CN102589989A - 一种单轴拉压双功能蠕变仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轴拉压双功能蠕变仪，包括工作台、拉压力加载系统和蠕变数据量测系统；所述工作台包括底座、第一支撑杆组、第二支撑杆组、承压板、承拉板、工作板和加载板；拉压力加载系统包括油腔相互连通的泄油油缸、大直径油缸和小直径油缸，还包括滑轮砝码加载装置；蠕变数据量测系统包括应变传感器、数据采集器和微机；本发明既可做压缩蠕变实验、又可做拉伸蠕变实验，拉压力加载系统通过滑轮组可放大砝码加载载荷，压力经小直径油缸传递到大直径油缸后压力也会被放大，因而其加载力能满足绝大多数岩石的蠕变实验要求；同时加载荷载调节方便、载荷能长时保持恒定，测量精度高，仪器制造成本低；且在实验过程中不耗电能，实验成本较低。

Description

一种单轴拉压双功能蠕变仪

技术领域

本发明涉及一种实验仪器，特别涉及一种用于混凝土、岩石等材料的蠕变试验装置。

背景技术

蠕变是指在常应力的持续作用下，材料变形随试件增长而不断增大的现象。大量的现场试验和室内试验表明所有的混凝土、岩石类材料都具有一定的蠕变性质。材料的蠕变效应是工程长期稳定的重要影响因素和变形响应，因此研究岩土体、混凝土等材料蠕变特性对工程设计、施工及安全运行具有重要意义。

目前混凝土、岩石类材料的拉伸或压缩蠕变试验装置，大多数使用刚性液压伺服实验机进行加载，虽然这些仪器装置在载荷大小控制和数据采集方面性能优越，但其也具有明显的缺点：一是仪器造价非常高；二、试验过程中这种仪器耗电量大，且蠕变试验耗时长，因此试验成本大大增加；三、伺服系统加载的拉压力稳定性不够，导致实验精度不够。而对于另外的一些简易试验装置，其加载原理主要是利用滑轮组、杠杆原理或者是用千斤顶加载，这些装置移动方便，造价低廉，但简易实验装置中的液压千斤顶保持稳定荷载的效果不理想，而杠杆或滑轮组制成的仪器又无法提供较大的压缩荷载，主要只适用于一些软弱岩土材料或低弹模相似材料的压缩蠕变。并且现有测试材料拉伸蠕变和压缩蠕变的设备为相互独立的两套设备，设备功能较为单一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有蠕变试验技术存在的不足，提供一种准确度高、荷载量程较大且稳定、使用操作方便、制造和试验成本低的单轴拉压蠕变双功能蠕变仪。

本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪的具体方案为：

本发明单轴拉压双功能蠕变仪，包括工作台、拉压力加载系统和蠕变数据量测系统；

所述工作台包括底座、第一支撑杆组和第二支撑杆组，第一支撑杆组和第二支撑杆组竖直设置于底座上，第一支撑杆组上水平设置有承压板，第二支撑杆组上设置有承拉板、工作板和与第二支撑杆组直线滑动配合的加载板，加载板位于承拉板和工作板之间；

所述拉压力加载系统包括设置于底座上的泄油油缸、大直径油缸和小直径油缸，小直径油缸的油腔和大直径油缸的油腔连通，大直径油缸的油腔和泄油油缸的油腔连通、且连接大直径油缸和泄油油缸的油路上设置有阀门，大直径油缸的活塞杆上设置有与承压板平行的载件板；承拉板和加载板上对应设置有用于连接被拉试件的拉伸接头；所述拉压力加载系统还包括滑轮砝码加载装置，滑轮砝码加载装置包括连接于加载板上的动滑轮、设置于工作板上的定滑轮、绕在动滑轮与定滑轮上的拉绳和设置于拉绳自由端的砝码；所述小直径油缸穿过工作板、且其活塞杆顶在加载板的下表面上；

所述蠕变数据量测系统包括应变传感器、数据采集器和微机，应变传感器用于采集被测试件的应变数据并将数据输入数据采集器，数据采集器将获得的数据输入微机。

进一步，所述蠕变数据量测系统还包括设置于载件板上的应力传感器，所述应力传感器用于采集被测试件的应力数据、并将应力数据输入数据采集器；

进一步，所述第一支撑杆组上铰接有一与泄油油缸的活塞杆连接的杠杆；

进一步，所述第二支撑杆组上设置有对下坠的加载板起缓冲支撑作用的柔性保护装置；

进一步，所述柔性保护装置包括固定设置于第二支撑杆组上的套筒和设置于套筒上端的缓冲套或缓冲弹簧；

进一步，所述加载板上设置有直线轴承，加载板通过直线轴承和第二支撑杆组直线滑动配合；

进一步，所述拉伸接头包括拉杆、拉头和螺帽，拉杆的一端为球头，螺帽连接于球头上并与其转动配合，螺帽和拉头螺纹连接，拉头用于和被测试件连接；

进一步，所述滑轮砝码加载装置为四组、并对称布置在小直径油缸四周。

本发明的有益效果：

1、本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪，其既可以做压缩蠕变实验、又可以做拉伸蠕变实验，功能更全，实用性更强。

2、本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪的拉压力加载系统具有放大砝码试验载荷的作用，每增加一组滑轮组可将砝码荷载放大两倍，并且压力经小直径油缸传递到大直径油缸后压力也会被放大，放大倍数为大直径油缸横截面积与小直径油缸面积之比，因而本拉压力加载系统能提供足够大的拉压力以满足绝大多数岩石的蠕变实验要求；同时采用机械加载方式，通过增减砝码即可调节试验载荷，荷载调节方便，并能提供长时恒定的荷载，可保证具有高的测量精度。

3、本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪，结构较为简单、制造成本低；且本蠕变仪在实验过程中基本不耗费能源，实验成本低。

4、本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪，其设置的直线轴承可很大的降低加载板和第二支撑杆组间的摩擦力，从而可使荷载有效的传递到液压传动系统上，可提高应力测试准确性；拉伸接头中拉杆的球头和螺帽之间转动配合，可很好的消除试验中试件偏心受拉现象，也可提高应力测试准确度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪做压缩蠕变试验时的结构示意图；

图2为图1中P部的放大视图；

图3为本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪做拉伸蠕变试验时的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪做压缩蠕变试验时的结构示意图；图2为图1中P部的放大视图；图3为本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪做拉伸蠕变试验时的结构示意图。

如图所示，本实施例单轴拉压双功能蠕变仪，包括工作台、拉压力加载系统和蠕变数据量测系统；

所述工作台包括底座1、第一支撑杆组2和第二支撑杆组3，第一支撑杆组2和第二支撑杆组3竖直设置于底座1上，第一支撑杆组2上水平设置有承压板4，第二支撑杆组3上设置有承拉板5、工作板6和与第二支撑杆组3直线滑动配合的加载板7，加载板7位于承拉板5和工作板6之间；

所述拉压力加载系统包括设置于底座1上的泄油油缸8、大直径油缸9和小直径油缸10，小直径油缸10的油腔和大直径油缸9的油腔连通，大直径油缸9的油腔和泄油油缸8的油腔连通、且连接大直径油缸和泄油油缸的油路上设置有阀门11，大直径油缸9的活塞杆上设置有与承压板4平行的载件板12；承拉板5和加载板7上对应设置有用于连接被拉试件的拉伸接头；所述拉压力加载系统还包括滑轮砝码加载装置，滑轮砝码加载装置包括连接于加载板7上的动滑轮13、设置于工作板6上的定滑轮14、绕在动滑轮13与定滑轮14上的拉绳15和设置于拉绳自由端的砝码16；所述小直径油缸10穿过工作板6、且其活塞杆顶在加载板7的下表面上；

所述蠕变数据量测系统包括应变传感器17、数据采集器18和微机19，应变传感器17用于采集被测试件的应变数据并将数据输入数据采集器18，数据采集器18将获得的数据输入微机19。本实施例中的应变传感器17为电阻应变片。

作为对本实施方案的改进，所述蠕变数据量测系统还包括设置于载件板12上的应力传感器20，所述应力传感器20用于采集被测试件的应力数据、并将应力数据输入数据采集器18；通过应力传感器20可直接获得受压试件的应力变化数据。当然在实际实验中，也可通过工作人员计算的方式获得受压蠕变实验和受拉蠕变实验时试件的应力变化数据。

本单轴拉压双功能蠕变仪做单轴压缩蠕变试验的工作过程为：

第一步，将受压试件放置于载件板12或其上面的应力传感器20上，调整加载板7使其压在小直径油缸10的活塞杆端部上；

第二步，打开阀门11，并向下推动泄油油缸8的活塞将油压入大直径油缸9，待大直径油缸9的活塞杆推动受压试件上升到快要与承压板4接触时，关闭阀门11；

第三步，将应变传感器17粘帖于试件表面中间位置，并将应变传感器17通过数据电缆与数据采集器18连接；

第四步，将应变传感器17的初始实验数据清零，根据试验设计要求加卸载砝码16，进行试验；

第五步，测试结束后，打开阀门11，提起泄油油缸8的活塞进行回油减压，待大直径油缸9的活塞下降到一定距离后关闭阀门11，并迅速卸除砝码16，试验结束。

本单轴拉压双功能蠕变仪做单轴压缩蠕变试验的工作过程为：

第一步，打开阀门11，向上提升泄油油缸8的活塞，待小直径油缸10的活塞下降到不影响拉伸荷载施加和试件拉伸变形时关闭阀门11；

第二步，将两个拉伸接头分别与受拉试件的两端粘结；

第三步，将应变传感器17粘帖于试件表面中间位置，并将应变传感器17与数据采集器18连接，同时清零应变传感器17；

第四步，根据试验设计要求加载砝码16，进行测试；

第五步，测试结束后，卸除砝码16，并将试件从拉伸接头卸除，试验结束。

本发明单轴拉压蠕变双功能蠕变仪，其既可以做压缩蠕变实验、又可以做拉伸蠕变实验，实用性更强。在加载过程中，砝码16的重力被滑轮组放大后施加于加载板7上，一组滑轮组可将砝码荷载放大两倍，在实验中可根据需要调整滑轮组的数量，以获得不同的试验载荷；同时在做压缩蠕变试验时，压力经小直径油缸传递到大直径油缸后压力还会被放大，放大倍数为大直径油缸横截面积与小直径油缸面积之比。因此，本拉压力加载系统能提供足够大的拉压力以满足绝大多数岩石的蠕变实验要求；同时采用机械加载方式，通过增减砝码即可调节试验载荷，荷载调节方便，并能提供长时恒定的荷载，可保证具有高的测量精度。本蠕变仪在实验过程中基本不耗费能源，实验成本低。

作为对本实施方案的改进，所述第一支撑杆组2上铰接有一与泄油油缸8的活塞杆连接的杠杆21，通过杠杆21升降泄油油缸8的活塞，操作方便省力；当然在具体实施中也可直接用手或通过其它装置来推动泄油油缸8的活塞杆。

作为对本实施方案的改进，所述第二支撑杆组3上设置有对下坠的加载板7起缓冲支撑作用的柔性保护装置。本实施例中所述柔性保护装置包括固定设置于第二支撑杆组3上的套筒22和设置于套筒22上端的缓冲套23，当然在不同实施方式中缓冲套23还可由缓冲弹簧替换。当进行受拉蠕变实验时，试件被拉断后加载板7向下坠落，缓冲套23可缓冲加载板7承受的冲击力，从而保护加载板7。

作为对本实施方案的改进，所述加载板7上设置有直线轴承24，加载板2通过直线轴承24和第二支撑杆组3直线滑动配合；直线轴承24可很大的降低加载板2和第二支撑杆组3间的摩擦力，从而可使荷载有效的传递到液压传动系统上，可提高应力测试准确性。

作为对本实施方案的改进，所述拉伸接头包括拉杆25、拉头26和螺帽27，拉杆25的一端为球头，螺帽27连接于球头上并与其转动配合，螺帽27和拉头26螺纹连接，拉头26用于和被测试件连接；拉杆25的球头和螺帽27之间转动配合，可很好的消除试验中试件偏心受拉现象，也可提高应力测试准确度。

作为对本实施方案的改进，所述滑轮砝码加载装置为四组、并对称布置在小直径油缸10的四周，可向加载板施加足够大且对称的拉力，以满足绝大多数岩石的蠕变试验；当然在具体实施中，滑轮砝码加载装置的数量可根据实际需要调整。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：包括工作台、拉压力加载系统和蠕变数据量测系统；

所述工作台包括底座、第一支撑杆组和第二支撑杆组，第一支撑杆组和第二支撑杆组竖直设置于底座上，第一支撑杆组上水平设置有承压板，第二支撑杆组上设置有承拉板、工作板和与第二支撑杆组直线滑动配合的加载板，加载板位于承拉板和工作板之间；

所述拉压力加载系统包括设置于底座上的泄油油缸、大直径油缸和小直径油缸，小直径油缸的油腔和大直径油缸的油腔连通，大直径油缸的油腔和泄油油缸的油腔连通、且连接大直径油缸和泄油油缸的油路上设置有阀门，大直径油缸的活塞杆上设置有与承压板平行的载件板；承拉板和加载板上对应设置有用于连接被拉试件的拉伸接头；所述拉压力加载系统还包括滑轮砝码加载装置，滑轮砝码加载装置包括连接于加载板上的动滑轮、设置于工作板上的定滑轮、绕在动滑轮与定滑轮上的拉绳和设置于拉绳自由端的砝码；所述小直径油缸穿过工作板、且其活塞杆顶在加载板的下表面上；

所述蠕变数据量测系统包括应变传感器、数据采集器和微机，应变传感器用于采集被测试件的应变数据并将数据输入数据采集器，数据采集器将获得的数据输入微机。

2.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述蠕变数据量测系统还包括设置于载件板上的应力传感器，所述应力传感器用于采集被测试件的应力数据、并将应力数据输入数据采集器。

3.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述第一支撑杆组上铰接有一与泄油油缸的活塞杆连接的杠杆。

4.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述第二支撑杆组上设置有对下坠的加载板起缓冲支撑作用的柔性保护装置。

5.根据权利要求4所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述柔性保护装置包括固定设置于第二支撑杆组上的套筒和设置于套筒上端的缓冲套或缓冲弹簧。

6.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述加载板上设置有直线轴承，加载板通过直线轴承和第二支撑杆组直线滑动配合。

7.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述拉伸接头包括拉杆、拉头和螺帽，拉杆的一端为球头，螺帽连接于球头上并与其转动配合，螺帽和拉头螺纹连接，拉头用于和被测试件连接。

8.根据权利要求1所述的单轴拉压双功能蠕变仪，其特征在于：所述滑轮砝码加载装置为四组、并对称布置在小直径油缸四周。

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