CN105259023B - 一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样方法 - Google Patents

Abstract

一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样方法，包括工作台升降机构、承盘旋转机构、承盘定位机构。所述工作台升降机构包括升降杆，升降杆顶部设有支座，升降杆连接驱动电机。所述承盘旋转机构包括多层分布的承盘、转轴框架和转轴控制电机，每一个承盘安装在转轴框架上，承盘可绕转轴框架和转轴转动，转轴框架和转轴固定在一起且通过转轴连接控制电机。每一个承盘沿着外圆周分布有多个圆孔和一个开口，每一个圆孔均配有一个放置试样的承台；沿着承盘内圆周对应着多个圆孔开设有定位孔。所述承盘定位机构包括固定在压力室顶部的第一定位杆和底部的第二定位杆。本发明实现在不中断且不影响压力室中水‑岩作用的前提下，自动更换岩样进行单轴或流变压缩试验。

Description

一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样 方法

技术领域

本发明涉及土木工程中的岩石力学试验领域，具体是一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样方法。

背景技术

岩石力学试验是研究岩石力学与工程的重要手段,而进行岩石力学试验的关键则是要最大程度地模拟岩石的真实受力状态和赋存环境。在实际工程实践中，大量岩土工程问题需要了解岩石在各种水溶液、化学溶液等浸泡作用下的力学特性变化规律及机理。以建成并蓄水的三峡大坝为例，随着不同季节库水位的调整，库岸岩石在不同的压力条件下不间断地发生着水-岩作用，其中的机理和特性对库岸边坡安全具有重大意义。为了更加真实地模拟一定深度处库岸岩石的水-岩作用过程，需要设计一个浸泡岩石的密闭反应室，同时在反应室中施加一定的水压力，然后在该条件下进行不同周期的浸泡，最后直接在反应室中对浸泡后的岩样进行单轴压缩试验或单轴压缩流变压缩试验；或者在浸泡过程中同时施加荷载进行单轴压缩试验或者单轴压缩流变试验。同时，在岩石力学试验中，往往要开展多组岩样的试验，为了减小试验环境对试验结果的影响，最理想的情况是在反应室内实现自动换样，一个岩样压坏之后，自动换上另外一个岩样，不用打开反应室进行人工换样操作。目前虽然学者们在这方面进行了很多研究，但基于这种严格的赋存条件进行的试验或研究暂时还是空白，同时也没有一种仪器可以实现这种功能。

发明内容

为了解决这个问题以满足实际工程的需求，本发明在之前模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪的基础上，设计了一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样方法，以实现在不中断且不影响压力室中水-岩作用的前提下，自动更换岩样进行单轴或流变压缩试验。为更好地模拟真实的水-岩作用，准确地获得实验数据，提供了更加便利的工具。

本发明所采用的技术方案是：

一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构，包括工作台升降机构、承盘旋转机构、承盘定位机构。所述工作台升降机构包括升降杆，升降杆顶部设有支座，升降杆连接驱动电机，所述驱动电机用于驱动升降杆在压力室内升降。

所述承盘旋转机构包括转轴框架、控制电机、多层分布的承盘，每一个承盘安装在转轴框架上，承盘可绕转轴框架和转轴转动，转轴框架通过转轴连接控制电机；每一个承盘沿着外圆周分布有多个圆孔和一个开口，每一个圆孔均配有一个放置试样的承台；沿着承盘内圆周对应着多个圆孔开设有定位孔。

所述承盘定位机构包括固定在压力室顶部的第一定位杆和底部的第二定位杆，定位杆用于插入承盘的定位孔中来固定承盘。

所述定位杆连接伺服电机，所述伺服电机、驱动电机、控制电机均连接控制主机。

所述承盘由上至下分为三层。

本发明一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构及自动换样方法，技术效果如下：

1）、解决了水-岩作用研究中的应力状态和赋存环境模拟难题，能够提供更加真实可靠的试验数据，进而优化库岸安全防护的分析和预测结果。

2）、本发明的多层承盘和自动换样功能，可有效弥补水-岩作用试验周期长的缺点，极大的提高了科研效率，同时也消除了因不同批次试验中不同操作所引起的误差。

3）、本发明具有结构简单、易操作、自动化程度高的特点；能够很好地实现在密闭高压压力室内的自动换样功能，为研究库岸岩石的水-岩作用机理提供了更加精细的试验平台。

4）、本发明可以实现不间断、无干扰（外界空气）地进行水岩作用试验，进而实现更加真实地模拟一定深度的库岸岩石在不同水压力条件下的水-岩作用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的承盘俯视结构示意图。

其中：1-机架，2-升降工作台，3-升降杆，4-支座4，5-转轴，6-控制电机，7-承盘，8-承台，9-试样；10-轴向加压装置，11-第二定位杆，12-侧向变形测量装置，13-定位孔，14-有机玻璃管，15-不锈钢管；16-控制主机，17-开口，18-圆孔，19-转轴框架，20-第二定位杆。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构，包括工作台升降机构、承盘旋转机构、承盘定位机构。

所述工作台升降机构包括升降杆3，升降杆3顶部设有支座4，升降杆3连接驱动电机，所述驱动电机用于驱动升降杆3在压力室内缓慢升降。升降杆3由高强度高刚度的特定钢材制成，升降杆3的直径为50mm，支座4的直径为60mm。

所述压力室包括外层的：外径640mm、厚10mm的不锈钢管15；内层的：外径640mm、厚20mm的有机玻璃管14。

机架1上安装有升降工作台2，升降杆3安装在升降工作台2上。

所述压力室一侧设置有侧向变形测量装置12，该装置主要由量程为5mm的位移传感器和防水外壳组成，与控制主机16连接。

所述压力室顶部设有轴向加压装置10，该装置是由伺服液压动力源、位移传感器、力传感器、行程传感器组成，可根据需要整套采购，由控制主机16控制。

所述承盘旋转机构包括多层分布的承盘7和转轴框架19，承盘7由直径350mm厚度10mm的钢板制成。

每一个承盘7安装在转轴框架19上，承盘7可绕转轴框架19和转轴5转动，转轴框架19和转轴5固定在一起且通过转轴5连接控制电机6，当第一定位杆11、第二定位杆20未插入承盘7的定位孔13中时，承盘7会和转轴框架19一起转动；每一个承盘7沿着外圆周分布有11个直径65mm的圆孔18和一个直径75mm开口17，每一个圆孔18均配有一个放置试样9的承台8，承台8上部直径为70mm；沿着承盘7内圆周对应着11个圆孔18开设有11个定位孔13。

所述承盘定位机构包括固定在压力室顶部的第一定位杆11、第二定位杆20，第一定位杆11、第二定位杆20用于插入承盘7的定位孔13中来固定承盘7。

本发明优先实施例：承盘7由上至下分为三层：第一层承盘、第二层承盘、第三层承盘。

一种在密闭高压反应室中自动换样的方法，包括以下步骤：

步骤1：首先通过控制电机6旋转转轴框架19和承盘7，当第三层承盘的开口17对准升降杆3时，调节第二定位杆20以固定第三层承盘；然后继续通过控制电机6旋转转轴框架19和第一、二层承盘，使第二层承盘的开口对准升降杆3，并通过调节第二定位杆20固定第二、三层承盘；最后通过控制电机6旋转转轴框架19和第一层承盘，使第一层承盘的任一圆孔18对准升降杆3，并通过调节第一定位杆11固定第一层承盘。

步骤2：控制使升降杆3向上顶起第一层承盘上的承台8、试样9，然后进行单轴或流变试验；

步骤3： 当试样9破坏后，降下升降杆3，使承台8归位，然后调节第一定位杆11，并通过控制电机6调节第一层承盘，对第二个试样按步骤2进行单轴或流变试验，以此类推，直到第一层承盘上的试样全部做完；

步骤4：当第一层承盘上的试样做完之后，先调整第一定位杆11并通过控制电机6使第一层承盘的开口17对准升降杆3，然后通过第一定位杆11固定第一层承盘；再调整第二定位杆20释放第二层承盘，通过控制电机6使第二层承盘的任一圆孔18对准升降杆3，最后通过第一定位杆11固定第一、二层承盘；

步骤5： 参照步骤2、步骤3，对第二层承盘上的试样分别进行试验；

步骤6： 当第二层承盘上的试样做完之后，分别调节第一定位杆11和第二定位杆20，使第二层承盘的开口17和第一层承盘的任一圆孔18对准升降杆3，并用第一定位杆11和第二定位杆20分别固定第一、二层承盘和第三层承盘；

步骤7： 参照步骤2、步骤3，对第三层承盘上的试样分别进行试验。

所述第一定位杆11、第二定位杆20分别连接伺服电机，所述伺服电机、驱动电机、控制电机6均连接控制主机16。以上所有步骤中的调整和控制指令均可由控制主机16发出。

本发明中的控制结构可通过工作台升降机构、承盘旋转机构、承盘定位机构的配合，在密闭高压的空间内自动完成试样的更换。该控制结构中的工作台升降机构部分位于压力室内，既具备送样功能，还充当了单轴或流变试验中的承压底座。该控制结构中的承盘旋转机构由3层承盘、转轴框架和转轴控制电机组成，需要特别说明的是，通过这种巧妙的组合，不仅实现了整个结构的自动换样功能，而且还极大地提高了这类长周期试验的效率。

Claims (1)

1.一种在密闭高压反应室中自动换样方法，其特征在于：包括一种在密闭高压反应室中自动换样的控制结构，该控制结构包括工作台升降机构、承盘旋转机构、承盘定位机构，其特征在于，所述工作台升降机构包括升降杆（3），升降杆（3）顶部设有支座（4），升降杆（3）连接驱动电机，所述驱动电机用于驱动升降杆（3）在压力室内升降；所述承盘旋转机构包括转轴框架（19）、控制电机（6）、多层分布的承盘（7），每一个承盘（7）安装在转轴框架(19)上，承盘（7）可绕转轴框架（19）和转轴（5）转动，转轴框架（19）通过转轴（5）连接控制电机（6）；每一个承盘（7）沿着外圆周分布有多个圆孔（18）和一个开口(17)，每一个圆孔(18)均配有一个放置试样（9）的承台（8）；沿着承盘（7）内圆周对应着多个圆孔（18）开设有定位孔（13）；所述承盘定位机构包括固定在压力室顶部的第一定位杆（11）和底部的第二定位杆（20），第一定位杆（11）、第二定位杆（20）用于插入承盘（7）的定位孔（13）中来固定承盘（7），所述第一定位杆（11）、第二定位杆（20）连接伺服电机，所述伺服电机、驱动电机、控制电机（6）均连接控制主机（16），所述承盘（7）由上至下分为三层；

自动换样方法包括以下步骤：

步骤1：首先通过控制电机（6）旋转转轴框架（19）和承盘（7），当第三层承盘的开口（17）对准升降杆（3）时，调节第二定位杆（20）以固定第三层承盘；然后继续通过控制电机（6）旋转转轴框架（19）和第一、二层承盘，使第二层承盘的开口对准升降杆（3），并通过调节第二定位杆（20）固定第二、三层承盘；最后通过控制电机（6）旋转转轴框架（19）和第一层承盘，使第一层承盘的任一圆孔（18）对准升降杆（3），并通过调节第一定位杆（11）固定第一层承盘；

步骤2：控制使升降杆（3）向上顶起第一层承盘上的承台（8）、试样（9），然后进行单轴或流变试验；

步骤3： 当试样（9）破坏后，降下升降杆（3），使承台（8）归位，然后调节第一定位杆（11），并通过控制电机(6)调节第一层承盘，对第二个试样按步骤2进行单轴或流变试验，以此类推，直到第一层承盘上的试样全部做完；

步骤4：当第一层承盘上的试样做完之后，先调整第一定位杆（11）并通过控制电机（6）使第一层承盘的开口（17）对准升降杆（3），然后通过第一定位杆（11）固定第一层承盘；再调整第二定位杆（20）释放第二层承盘，通过控制电机(6)使第二层承盘的任一圆孔（18）对准升降杆（3），最后通过第一定位杆（11）固定第一、二层承盘；

步骤5： 参照步骤2、步骤3，对第二层承盘上的试样分别进行试验；

步骤6： 当第二层承盘上的试样做完之后，分别调节第一定位杆（11）和第二定位杆（20），使第二层承盘的开口(17)和第三层承盘的任一圆孔（18）对准升降杆（3），并用第一定位杆（11）和第二定位杆（20）分别固定第一、二层承盘和第三层承盘；

步骤7： 参照步骤2、步骤3，对第三层承盘上的试样分别进行试验。