桥面防水层电动剪切仪 一、技术领域：
本发明涉及一种桥面防水层电动剪切仪，其主要用于测定防水层与混凝土桥面和沥青面层之间的层间抗剪强度，适用于室内或现场对各类防水材料和防水层的检测，以便分析不同的桥面状况、桥面处理措施、沥青混凝土施工温度和使用温度、沥青面层厚度、沥青混合料类型、防水层类型等因素对层间抗剪强度的影响规律，
二、背景技术：
国内外均没有类似用于防水层与桥面混凝土和沥青面层层间抗剪强度现场检测的仪器。国外有类似用于室内研究的非专用试验设施，如将防水层置于6英寸高的水泥圆柱试件之上，在防水层上加铺被压实的2英寸厚的沥青混合料，为了确定水泥混凝土桥面与防水层、防水层与沥青层之间的粘结处的抗剪强度，试件将会被水平地放置在一个托架上。然后，向试件中的面层部分加荷直至试样中的沥青面层部分被从水泥试件上剪切下来，同时测量其位移和加载力，其中荷载的应变速率为0.25英寸/分钟，显然，该试验方法不能用于现场测试，且自动化程度不高。国内有长安大学研制的LLM测试系统，该仪器的设计目的是用于室内试验研究，不能用于现场测试。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种桥面防水层剪切仪，其结构紧凑，功能齐全，测试精度高，使用方便。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种桥面防水层电动剪切仪，其特殊之处在于：包括底座，底座上设有蜗杆蜗轮、减速器和导座，蜗杆蜗轮通过轴承、箱体与底座连接，螺杆与蜗轮螺纹连接，螺杆另一端与传感器中的力传感器连接，并通过推动杆和导座与剪切件连接。
上述螺杆与蜗轮可通过梯形螺纹连接。
上述传感器包括力传感器和位移传感器，力传感器和位移传感器与单片机连接。
上述螺杆上可设有置零操作装置。
上述导座上可设有导套和定位螺丝。
上述推动杆与剪切件可以是滑动摩擦的圆柱导轨。
上述螺杆与推动杆之间可设有顶杆
上述剪切仪上可设有限位开关。
上述位移传感器可以是增量式编码器。
上述剪切仪上可设有通讯接口。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明设计新颖，结构紧凑，功能齐全，测试精度高，使用方便。
2、本发明由单片机控制，步进马达驱动，剪切速度0～50mm/min任意设定。微型点阵式打印机，可以打印出试验编号、时间、剪力、位移，速度等各种数据；双向位液晶显示器，可以随时显示试验参数，存贮器可以贮存20个试验地数据，还可在液晶显示器上查看各数据。
3、本发明还备有与计算机通信接口，可以与计算机连接进行数据处理，打印剪力-位移曲线图，打印报表等。
4、本发明主要技术指标如下：
(1)剪切速度：0～50mm/min
(2)最大剪切力：10000N
(3)最大位移：20mm
(4)存贮量：20个试验的数据
(5)数据采集率：0.1mm采集一次
(6)位移精度：0.5mm
(7)剪力精度 1％
5、本发明主要功能如下：
1.具备RS232C串行接口。
2.掉电数据保存，最大20组数据。
3.微型打印，可打印简单数据报表。
4.自动日历及时间。
5.可在微机上提取数据并计算显示剪切曲线。
6.在微机上打印报表及曲线。
四、附图说明：
图1为本发明的结构原理图；
图2为拉拔仪主界面示意图；
图3为通讯端口设置窗口示意图；
图4为查询选择窗口示意图；
图5为数据提取编号选择窗口示意图；
图6为数据提取过程中显示进度表；
图7为存储器清空口令验证界面示意图；
图8为数据显示窗口示意图；
图9为图形显示曲线示意图；
图10为报表界面示意图。
五、具体实施方式：
参见图1，桥面防水层电动剪切仪主要用于测定防水层与混凝土桥面和沥青面层之间的层间抗剪强度，适用于室内或现场对各类防水材料和防水层的检测，以便分析不同的桥面状况、桥面处理措施、沥青混凝土施工温度和使用温度、沥青面层厚度、沥青混合料类型、防水层类型等因素对层间抗剪强度的影响规律，试验结果可用于选择防水材料、为桥面防水设计提供设计参数、现场判定防水层施工质量。试验方法是通过剪切件向沥青混凝土试件逐渐施加剪力，测试系统不断采集力与位移数据并存贮，直至沥青混凝土试件与防水层脱离，测试系统显示器上将保留最大力值和位移值。本发明包括底座1，底座1是仪器的主体，剪切时剪切力通过底座施加给试样的，为保证仪器工作的稳定性，底座选用比较厚实的铸铁件，考虑到搬动、两端设有手提孔，为了增强刚性，前后边缘有加强筋。底座1上设有蜗杆蜗轮4、减速器2和导座15，蜗杆蜗轮4通过轴承5、箱体8与底座1连接，螺杆7与蜗轮4通过梯形螺纹连接，螺杆7右端依次接力传感器9、顶杆10、推动杆12，并通过推动杆12和导座15与剪切件16连接。剪切件16由导座15导向，导座15上设有导套13和定位螺丝14。螺杆7上设有导向键6和回拉键11，当一个试样剪切完成后，通过回拉键11能返回到零点。从受力和位移速度考虑，选用1/40的蜗杆蜗轮、推力轴承和螺距为5mm的螺杆。为了结构实用简单，推动杆和剪切件均选用滑动磨擦的圆柱导轨，由于剪切试样薄厚尺寸不一致，所以剪切件设计尺寸可调。传感器包括力传感器9和位移传感器，力传感器9和位移传感器与单片机连接。故虑到剪切时的速度可调，位移和剪切力的测定选用单片机控制，步进马达驱动，增量式编码器测距离，剪切力传感器测力，霍尔开关定位等新技术，实现机电一体化，完全达到了仪器的技术指标。
实际工作时，电机3通过同步带依次驱动蜗杆、蜗轮4、螺杆7、力传感器9、顶杆10、推动杆12，带动剪切件16剪切试样。测试系统通过传感器不断采集力与位移数据并存贮。当一个试样剪切完成后，通过置零操作仪器能返回到零点。
本发明实际操作步骤如下：
1.系统上电
系统上电后首先进行电机归位工作，归位工作完成后显示剪切参数输入，此时用户可通过编码开关输入剪切所用的编号和速度。
2.剪切参数输入
用户通过拨动编码开关，设置剪切参数。
系统规定：剪切编号必须从0开始，最大为19，共20组。
输入剪切编号时，要遵从从小到大依次增加的原则。如果已做了3组剪切，则用户可进行下一次剪切的编号输入范围为0～3，即用户一方面可重做以前的编号(覆盖原数据，编号为00～02时)，一方面可进行下一次剪切(编号为03时)。
3.参数输入确定
参数输入完成后，按“确定”键，系统首先下降，显示器显示“Downing…”。下降20mm后自动停止，显示器显示“Press Start to Run”。
4.启动剪切
系统就绪状态下，按“启动”按键，系统开始搜索受力点，此时屏幕显示“Search Strength”。
当系统检测到受力点后，即自动开始剪切，同时测量位移量和拉力，并在屏幕上进行实时显示。
5.剪切过程
剪切时，屏幕上第一行为剪切最大的拉力及其对应的位移，第二行显示当前剪切的拉力和位移，第三行显示剪切已用的时间(秒)。
6.剪切完成
当系统发现拉力开始下降(当前点的拉力为最大拉力的50％)时，停止剪切，取最大值为剪切拉力。同时为了防止异常情况出现，系统增加了一些预防措施：
·当系统始终没有找到受力点，剪切运行到限位开关后，停止剪切。
·当系统始终没有找到拉力下降点，而电机行程达20mm时，停止剪切。
·当系统始终没有找到拉力下降点，而剪切运行到限位开关后，停止剪切，取最大值为剪切值。
7.剪切数据查看
系统带有掉电保存存储器，剪切的数据都被保存起来。用户可在电机归位后，按“查看”按键，系统要求用户输入要查看的数据编号，输入完成后，按“确定”即显示该组数据，如果数据多于一屏，可按“确认”键进行翻页查看，任意时刻可再次按“查看”返回
8.报表打印
剪切完成后，用户可将剪切结果通过微型打印机打印出来。用户在电机归位后，按“查看”按键，系统要求用户输入要查看的数据编号，此时按“打印”即可将剪切数据打印出来。
9.数据上传功能
剪切仪配有RS232C接口，可与剪切仪配套的上位机软件进行通讯。通过上位机软件，可将剪切仪中的数据提取到计算机并进行各种处理。
剪切仪上位机软件使用说明
剪切仪上位机软件为剪切仪配套软件，功能为从剪切仪中提取数据，并将数据生成数据、曲线报表打印输出。软件可运行于Win98、Win2000、WinXP操作系统下。
运行安装盘中的setup.exe文件，安装软件。安装完成后从Windows桌面“开始”、“程序”、“剪切仪上位机软件”菜单下运行“剪切仪数据处理系统”，软件执行后显示主界面。剪切仪主界面如图2所示。
将鼠标移动到按钮上即有按钮功能提示。
以下根据主界面菜单项，对剪切仪上位机软件的各个功能作一说明。
1.通讯口设置。
用户在进行数据通讯前，必须保证与剪切仪连接的计算机串口选择正确，否则通讯将联系不上。在菜单“系统参数\通讯口设置”下，用户可选择所使用的端口号。窗口如图3所示。
剪切仪与计算机通讯的参数如下：
波特率：2400； 校验位：无； 数据位：8； 停止位：1
·在串口设置窗口中，只允许用户修改端口号。
2.数据查询。
用户在提取数据前可先对剪切仪中的数据进行查询。查询的内容包括：
1)剪切仪存储器中有效的编号范围；
2)指定编号的数据的信息(包括日期、速度、最大力、最大力对应位移等信息)。查询选择窗口如图4。
查询的结果显示在主窗口的状态栏上，如果指定编号查询时，用户输入的编号超过剪切仪存储器中编号的最大值时，显示告警信息。
3.数据提取。
系统允许用户逐个或同时将各编号数据提取过来。编号选择窗口如图5。允许选择想要提取的编号后，按“确定”即可将数据提取。
数据提取过程中，显示进度表如图6。
·编号选择时，系统自动根据存储器中最大的编号值限定用户的编号选择范围
4.存储器清空。
系统规定：剪切仪存储器最多可存储20组数据，对应编号为0..19。如果用户想删除存储器中的数据，可选择菜单“通讯操作\清空存储器”命令。为了安全起见，系统在进入“清空存储器”菜单前要进行口令验证，界面如图7。
·软件安装完成后的初始口令为空。
·执行“存储器清空”命令后，剪切仪中数据将全部删除。
5.设备校时。
为了对设备时间进行校时，用户可在菜单“通讯操作”下选择“设备校时”命令。
·设备校时发送的为计算机当前的时间，因此一定要保证计算机时间正确。
6.数据显示及报表打印。
用户可在菜单“数据显示”下显示所提取的数据。数据显示窗口如图8。
数据显示窗口的上半部分显示该组数据的结果，下半部分显示具体的数据。
如果想显示数据曲线，可选择菜单“显示设置”下“图形显示”显示曲线，界面如图9。数据显示窗口的上半部分显示该组数据的结果，下半部分显示具体的数据曲线。
在此窗口中，选择“打印数据”按钮可生成数据报表，选择“打印曲线”按钮可生成曲线报表。报表界面如图10。在报表预览窗口中，点击打印按钮即可将报表打印输出。
7.软件使用注意事项：
1)如果出现通讯联系不上(出现无应答现象)，应检查：
(1)串口选择是否正确；
(2)串口连线是否正确；
(3)剪切仪是否已工作；
(4)剪切仪电机是否停止运行；
(5)剪切仪打印机是否停止打印。
·注意：剪切仪电机运转时通讯，系统提示无应答。通讯必须在电机停止运行时进行。
·注意：剪切仪打印时通讯，系统提示无应答。通讯必须在停止打印运行时进行。
2)每次通讯所提取的数据均保存在计算机中，提取指定编号的数据时，将覆盖上次所提取的同编号的数据。
提取数据保存文件的名称格式为：drag+编号.db；
结果数据存放的文件名格式为：dragpara+编号.db。
·如果用户不想将上次数据覆盖，可将该编号对应的文件进行备份。软件安装的目录即为数据文件存放的目录。