CN102854057B - 一种岩石三轴多元同步加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种岩石三轴多元同步加载系统，该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，利用电机伺服技术以及滚珠丝杆技术，实现了利用一套伺服器，多元同步对四套压力室进行轴向荷载、径向围压的精确加载控制，实现同一时段内多种不同溶液、不同压力、不同流变阶段的三轴试验。本发明具有控制精度高，成本低廉，试验周期短，对比试验实时性强等优点，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，特别涉及一种岩石三轴多元同步加载系统，适用于同步对四套压力室进行轴向、径向围压的加载与精确控制。
技术背景
大型科学仪器设备的研制是工程地质学科领域中特别值得关注的前沿基础性课题，也是重大工程灾害研究的迫切需求。最能直接反应岩石在赋存水溶液环境中变形破坏全过程的基础性试验研究，开展的较少，处于探索性阶段，主要体现在对现有试验手段的改进和针对脆性岩石的小尺度试验设备研制上。由于试验条件的限制，严重制约了软岩软化机制等的研究。
现有的岩石三轴加载试验装置，主要包括轴向荷载加载系统、围压加载系统、伺服控制系统等部分，其主要不足在于：一套伺服器只能控制一个加载装置对一个压力室进行控制，无法通过由一套伺服器控制加载时实现对多个压力室的控制，因而，不能实现岩石变形破坏全过程同步试验研究。
因此，研制发明一种经济高效的、能实现对四套压力室多元同步施加轴向、径向围压的加载系统，具有非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是，针对现有岩石三轴试验中形破坏全过程同步试验研究的需求，提供一种经济高效的、能实现对四套压力室多元同步施加轴向、径向围压的加载系统。
本发明涉及的一种岩石多元同步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，利用一套伺服器，多元同步对四套压力室进行轴向荷载、围压的加载控制，实现同一时段内多种不同溶液、不同压力、不同流变阶段的三轴试验。
1)轴向加载系统
轴向加载系统由刚性底座、顶板、顶板支柱、轴压分加压缸、轴压加载轴、总加压缸、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成。其中，刚性底座支承顶板支柱，顶板与支柱相连接，总加压缸位于顶板内与顶板一体，滚珠丝杆一头与总加压缸内的活塞相连接，一头与伺服电机相连。总加压缸前开有油嘴，通过耐压管与各轴压分加压缸相连。各轴压分加压缸前也开有油嘴，通过耐压管与各自的压力室相连。
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、分加压缸、活塞、精密压力表、耐压管、转换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成。其中，刚性支座支承滚珠丝杆和增压仓，滚珠丝杆一端与增压仓的活塞相连，增压仓前开有油嘴，通过耐压管与各分加压缸相连，各分加压缸与相对应的岩石三轴压力室相连。
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，利用伺服控制器及滚珠丝杆技术控制轴向荷载与径向围压的加载，精度可达±18000步。
2、试验周期短，利用一套伺服控制器实现对四套压力仓的轴向、径向围压的多元同步地精确控制，能显著缩减试验周期。
3、成本低廉，利用一套伺服控制器实现对四套压力仓试验工作的控制。
4、对比试验实时性强，通过在四套压力仓中添加不同的工作溶液，实现同种岩样在不同赋存坏境中的流变实时对比试验。
5、工作液体相互独立，互不干扰，互不污染。
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：
A1-刚性底座A2-压力室A3-顶板支柱
A4-轴压加载轴A5-轴压分压缸A6-顶板
A7-轴压总加压缸A8-围压耐压管道
A9-围压分加压缸A10-围压总加压缸
A11-围压伺服控制器A12-轴压伺服控制器
A13-数据线A14-扩展式导轨
A15-控制计算机
图2是本发明中的轴向加载系统组成结构示意图；
其中：
B1-总加压缸B2-滚珠丝杆B3-加压活塞
B4-增压仓B5-精密压力表B6-伺服电机
B7-减速器B8-齿轮组B9-分加压缸
B10-分加压缸活塞及加压轴B11-轴压伺服控制器
B12-控制计算机
图3是本发明中的径向围压加载系统结构示意图；
其中：
C1-刚性支座C2-伺服控制器C3-滚珠丝杠
C4-齿轮组C5-减速器C6-伺服电机
C7-活塞C8-精密压力表C9-增压仓
C10-耐压管C11-分加压缸加压室
C12-分加压缸活塞C13-分加压缸围压室
C14-控制计算机
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
控制计算机B12控制轴压伺服控制器B11，轴压伺服控制器B11发送控制指令给伺服电机B6，伺服电机B6通过减速器B7驱动齿轮组B8，齿轮组B8驱动滚珠丝杆B2，滚珠丝杆B2带动活塞B3，挤压增压仓B4内的工作液体，工作液体受压由油嘴流出，经过耐压管，流向轴压分加压缸加压室B9，推动分加压缸活塞及加载轴B11，完成轴向荷载的施加。
二、径向围压的施加
刚性支座C1支承滚珠丝杆C3和增压仓C9，滚珠丝杆C3一端与增压仓的活塞C7相连，增压仓C7前开有油嘴，通过耐压管C10与各分加压缸加压室C11相连，各分加压缸与相对应的岩石三轴压力室相连。计算机C14控制围压伺服控制器C2，围压伺服控制器C2发送控制指令给伺服电机C6，伺服电机C6通过减速器C5驱动齿轮组C4，齿轮组C4驱动滚珠丝杆C3，滚珠丝杆C3带动活塞C7，挤压增压仓C9内的工作液体，工作液体受压由油嘴流出，经过耐压管C10，流向分加压缸加压室C11，推动分加压缸活塞C12，挤压分加压缸内的工作液体，工作液体由油嘴流出，经过耐压管向四套岩石三轴试验压力室施加围压。
Claims (1)
1.一种岩石三轴多元同步加载系统，其特征在于由轴向加载系统、围压加载系统、控制计算机组成，仅使用一台轴压伺服控制器和一台围压伺服控制器，对四套压力仓同步进行轴向荷载、围压的同时加载与控制，实现同一时段内多种不同溶液、不同压力、不同流变阶段的同步三轴试验；所述的轴向加载系统，由刚性底座、顶板、顶板支柱、轴压分加压缸、轴压加载轴、轴压总加压缸、第一滚珠丝杆、第一伺服电机、轴压伺服控制器、第一减速器、第一齿轮组组成，所述的刚性底座支承顶板支柱，顶板与顶板支柱相连接，轴压总加压缸位于顶板内与顶板一体，第一滚珠丝杆一头与轴压总加压缸内的第一活塞相连接，一头与第一伺服电机相连，轴压总加压缸前开有第一油嘴，通过第一耐压管与各轴压分加压缸相连；所述的围压加载系统，由刚性支座、第二滚珠丝杆、第二伺服电机、围压伺服控制器、增压仓、围压分加压缸、第二活塞、精密压力表、第二耐压管、转换器、第二减速器、第二齿轮组、工作液体组成，刚性支座支承第二滚珠丝杆和增压仓，第二滚珠丝杆一端与增压仓的第二活塞相连，增压仓前开有第二油嘴，通过第二耐压管与各围压分加压缸相连，各围压分加压缸与相对应的岩石三轴压力室相连。
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