技术领域
[0001] 本
发明属于土工试验设备技术领域，特别涉及一种适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪。
背景技术
[0002] 击实仪是土工试验，特别是击实试验中常用的测量设备之一。击实试验通过模拟工程现场的
压实条件，利用锤击方法确定
土壤的最优
含水量和最大干
密度，为土体压实程度的评价提供依据。击实试验通常可分为轻型击实试验和重型击实试验，重型击实试验的单位体积击实功约为轻型击实试验的4.53倍。
[0003] 然而，传统的击实仪均使用
气缸驱动，设备结构复杂、体积较大、造价较高，不适合在工程现场实地进行击实试验。此外，在试验室内开展击实试验需要进行土样的现场采集和运输，这些过程不可避免的对对土样产生较为明显的人为扰动；同时，室内击实试验程序复杂，往往需要耗时数天时间，不能满足工程实际要求。
[0004] 依据中国水利
水电研究院提出的《碾压式土石坝施工技术规范》，利用“三点击实”试验法可以实现对土体最大干密度及最优含水量的快速测定，但击实试验过程仍需要在室内试验室中进行，亟需能够适应工程现场复杂地形的击实仪，将击实试验搬到工程场地中，进一步缩短土体物理特性测定的耗时。
发明内容
[0005] 发明目的：为了进一步简化土体物理特性测定的过程，实现在工程现场对土体物理特性的快速测定，满足轻型击实试验和重型击实试验的不同要求，本发明提供了一种适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪。
[0006] 技术方案：本发明解决其技术问题所采用的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪，包括
支撑和移动单元、驱动单元、击实单元。
[0007] 所述的支撑和移动单元包括四个轮架、支撑
块、横轴、行动轮、圆盘、销钉以及一个架板和加强板，每个轮架的首尾两端均设有轴孔，每个轮架的首端设有限位孔A和限位孔B，支撑块连接在轮架的下方，四个轮架排列成两排两列的方阵，位于同一列的两个轮架的首端相对排布，四个轮架上的轴孔排列成四排两列的方阵，第二排和第三排轴孔的高度高于第一排和第四排轴孔的高度，四个横轴分别穿过位于同一排的两个轴孔，穿过第一排和第四排轴孔的两个横轴的左右两端均安装有行动轮，穿过第二排和第三排轴孔的两个横轴的左右两端均安装有圆盘，圆盘侧面的一半为内凹式
轮齿，另一半为平滑的曲面，位于同一列的两个圆盘上的轮齿相对安装并相互
啮合，每个圆盘上均设置有限位孔C,销钉能够插入限位孔A、限位孔B和限位孔C中，架板呈“冂”字形，架板底部固定在穿过第二排和第三排轴孔的两个横轴上，架板的顶部为水平面，架板的左侧连接加强板。
[0008] 所述的驱动单元安装在架板顶部的水平面上，包括
基座、
电动机、
背板、换挡杆、动
力输入轴、直
齿轮A、
直齿轮B、直齿轮C、
传动轴A、传动轴B、直齿轮D、直齿轮E，基座的上部设有圆孔A，电动机安装在圆孔A内，背板包含短支和长支两个分支，短支位于长支的上方，背板侧面的中部连接换挡杆，背板的中部设有圆孔B，动力输入轴穿过圆孔B，直齿轮A和电动机分别固定在动力输入轴的左右两侧，直齿轮B安装在背板短支的端部、直齿轮C安装在背板长支的端部，直齿轮B和直齿轮C分别与直齿轮A相互啮合，直齿轮D通过传动轴A连接在直齿轮B的左侧，直齿轮D能够与直齿轮B同步转动，直齿轮E通过传动轴B连接在直齿轮C的左侧，直齿轮E能够与直齿轮C同步转动，直齿轮D和直齿轮E的轮齿是间断设置的，直齿轮D的直径小于直齿轮E的直径。
[0009] 所述的击实单元包括支撑架、连接件、滑块、
连杆、击实锤、试样筒、
定心夹紧机构和限位杆，支撑架是由顶板、
底板和左右两侧的滑槽所围成的矩形，顶板的中央设有圆孔C，滑槽通过连接件固定在加强板的左侧表面，若干个滑块安装在滑槽内，滑块能够在滑槽内自由上下滑动，两侧滑槽的中下部均设置有高度相同、尺寸相等的圆孔D，击实锤位于支撑架所在竖直平面内，并通过连杆与每个滑块连接，击实锤的直径小于圆孔C的内径，击实锤靠近加强板一侧的高度方向上设有轮齿，击实锤上的轮齿能够与直齿轮D和直齿轮E相互啮合，定心夹紧机构安装在底板的中央，试样筒放置在定心夹紧机构内并位于击实锤的正下方，试样筒的外径与圆孔C的内径相等，限位杆的左右两端能够分别插入到设置在两侧滑槽上的圆孔D中。
[0010] 所述的定心夹紧机构包括底盘、转盘、曲线槽、支撑杆、固定柱、限位连杆、圆环和拨杆，底盘固定在支撑架的底板中央，转盘位于底盘的中央，转盘上表面设有三个曲线槽，三根支撑杆放置在转盘上表面，三根支撑杆两两之间的距离相等，三根固定柱的底部连接在底盘上表面，三根固定柱两两之间的距离相等，限位连杆包括细端部和粗端部，固定柱的顶端连接限位连杆的细端部，限位连杆粗端部的底部插入曲线槽并能够在曲线槽内移动，支撑杆的顶部和限位连杆的粗端部均固定在圆环的顶部，拨杆连接在支撑杆的中部。
[0011] 所述的支撑和移动单元能够根据移动转场模式和击实作业模式的不同需要进行形态切换，移动转场模式下，位于同一列的两个圆盘上轮齿的中下部相互啮合，销钉穿过限位孔C和限位孔A，整个支撑和移动单元通过行动轮与地面
接触；击实作业模式下，位于同一列的两个圆盘上轮齿的中上部相互啮合，销钉穿过限位孔C和限位孔B，整个支撑和移动单元通过支撑块与地面接触。
[0012] 所述的换挡杆被向下拨动，安装在背板上的直齿轮B和直齿轮C随背板发生顺
时针移动，分别通过传动轴A和传动轴B与直齿轮B和直齿轮C连接的直齿轮D和直齿轮E也发生顺时针移动，直齿轮E与击实锤上的轮齿相互啮合；所述的换挡杆被向上拨动，安装在背板上的直齿轮B和直齿轮C随背板发生逆时针移动，分别通过传动轴A和传动轴B与直齿轮B和直齿轮C连接的直齿轮D和直齿轮E也发生逆时针移动，直齿轮D与击实锤上的轮齿相互啮合。
[0013] 所述的圆孔C的内径大于击实锤的直径，直齿轮E与击实锤上的轮齿相互啮合时，击实锤在直齿轮E的驱动下穿过圆孔C，击实锤的顶部高程超过圆孔C所在平面的高程。
[0014] 移动转场模式下，底板的高程高于行动轮的高程，底板不与地面接触；击实作业模式下，底板的高程与支撑块底面的高程一致，底板与地面接触。
[0015] 作为优选，所述的直齿轮D和直齿轮E上间断设置的轮齿的长度占直齿轮D和直齿轮E侧面周长的比例均为60％。
[0016] 作为优选，所述的支撑和移动单元上可设置水平气泡仪，便于在击实作业模式中架板和击实锤的水平调节。
[0017] 作为优选，所述的架板的顶部可设置手推
支架，便于移动转场模式下的设备移动。
[0018] 作为优选，所述的滑块的表面可嵌入滚珠，将滑块在滑槽内移动过程中所受的滑动
摩擦力转变为
滚动摩擦力。
[0019] 作为优选，试样筒内表面标注高度刻度。
[0020] 有益效果：本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪，具有以下有益效果：
[0021] (1)本发明中的支撑和移动单元利用圆盘的相向转动和销钉的
锁定作用，实现移动转场模式和击实作业模式的切换；处于移动转场模式下，该发明便于移动，能够降低工程现场复杂场地条件的限制，快速通过复杂地形并进入试验区域；处于击实作业模式下，本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪能够为自身提供稳定的支撑，保障现场击实试验的顺利进行。
[0022] (2)本发明中的击实锤上设置的轮齿可在人工控制下分别与直齿轮D和直齿轮E啮合，分别满足轻型击实试验和重型击实试验的不同单位体积击实功的要求，其中直齿轮D与击实锤上的轮齿啮合时的工况对应轻型击实试验，直齿轮E与击实锤上的轮齿啮合的时工况对应重型击实试验。
[0023] (3)本发明中的直齿轮D或直齿轮E的轮齿是间断设置的，当直齿轮D或直齿轮E侧面设有轮齿的区段与击实锤上的轮齿啮合时，直齿轮D或直齿轮E驱动击实锤向上运动，当直齿轮D或直齿轮E侧面未设轮齿的区段与击实锤上的轮齿接触时，击实锤在自身重力作用下发生下落，对下方试样筒内的土样进行夯击，重复上述过程即可完成击实试验，整个试验过程仅需使用电动机进行提供外部
能量，简化了击实试验对试验设备的要求，有利于在包括工程现场在内的室外场地开展击实试验。
[0024] (4)本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪结构简单，对复杂地形的适应性较好，能够模拟轻型击实试验和重型击实试验的试验条件，实现对土样的最大干密度及最优含水量的快速测定，从而在耗时较少的情况下初步掌握土体的物理特性。
附图说明
[0025] 图1是本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪处于移动转场模式时的结构示意图；
[0026] 图2是图1中支撑和移动单元的结构示意图；
[0027] 图3是图1中驱动单元的结构示意图；
[0028] 图4是图1中击实单元的结构示意图；
[0029] 图5是图1中定心夹紧机构处于松开状态的结构示意图；
[0030] 图6是图1中定心夹紧机构处于夹紧状态的结构示意图；
[0031] 图7是本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪处于击实作业模式下进行轻型击实试验示意图；
[0032] 图8是本发明的适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪处于击实作业模式下进行重型击实试验示意图。
[0033] 图中：1-支撑和移动单元；11-轮架；111-轴孔；112-限位孔A；113-限位孔B；12-支撑块；13-横轴；14-行动轮；15-圆盘；151-限位孔C；16-销钉；17-架板；18-加强板；2-驱动单元；21-基座；211-圆孔A；22-电动机；23-背板；231-换挡杆；232-圆孔B；24-动力输入轴；251-直齿轮A；252-直齿轮B；253-直齿轮C；261-传动轴A；262-传动轴B；271-直齿轮D；272-直齿轮E；3-击实单元；31-支撑架；311-顶板；312-底板；313-滑槽；314-圆孔C；315-圆孔D；
32-连接件；33-滑块；331-连杆；34-击实锤；35-试样筒；36-定心夹紧机构；361-底盘；362-转盘；363-曲线槽；364-支撑杆；365-固定柱；366-限位连杆；367-圆环；368-拨杆；37-限位杆。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图对本发明的较佳
实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0035] 如图1至图8所示，适用于工程现场快速测定土体物理特性的击实仪包括支撑和移动单元1、驱动单元2、击实单元3。
[0036] 如图1、图2、图7和图8所示，支撑和移动单元1包括四个轮架11、支撑块12、横轴13、行动轮14、圆盘15、销钉16以及一个架板17和加强板18，每个轮架11的首尾两端均设有轴孔111，每个轮架11的首端设有限位孔A112和限位孔B113，支撑块12连接在轮架11的下方，四个轮架11排列成两排两列的方阵，位于同一列的两个轮架11的首端相对排布，四个轮架11上的轴孔111排列成四排两列的方阵，第二排和第三排轴孔111的高度高于第一排和第四排轴孔111的高度，四个横轴13分别穿过位于同一排的两个轴孔111，穿过第一排和第四排轴孔111的两个横轴13的左右两端均安装有行动轮14，穿过第二排和第三排轴孔111的两个横轴13的左右两端均安装有圆盘15，圆盘15侧面的一半为内凹式轮齿，另一半为平滑的曲面，位于同一列的两个圆盘15上的轮齿相对安装并相互啮合，每个圆盘15上均设置有限位孔C151,销钉16能够插入限位孔A112、限位孔B113和限位孔C151中，架板17呈“冂”字形，架板
17底部固定在穿过第二排和第三排轴孔111的两个横轴13上，架板17的顶部为水平面，架板
17的左侧连接加强板18。
[0037] 具体的，支撑和移动单元1能够根据移动转场模式和击实作业模式的不同需要进行形态切换，移动转场模式下，位于同一列的两个圆盘15上轮齿的中下部相互啮合，销钉16穿过限位孔C151和限位孔A112，整个支撑和移动单元1通过行动轮14与地面接触；击实作业模式下，位于同一列的两个圆盘15上轮齿的中上部相互啮合，销钉16穿过限位孔C151和限位孔B113，整个支撑和移动单元1通过支撑块12与地面接触。
[0038] 如图1、图3、图7和图8所示，驱动单元2安装在架板17顶部的水平面上，包括基座21、电动机22、背板23、换挡杆231、动力输入轴24、直齿轮A251、直齿轮B252、直齿轮C253、传动轴A261、传动轴B262、直齿轮D271、直齿轮E272，基座21的上部设有圆孔A211，电动机22安装在圆孔A211内，背板23包含短支和长支两个分支，短支位于长支的上方，背板23侧面的中部连接换挡杆231，背板23的中部设有圆孔B232，动力输入轴24穿过圆孔B232，直齿轮A251和电动机22分别固定在动力输入轴24的左右两侧，直齿轮B252安装在背板23短支的端部、直齿轮C253安装在背板23长支的端部，直齿轮B252和直齿轮C253分别与直齿轮A251相互啮合，直齿轮D271通过传动轴A261连接在直齿轮B252的左侧，直齿轮D271能够与直齿轮B252同步转动，直齿轮E272通过传动轴B262连接在直齿轮C253的左侧，直齿轮E272能够与直齿轮C253同步转动，直齿轮D271和直齿轮E272的轮齿是间断设置的，直齿轮D271的直径小于直齿轮E272的直径。
[0039] 如图1、图4、图7和图8所示，击实单元3包括支撑架31、连接件32、滑块33、连杆331、击实锤34、试样筒35、定心夹紧机构36和限位杆37，支撑架31是由顶板311、底板312和左右两侧的滑槽313所围成的矩形，顶板311的中央设有圆孔C314，滑槽313通过连接件32固定在加强板18的左侧表面，若干个滑块33安装在滑槽313内，滑块33能够在滑槽313内自由上下滑动，两侧滑槽313的中下部均设置有高度相同、尺寸相等的圆孔D315，击实锤34位于支撑架31所在竖直平面内，并通过连杆331与每个滑块33连接，击实锤34的直径小于圆孔C314的内径，击实锤34靠近加强板18一侧的高度方向上设有轮齿，击实锤34上的轮齿能够与直齿轮D271和直齿轮E272相互啮合，定心夹紧机构36安装在底板312的中央，试样筒35放置在定心夹紧机构36内并位于击实锤34的正下方，试样筒35的外径与圆孔C314的内径相等，限位杆37的左右两端能够分别插入到设置在两侧滑槽313上的圆孔D315中。
[0040] 如图5和图6所示，定心夹紧机构36包括底盘361、转盘362、曲线槽363、支撑杆364、固定柱365、限位连杆366、圆环367和拨杆368，底盘361固定在支撑架31的底板312中央，转盘362位于底盘361的中央，转盘362上表面设有三个曲线槽363，曲线槽363自右向左延伸的过程中逐渐向转盘362的中央靠近，三根支撑杆364放置在转盘362上表面，三根支撑杆364两两之间的距离相等，三根固定柱365的底部连接在底盘361上表面，三根固定柱365两两之间的距离相等，限位连杆366包括细端部和粗端部，固定柱365的顶端连接限位连杆366的细端部，限位连杆366粗端部的底部插入曲线槽363并能够在曲线槽363内移动，支撑杆364的顶部和限位连杆366的粗端部均固定在圆环367的顶部，拨杆368连接在支撑杆364的中部。
[0041] 具体的，当定心夹紧机构36处于松开状态时，限位连杆366粗端部的底部插入曲线槽363的
位置均位于曲线槽363的右端，将装入土样的试样筒35放置在转盘362的中央，沿顺时针方向转动拨杆368，拨杆368带动支撑杆364发生顺时针转动，与支撑杆364顶部连接的圆环367带动限位连杆366粗端部发生顺时针转动，由于曲线槽363的限制作用，限位连杆366粗端部的底部插入曲线槽363的位置由曲线槽363的右端变为左端，三个限位连杆366的粗端部与转盘362中央的距离变短并支撑在试样筒35上，定心夹紧机构36由松开状态转变为夹紧状态，在未逆时针转动拨杆368的情况下，试样筒35在三个限位连杆366的粗端部的限制在无法移动，保证在进行击实试验时试样筒35始终位于击实锤34的正下方，确保试验的击实效果。
[0042] 在本实施例中，移动转场模式下，销钉16穿过限位孔C151和限位孔A112，整个支撑和移动单元1通过行动轮14与地面接触，电动机22处于关闭状态，换挡杆231保持水平静止状态，底板312的高程高于行动轮14的高程，底板312不与地面接触，限位杆37的左右两端分别插入到设置在两侧滑槽313上的圆孔D315中，限位杆37支撑在击实锤34的底部，定心夹紧机构36处于松开状态。
[0043] 在本实施例中，在经过移动转场模式下的移动到达试验场地后，将插入限位孔C151和限位孔A112中的销钉16抽出，拨动轮架11并带动圆盘15发生相向转动，当限位孔C151和限位孔B113重合时，将销钉16穿过限位孔C151和限位孔B113，此时整个支撑和移动单元1通过支撑块12与地面接触，底板312的高程与支撑块12底面的高程一致，底板312与地面接触，由移动转场模式向击实作业模式的切换过程完成。
[0044] 在本实施例中，需要进行轻型击实试验时，将盛有土样的试样筒35放置在转盘362的中央，沿顺时针方向转动拨杆368，定心夹紧机构36由松开状态转变为夹紧状态。随后向上拨动换挡杆231，安装在背板23上的直齿轮B252和直齿轮C253随背板23发生逆时针移动，分别通过传动轴A261和传动轴B262与直齿轮B252和直齿轮C253连接的直齿轮D271和直齿轮E272也发生逆时针移动，直齿轮D271与击实锤34上的轮齿相互啮合，打开电动机22，电动机22通过动力输入轴24驱动直齿轮A251发生逆时针转动，直齿轮A251驱动直齿轮B252发生顺时针转动，直齿轮B252通过传动轴A261带动直齿轮D271发生顺时针转动，直齿轮D271侧面设有轮齿的区段驱动击实锤34产生向上运动的趋势，由于滑槽313的限制作用，滑块33仅能沿滑槽313上下运动，通过连接件32与滑块33连接的击实锤34开始竖直向上运动。在击实锤34上升过程中，撤去插入到圆孔D315中的限位杆37。当击实锤34上升到顶板311所在高程时，直齿轮D271侧面未设轮齿的区段与击实锤上的轮齿接触，击实锤34和滑块33在自身重力作用下沿着滑槽313发生竖直下落，对下方试样筒内的土样进行夯击。由于电动机22持续工作，直齿轮D271也一直发生顺时针转动，击实锤34夯击土样后，直齿轮D271侧面设有轮齿的区段再次与击实锤34上的轮齿相互啮合并驱动击实锤34竖直向上运动，相似地，当击实锤34上升到顶板311所在高程时，直齿轮D271侧面未设轮齿的区段与击实锤上的轮齿接触，击实锤34和滑块33在自身重力作用下沿着滑槽313再次发生竖直下落，对下方试样筒内的土样进行夯击，重复上述步骤即可完成轻型击实试验。
[0045] 在本实施例中，需要进行重型击实试验时，将盛有土样的试样筒35放置在转盘362的中央，沿顺时针方向转动拨杆368，定心夹紧机构36由松开状态转变为夹紧状态。随后向下拨动换挡杆231，安装在背板23上的直齿轮B252和直齿轮C253随背板23发生逆时针移动，分别通过传动轴A261和传动轴B262与直齿轮B252和直齿轮C253连接的直齿轮D271和直齿轮E272也发生逆时针移动，直齿轮E272与击实锤34上的轮齿相互啮合，打开电动机22，电动机22通过动力输入轴24驱动直齿轮A251发生逆时针转动，直齿轮A251驱动直齿轮C253发生顺时针转动，直齿轮C253通过传动轴B262带动直齿轮E272发生顺时针转动，直齿轮E272侧面设有轮齿的区段驱动击实锤34产生向上运动的趋势，由于滑槽313的限制作用，滑块33仅能沿滑槽313上下运动，通过与连接件32与滑块33的击实锤34开始竖直向上运动，击实锤34上升过程中，撤去插入到圆孔D315中的限位杆37，由于直齿轮E272的直径大于直齿轮D271且直齿轮E272的位置低于直齿轮D271，击实锤34上升到顶板311所在高程后仍继续上升，击实锤34在直齿轮E272的驱动下穿过圆孔C314，击实锤34的顶部高程超过圆孔C314所在平面的高程，当击实锤34到达最高位置时，直齿轮E272侧面未设轮齿的区段与击实锤上的轮齿接触，击实锤34和滑块33在自身重力作用下沿着滑槽313发生竖直下落，对下方试样筒内的土样进行夯击。由于电动机22持续工作，直齿轮E272也一直发生顺时针转动，击实锤34夯击土样后，直齿轮E272侧面设有轮齿的区段再次与击实锤34上的轮齿相互啮合并驱动击实锤34竖直向上运动，相似地，当击实锤34超过顶板311所在高程并上升到最高位置时，直齿轮E272侧面未设轮齿的区段与击实锤上的轮齿接触，击实锤34和滑块33在自身重力作用下沿着滑槽313再次发生竖直下落，对下方试样筒内的土样进行夯击，重复上述步骤即可完成重型击实试验。
[0046] 本发明能够降低工程现场复杂场地条件的限制，实现在工程现场对土壤的最优含水量和最大干密度进行快速测定，满足轻型击实试验和重型击实试验的不同要求；同时，本发明结构简单、对外部能量消耗较少、制作和运行成本较低，简化了击实试验对试验设备的要求，有利于在包括工程现场在内的室外场地开展击实试验，在耗时较少的情况下初步掌握土体的物理特性。
[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
