CN101477028B - 一种多功能岩石三轴试验加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能岩石三轴试验加载装置,该加载装置由轴向加载系统、围压加载系统及控制计算机组成,利用电机伺服技术,实现轴向荷载、围压的加载及其精确控制,并实现多种围压工作液体的转换。本发明具有控制精度高,成本低廉,工作液体转换方便,工作液体相互独立,互不干扰,互不污染,扩展能力强等优点,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于工程机械中的试验机领域,特别涉及一种多功能岩石三轴试验加载系统,适用于多种工作液体施加围压。
技术背景
建筑、交通、水利等土木工程领域常涉及岩土体与水的相互作用,水是影响岩土体物理力学性质的最重要因素之一。岩土体与水相互作用,通常是指与地下水相互作用,这是因为地下水分布广,无处不在。岩土体与水相互作用是目前岩土工程界的研究热点及前沿课题。
然而,不同地区的地下水含有不同的化学成分,不同的化学成分对岩土体的作用不同。实际工程中的岩土体与水相互作用时,还受到水(含有各种化学成分的水溶液)的压力作用。研究不同围压、不同化学成分下的岩土体与水相互作用的机理、机制十分迫切。
现有的用于研究岩土体与水相互作用的试验装置,主要包括轴向荷载系统、围压系统、伺服控制系统等部分,其主要不足在于:围压加载系统使用一台伺服控制器,只能使用一种工作水溶液施加围压,不便于在同一试验条件下研究不同化学成分水溶液对岩土体的作用。
因此,研制发明一种经济的能够使用多种工作液体施加围压的加载系统,具有非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是,针对现有三轴试验中岩石与水相互作用试验施加荷载的需求,提供一种经济的、能实现多种工作液体施加围压的加载系统。
本发明涉及的一种多功能岩石三轴试验加载系统由轴向加载系统、围压加载系统及控制计算机组成,利用电机伺服技术,实现轴向荷载、围压的加载及其精确控制,并实现多种围压工作液体的转换。
1)轴向加载系统
轴向加载系统由刚性底座、立柱、滚珠丝杆、横梁、加载压头、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成。其中,刚性底座支承立柱,横梁架在立柱之间并与滚珠丝杆咬合,加载压头位于横梁下与横梁一体。
2)围压加载系统
围压加载系统由刚性支座、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、增压仓、活塞、精密压力表、管路、转换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成。增压仓置于刚性支座一侧,刚性支座支承滚珠丝杆,滚珠丝杆一端与活塞相连,活塞位于增压仓内,增压仓前开有油嘴,通过管路、转换器与岩石三轴试验压力室等连接。
其中计算机分别与轴向加载系统伺服控制器、围压加载系统伺服控制器通讯,通过和分别控制轴向压力和围压加载。
本发明具有以下优点:
1、控制精度高,利用伺服控制器控制轴向荷载与围压的加载,精度可达±18000步。
2、成本低廉,利用一台控制器实现多种工作液体施加围压的控制。
3、工作液体转换方便,使用开关阀门即可控制不同工作液体的切换。
4、工作液体相互独立,互不干扰,互不污染。
5、扩展能力强,添加转换器即可扩展工作液体的种类。
6、实现同一试验环境,即同一时间、同一环境温度、同一大气压强等,排除不必要的干扰。
附图说明
图1是本发明的组成结构示意框图;
其中:
A-轴向荷载加载系统,包括:
A1-刚性底座 A2-立柱 A3-滚珠丝杆
A4-横梁 A5-加载压头 A6-伺服电机
A7-伺服控制器 A8-减速器 A9-齿轮组
B-围压加载系统,包括:
B1-刚性支座 B2-滚珠丝杆 B3-伺服电机
B4-伺服控制器 B5-增压仓 B6-活塞
B7-精密压力表 B8-管路 B9-转换器
B10-减速器 B11-齿轮组 B12-工作液体(不同种类)
C-控制计算机
图2是本发明中的转换器结构示意图;
其中:
D1-隔板 D2-工作液体1 D3-工作液体2
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进一步说明:
一、轴向荷载的施加
刚性底座A1支承立柱A2,横梁A4架在立柱A2之间并与滚珠丝杆A3咬合,加载压头A5位于横梁A4下与横梁A4一体。工作时,计算机C控制伺服控制器A7,伺服控制器A7发送控制指令给伺服电机A6,伺服电机A6通过减速器A8驱动齿轮组A9,齿轮组A9驱动滚珠丝杆A3,滚珠丝杆A3驱动横梁A4,加载压头A5随横梁A4上下移动,完成轴向荷载的施加。
二、轴向荷载的施加
增压仓B5置于刚性支座B1一侧,刚性支座B1支承滚珠丝杆B2,滚珠丝杆B2一端与活塞B6相连,活塞B6位于增压仓B5内,增压仓B5前开有油嘴,通过管路B8、转换器B9与岩石三轴试验压力室等连接。计算机C控制伺服控制器B4,伺服控制器B4发送控制指令给伺服电机B3,伺服电机B3通过减速器B10驱动齿轮组B11,齿轮组B11驱动滚珠丝杆B2,滚珠丝杆B2带动活塞B6,挤压增压仓B5内的工作液体B12,工作液体B12受压由油嘴流出,经过管路B8、转换器B9后向岩石三轴试验压力室施加围压。
三、工作液体的转换
隔板D1将整个转换器D分割成两部分,隔板D1两侧分别存有不同的工作液体D2和D3。隔板一侧工作液体D3经过管路B8与增压仓B5连通,另一侧工作液体D3经过管路B8与压力室连通。增压仓B6内压力工作液体B12连通D2推动隔板D1,隔板D1推动另一侧工作液体D3向岩石三轴试验压力室施加围压。
由轴向荷载加载系统及围压加载系统可实现三轴压力的施加。连接多个转换器,可将各转换器D3中的工作液体换成不同的液体,实现不同的工作液体的转换、切换。
Claims (4)
1.一种多功能岩石三轴试验加载系统,包括轴向加载系统、围压加载系统、控制计算机、转化器,其特征在于:利用电机伺服技术,实现轴向荷载、围压的加载及其精确控制;利用转换器,实现多种围压工作液体的转换;转换器由隔板和外壳组成,隔板可在外壳内滑动,当隔板两侧压力不一致时,隔板可自由移动以保持两侧压力一致;转换器实现围压液体转换的原理是:一套围压加载系统可与多个转换器相连,但每次仅打开与一个转换器的连接阀门,围压液体转换时,先利用一个转换器排除压力室内已有的围压液体,再利用另一个转换器将另外一种围压液体充入压力室内。
2.根据权利要求1所述一种多功能岩石三轴试验加载系统,其中的轴向加载系统由刚性底座、立柱、滚珠丝杆、横梁、加载压头、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成,其特征在于:所述的刚性底座支承立柱,横梁架在立柱之间并与滚珠丝杆咬合,加载压头位于横梁下与横梁一体。
3.根据权利要求1所述的一种多功能岩石三轴试验加载系统,其中的围压加载系统由刚性支座、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、增压仓、活塞、精密压力表、管路、转换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成,其特征在于:所述增压仓置于刚性支座一侧,刚性支座支承滚珠丝杆,滚珠丝杆一端与活塞相连,活塞位于增压仓内,增压仓前开有油嘴,通过管路、转换器与岩石三轴试验压力室等连接。
4.根据权利要求1所述的一种多功能岩石三轴试验加载系统,其中的转换器由隔板、外壳组成,隔板将整个转换器分割成两部分,分别存有不同的工作液体;隔板一侧工作液体经过管路与增压仓连通,另一侧工作液体经过管路与压力室连通。
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