CN104596868B - 一种移轴式碎石道砟直剪仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移轴式碎石道砟直剪仪，所述直剪仪包括反力加力架以及设置在所述反力加力架内侧的直剪仪主体，所述直剪仪主体包括与所述反力加力架竖直连接的垂直加载机构、设置在所述垂直加载机构下的第一剪切盒、以及设置在所述第一剪切盒下的第二剪切盒、与所述第一剪切盒水平连接的水平加载机构、支承所述直剪仪主体的底座机构以及用于采集压力数据和位移数据的数据采集机构。本发明的移轴式碎石道砟直剪仪专用于铁路碎石道砟性能检测，具有拆装简便、能准确测出铁路道砟直剪性能的特点，其运动部件之间均通过滚珠或滚轴连接，能够抵消运动部件之间的摩擦力，最大程度上确保测量的精度并有利于延长使用寿命。

Description

一种移轴式碎石道砟直剪仪

技术领域

本发明涉及一种专用于铁路碎石道砟的直剪仪器，特别是涉及一种移轴式碎石道砟直剪仪。

背景技术

有砟轨道是我国铁路最主要的轨道结构形式之一，截止2004年底，我国既有铁路里程为7.44万公里，其中有砟轨道占99％以上。有砟轨道中的碎石道床由级配碎石组成，其服役状态直接影响到了铁路的安全运营以及日常的养护维修，其中有砟道床的养护维修工作中，75％以上均是针对碎石道床展开的。因此掌握铁路碎石道床的力学性能具有重要的工程实际意义。

岩土体的破坏和荷载下的失稳主要是由剪切破坏而引起的。在土工试验通常采用直剪仪来测定岩土体静载条件下的剪切强度。然而碎石道砟相比于传统的岩土材料具有强度高、粒径大等特点，是一种特殊的岩体集合。传统的直剪仪无法满足其要求。因此开发一种面向铁路行业，针对级配碎石直剪性能的测试设备就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的是提出一种专门用于铁路碎石道砟并且拆装简便、能准确测出铁路道砟直剪性能的移轴式碎石道砟直剪仪。

为实现上述目的，本发明提供了一种移轴式碎石道砟直剪仪，所述直剪仪包括反力加力架以及设置在所述反力加力架内侧的直剪仪主体，所述直剪仪主体包括与所述反力加力架竖直连接的垂直加载机构、设置在所述垂直加载机构下的第一剪切盒、以及设置在所述第一剪切盒下的第二剪切盒、与所述第一剪切盒水平连接的水平加载机构、支承所述直剪仪主体的底座机构以及用于采集压力数据和位移数据的数据采集机构，所述第一剪切盒通过滚珠与所述第二剪切盒相连接，所述垂直加载机构下设有与所述垂直加载机构轴向垂直的水平承载板，所述水平承载板通过滚轴与所述第一剪切盒相连接。

优选地，所述反力加力架包括至少两根竖直设置的立柱和横向设置在所述立柱顶部的反力横梁。

优选地，所述垂直加载机构包括垂直设置的加载器以及与所述加载器连接的第二液压顶。

优选地，所述水平加载机构包括与所述底座机构水平连接的第一液压顶以及与所述第一液压顶相配合的油压设备。

优选地，所述底座机构包括支承所述第一液压顶的液压顶反力底座、支承所述第二剪切盒的剪切盒反力底座以及连接所述液压顶反力底座与剪切盒反力底座的抗弯矩加强板。

优选地，所述数据采集机构包括设置在所述第一液压顶与所述第一剪切盒之间的水平压力传感器、设置在所述第二剪切盒上的水平位移传感器、设置在所述第一剪切盒外侧壁上的垂直位移传感器、设置在所述第二液压顶与所述水平承载板之间的垂直压力传感器以及与传感器相连接的数据实时采集器。

优选地，所述第二剪切盒的侧边上开具有凹槽，并且所述滚珠设置在所述凹槽中。

优选地，所述第二剪切盒通过设置在所述剪切盒反力底座上的卡槽进行固定。

优选地，所述第一剪切盒为无盖无底的金属方形框，所述方形框由钢板焊接而成。

优选地，所述水平承载板的上表面设有两条凸条，所述滚轴设置在所述凸条之间，并且所述凸条上设有盖板。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明的移轴式碎石道砟直剪仪专用于铁路碎石道砟性能检测，具有拆装简便、能准确测出铁路道砟直剪性能的特点，本发明直剪仪的运动部件之间均通过滚珠或滚轴连接，能够抵消运动部件之间的摩擦力，最大程度上确保测量的精度并有利于延长使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为移轴式碎石道砟直剪仪结构示意图；

图2为直剪仪主体结构示意图；

图3为直剪仪主体俯视示意图；

图4a为水平承载板俯视示意图；

图4b为水平承载板截面示意图；

图5a为滚轴安装示意图；

图5b为滚轴安装截面示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明中的垂直方向是指在垂直于反力横梁的方向，水平方向是指平行于反力横梁的方向。

本发明提供了一种移轴式碎石道砟直剪仪，该式碎石道砟直剪仪采用上移轴的设计原则设计，以确保剪切盒内的道砟受到最小程度的扰动。如图1所示，所述直剪仪包括反力加力架以及设置在所述反力加力架内侧的直剪仪主体20。所述反力加力架包括至少两根竖直设置的立柱19和横向设置在所述立柱19顶部的反力横梁18，所以立柱19能够给所述反力横梁18提供支撑力，而所述反力横梁18则用于给所述直剪仪主体20提供竖直方向的支撑力。

如图2所示，所述直剪仪主体20包括与所述反力加力架竖直连接的垂直加载机构、设置在所述垂直加载机构下的第一剪切盒7、以及设置在所述第一剪切盒7下的第二剪切盒8、与所述第一剪切盒7水平连接的水平加载机构、支承所述直剪仪主体20的底座机构以及用于采集压力数据和位移数据的数据采集机构。所述底座机构包括支承所述第一液压顶1的液压顶反力底座3、支承所述第二剪切盒8的剪切盒反力底座9以及连接所述液压顶反力底座3与剪切盒反力底座9的抗弯矩加强板4。

本发明的直剪仪主体20在使用时主要通过对试件施加垂直和水平的两向荷载，在此基础上获得试件的剪切性能参数。竖向荷载通过反力横梁18进行施加，水平荷载通过带有压力传感器的液压顶进行施加。具体地，如图2、图3所示，所述垂直加载机构包括垂直设置的加载器5以及与所述加载器5连接的第二液压顶11；所述水平加载机构包括与所述底座机构水平连接的第一液压顶1以及与所述第一液压顶1相配合的油压设备10。

进一步，仪器的数据采集机构主要分为水平、竖直两组，分别由位移及应力传感器构成。所述数据采集机构包括设置在所述第一液压顶1与所述第一剪切盒7之间的水平压力传感器2、设置在所述第二剪切盒8上的水平位移传感器14、设置在所述第一剪切盒7外侧壁上的垂直位移传感器13、设置在所述第二液压顶11与所述水平承载板17之间的垂直压力传感器16以及与传感器相连接的数据实时采集器12。

其中，所述垂直压力传感器16主要用于测量第二液压顶11所提供的垂向力。所述垂直位移传感器13将位移传感测量头架设于所述第一剪切盒7之上，以测量在剪切时所述第一剪切盒7相对于所述第一剪切盒7侧壁的竖向剪涨位移。所述水平压力传感器2用以测量并记录第一液压顶1的水平推力。所述水平位移传感器14的传感器测量头被设置在所述第一剪切盒7上，用于测量并记录所述第一剪切盒7与所述第二剪切盒8的相对位移。

进一步，所述第一剪切盒7通过滚珠15与所述第二剪切盒8相连接，所述垂直加载机构下设有与所述垂直加载机构轴向垂直的水平承载板17，所述水平承载板17通过滚轴6与所述第一剪切盒7相连接。所述第二剪切盒8的侧边上开具有凹槽，并且所述滚珠15设置在所述凹槽中。所述第二剪切盒8通过设置在所述剪切盒反力底座9上的卡槽进行固定。

在通过所述垂直加载机构对所述第一剪切盒7施加荷载时，所述第二液压顶11并不与第一剪切盒7直接接触，而是与第一剪切盒7上的水平承载板17接触。所述第一剪切盒7为无盖无底的金属方形框，所述方形框由钢板焊接而成。如图4a、图4b所示，所述水平承载板17的上表面设有两条凸条。如图5a、图5b所述滚轴6设置在所述凸条之间，并且所述凸条上设有盖板，用于承载所述第二液压顶11的推力。所述水平承载板17与第一剪切盒7之间通过滚轴相连接，其目的是在竖向荷载作用下水平推移所述第一剪切盒7时，能够抵消固定的垂直加载机构与第一剪切盒7之间的摩擦力。

本发明的直剪仪可参照如下步骤进行使用：

(1)、首先将第二剪切盒8放置在所述剪切盒反力底座9上，并利用所述剪切盒反力底座9上的卡槽将所述第二剪切盒8固定。

(2)、将滚珠15放置在所述第二剪切盒8侧边上的槽内。

(3)、将所述第一剪切盒7放置在所述第二剪切盒8上，并保证第一剪切盒7与第二剪切盒8之间依靠滚珠15接触。

(4)、将准备好的待测道砟试件放进所述第一剪切盒7和所述第二剪切盒8中，在放入道砟的过程中，按照分层填入的方式进行，一共分4层进行填入，每层填入完成后，采用人工捣固的方式进行捣固，以保证道砟的密实程度。

(5)、当道砟填满所述第一剪切盒7和所述第二剪切盒8之后，将所述水平承载板17盖在所述第一剪切盒7上。

(6)、安装所述水平压力传感器2和所述水平位移传感器14，所述水平压力传感器2一端顶住所述液压顶反力底座3，一端顶住所述第一液压顶1。所述第一液压顶1的顶伸端直接接触所述第一剪切盒7，以测量并记录第一液压顶1的水平推力。所述水平位移传感器14固定于第二剪切盒8上，传感器测量头被设置于第一剪切盒7上，用于测量并记录所述第一剪切盒7与所述第二剪切盒8的相对位移。

(7)、安装垂直压力传感器16和垂直位移传感器13；将所述垂直压力传感器16设置于垂直加载机构与水平承载板17之间，用于采集垂直加载机构所提供的垂向力。将所述垂直位移传感器13固定于所述第一剪切盒7的侧壁之上，并将位移传感测量头设置于水平承载板17之上，以测量在剪切时，所述水平承载板17相对于第一剪切盒7的竖向剪涨位移。

(8)、将4个传感器通过数据线与数据实时采集器12相连，并将所述数据实时采集器12与电脑相连接，以便实时观测、记录数据。

(9)、当所有的传感器连接完成后，先对上所述水平承载板17施加一定的垂向力，以压实试件，并通过电脑查看各个传感器是否能够正常采集数据。

(10)、设备均调试完成后，向所述垂直加载机构加载直至达到预定的压力值。待试件稳定后，开始对所述第一剪切盒7施加水平荷载，并随时观测传感器所测得的数据。直至所述第一剪切盒7内的道砟出现破坏或水平位移达到10cm，即停止水平方向的荷载，实验结束。得出水平推力与所述第一剪切盒7剪切位移间的关系曲线，分析得出碎石道砟的性能。

本发明的移轴式碎石道砟直剪仪专用于铁路碎石道砟性能检测，具有拆装简便、能准确测出铁路道砟直剪性能的特点，本发明直剪仪的运动部件之间均通过滚珠或滚轴连接，能够抵消运动部件之间的摩擦力，进而提高测量的精度并有利于延长使用寿命。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种移轴式碎石道砟直剪仪，其特征在于：所述直剪仪包括反力加力架以及设置在所述反力加力架内侧的直剪仪主体(20)，所述直剪仪主体(20)包括与所述反力加力架竖直连接的垂直加载机构、设置在所述垂直加载机构下的第一剪切盒(7)、以及设置在所述第一剪切盒(7)下的第二剪切盒(8)、与所述第一剪切盒(7)水平连接的水平加载机构、支承所述直剪仪主体(20)的底座机构以及用于采集压力数据和位移数据的数据采集机构，所述第一剪切盒(7)通过滚珠(15)与所述第二剪切盒(8)相连接，所述垂直加载机构下设有与所述垂直加载机构轴向垂直的水平承载板(17)，所述水平承载板(17)通过滚轴(6)与所述第一剪切盒(7)相连接，所述垂直加载机构包括垂直设置的加载器(5)以及与所述加载器(5)连接的第二液压顶(11)，所述反力加力架包括至少两根竖直设置的立柱(19)和横向设置在所述立柱(19)顶部的反力横梁(18)。

2.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：所述水平加载机构包括与所述底座机构水平连接的第一液压顶(1)以及与所述第一液压顶(1)相配合的油压设备(10)。

3.根据权利要求2所述的直剪仪，其特征在于：所述底座机构包括支承所述第一液压顶(1)的液压顶反力底座(3)、支承所述第二剪切盒(8)的剪切盒反力底座(9)以及连接所述液压顶反力底座(3)与剪切盒反力底座(9)的抗弯矩加强板(4)。

4.根据权利要求2所述的直剪仪，其特征在于：所述数据采集机构包括设置在所述第一液压顶(1)与所述第一剪切盒(7)之间的水平压力传感器(2)、设置在所述第二剪切盒(8)上的水平位移传感器(14)、设置在所述第一剪切盒(7)外侧壁上的垂直位移传感器(13)、设置在所述第二液压顶(11)与所述水平承载板(17)之间的垂直压力传感器(16)以及与传感器相连接的数据实时采集器(12)。

5.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：所述第二剪切盒(8)的侧边上开具有凹槽，并且所述滚珠(15)设置在所述凹槽中。

6.根据权利要求3所述的直剪仪，其特征在于：所述第二剪切盒(8)通过设置在所述剪切盒反力底座(9)上的卡槽进行固定。

7.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：所述第一剪切盒(7)为无盖无底的金属方形框，所述方形框由钢板焊接而成。

8.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：所述水平承载板(17)的上表面设有两条凸条，所述滚轴(6)设置在所述凸条之间，并且所述凸条上设有盖板。