19所述的壓實材料的裝置，其特征在于它還具有與上述支板操作連接的驅(qū)動組件，從而使上述支板和上述轉(zhuǎn)盤繞上述轉(zhuǎn)動軸共同轉(zhuǎn)動。
28.按照權(quán)利要求19所述的壓實材料的裝置，其特征在于它具有附帶在上述壓模的上述第二端上的向外延伸凸緣，而支承上述壓模的上述第二端的上述組件具有一組附帶在上述轉(zhuǎn)盤上的周邊間隔放置的滾軸，用于接收和支承上述向外延伸凸緣。
29.按照權(quán)利要求18所述的壓實材料的裝置，其特征在于還具有控制上述活塞施加的軸向壓縮力的組件。
30.按照權(quán)利要求29所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述控制軸向壓縮力的組件還具有測量施加給材料的軸向壓縮力的組件。
31.按照權(quán)利要求30所述的壓實裝置，其特征在于它還具有在上述壓模內(nèi)軸向傳送上述活塞的組件。
32.按照權(quán)利要求31所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述軸向傳送組件為一臺電動機(jī)，上述壓實裝置還具有響應(yīng)上述測量組件的控制電路，用以控制上述電動機(jī)提供給上述活塞的軸向傳動。
33.按照權(quán)利要求32所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述軸向傳動組件為一臺電動機(jī)，上述壓實裝置還具有響應(yīng)上述測量組件的控制電路，用以控制上述電動機(jī)提供給上述活塞的軸向傳動。
34.一種壓實材料的裝置，它具有帶中心軸和用于接收被壓實材料的第一開口端的壓模；移動進(jìn)入上述壓模的上述第一開口端沿壓縮軸對壓模內(nèi)的材料施加壓縮力以壓實材料的壓縮組件；帶著上述壓模的第二端的轉(zhuǎn)盤；以及帶著上述轉(zhuǎn)盤的支板，它安裝用于使轉(zhuǎn)盤繞平行于壓縮軸并由壓縮軸偏移的轉(zhuǎn)動軸相對于支板轉(zhuǎn)動通過有限的孤度，從而使上述壓模由壓模的中心縱軸與上述壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸由上述壓縮軸角偏移的傾斜操作位置。
35.按照權(quán)利要求34所述的壓實材料的裝置，其特征在于它還具有使上述支板和上述轉(zhuǎn)盤在上述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動通過上述有限的孤度后繞回旋轉(zhuǎn)動軸共同轉(zhuǎn)動的組件，這種轉(zhuǎn)動使上述壓模的上述第二端繞上述壓縮軸回轉(zhuǎn)。
36.按照權(quán)利要求34所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)盤具有由其向外延伸的定位組件，而上述支板開出的孤形槽可用于接收上述定位組件。
37.按照權(quán)利要求36所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述支板還具有軸偏移組件，用于控制選擇上述預(yù)定軸相對于壓模軸的偏移量。
38.按照權(quán)利要求37所述的壓實材料的裝置，其特征在于上述軸偏移組件具有至少一個位于上述孤形槽內(nèi)的調(diào)節(jié)止動器，從而可選擇上述孤形槽的周邊長度。
39.按照權(quán)利要求34所述的壓實材料的裝置，其特征在于它還具有與上述支板操作連接的驅(qū)動組件，從而使上述支板和上述轉(zhuǎn)盤繞上述轉(zhuǎn)動軸共同轉(zhuǎn)動。
40.按照權(quán)利要求34所述的壓實材料的裝置，其特征在于它具有附帶在上述壓模的上述第二端上的向外延伸凸緣和支承附帶在上述轉(zhuǎn)盤上的上述壓模的上述第二端的組件，上述支承組件具有一組周邊間隔放置的滾軸，用于接收和支承向外延伸凸緣。
41.一種壓實材料的方法，它具有以下步驟將材料放入壓模的第一開口端，上述壓模具有貫通的中心縱軸；由上述壓模的第一端沿壓縮軸壓縮上述材料；在上述軸向壓縮時支承上述壓模的第二端；偏移上述壓模的上述第二端，使壓模的中心縱軸由壓模的中心縱軸與壓縮軸處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸由壓縮軸角偏移的傾斜操作位置；以及移動上述壓模的上述第二端，使壓模的上述中心縱軸繞上述壓縮軸在上述壓模的上述第二端處回旋，而同時保持偏移工序在它們之間建立的角偏移。
42.按照權(quán)利要求41所述的壓實方法，其特征在于上述支承步驟包括上述壓模的第二端用一組沿上述壓模第二端周邊間隔放置的滾軸支承步驟，以及上述移動步驟包括全部上述周邊間隔放置的滾軸繞回旋轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動步驟，上述回旋轉(zhuǎn)動軸與壓縮軸處于同一直線。
43.按照權(quán)利要求41所述的壓實方法，其特征在于還包括對偏移步驟建立在壓模的中心縱軸與壓縮軸之間的角偏移選擇調(diào)節(jié)步驟。
44.按照權(quán)利要求41所述的壓實方法，其特征在于還包括在上述壓縮步驟中控制上述材料壓縮量的步驟。
45.按照權(quán)利要求44所述的壓實方法，其特征在于上述控制步驟包括測量上述材料壓縮量的步驟。
46.按照權(quán)利要求41所述的壓實方法，其特征在于還包括保持對上述材料壓縮量基本恒定的步驟。
全文摘要
壓實材料試樣(12)例如土壤或鋪路材料的一種裝置和方法，它具有接收材料試樣(12)用的壓模(11)和安裝用于移入壓模(11)的第一開口端的活塞(20)，以保證軸向壓縮力。壓實裝置還具有支承壓模第二端(15)的底座(13)。操作時，壓模在回旋的同時由活塞施加軸向壓縮力。提供回旋時壓模(11)由壓模(11)的中心縱軸(11a)與壓縮軸(20a)處于同一直線的初始中間位置轉(zhuǎn)變到壓模的中心縱軸(11a)由壓縮軸(20a)角偏移的傾斜操作位置。隨后底座相對于壓模轉(zhuǎn)動，從而使壓模的第二端的中心繞壓縮軸(20a)回轉(zhuǎn)，這樣，使軸向壓縮的材料試樣(12)回旋。這種同時的回旋與軸向壓縮模擬了車輛的輪胎或其它壓實裝置在材料表面的滾動。
文檔編號G01N1/28GK1121744SQ94191885
公開日1996年5月1日 申請日期1995年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月5日
發(fā)明者約翰·T·伊蓋, 唐納德·K·梅里斯特, 大衛(wèi)·H·米歇爾 申請人:特羅克斯勒電子實驗有限公司