CN105758727A - 一种电动黄土拉伸仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动黄土拉伸仪，固定端法兰通过连接螺栓与基座固连；固定端弹性夹头与固定端法兰为螺栓连接；固定端紧固圈与紧固圈支座固连并安装于滑轨上，试样支座安装于滑轨上，施力端紧固圈与紧固圈支座固连并安装于滑轨上，可沿滑轨滑动；施力端弹性夹头具有双耳片，通过销轴与关节轴承连接；关节轴承和拉压力传感器分别连接于球铰的左右侧；拉压力传感器与直线电动缸连接；直线电动缸及其直线电动缸支座通过连接螺栓与滑轨支座连接；滑轨支座安装于滑轨上，可沿滑轨进行位置调节；滑轨则与基座螺栓固连；滑轨支座固定块用于连接滑轨支座和基座。本发明操作简单效果好，具有可操作性，能够实现应力控制式拉伸试验和应变控制式拉伸试验。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种土工试验仪器，特别是一种电动黄土拉伸仪。
背景技术
黄土是一种特殊的第四纪大陆松散堆积物，在世界各地分布较广，其中亚洲分布最广。我国黄土的分布面积约为64万km2，占国土面积的6.3％，主要分布在西北、华北和东北地区，这些地区位于我国大陆的内部西北沙漠区的外围东部地区，拥有丰富的石油、天然气、煤炭和土地资源。然而，典型的黄土具有大孔隙、弱胶结的微结构，在干燥状态下具有较高的力学强度，一旦受到浸湿其力学强度急剧降低，因此对黄土力学性质的研究成为黄土地区工程建设必须考虑的问题。
强度问题是黄土的重要的力学指标之一，是工程勘察设计施工的重要依据之一。由于土工建筑物承受抗拉的能力较弱,黄土的抗拉强度值甚小,在一般情况下设计人员更多的研究土体的抗剪、抗压强度，对黄土的抗拉强度不予考虑。然而在许多工程问题中，土体的开裂却是由于土体的拉伸破坏引起的，如土体或地基发生较大不均匀沉降而产生的裂缝，挡土墙后的土体及土坡滑移体由于拉伸破坏而开裂的现象，土体中由于孔隙水压力的提高引起的拉伸裂缝等。由于抗拉强度往往被人忽视甚至忽略不计，由此造成了严重的岩土工程问题，以至于带来巨大的经济损失，因此对黄土的抗拉强度研究更具现实意义。
在土工试验中，测定土体抗拉强度常用的试验方法有单轴拉伸试验、三轴拉伸试验和土梁弯曲试验。单轴拉伸试验采用将土体一端固定，对另一端通过砝码施加拉力的方式进行，砝码的重量即为土体所受拉力。此方法由于所加砝码数量的限制，不能给土样施加较大的拉力，其使用范围受限，且在试验过程中，连接土样与砝码的钢丝绳易发生弹性变形，造成施加拉力较大的损失，严重影响测试数据。三轴拉伸试验是将试样进行竖向拉伸，试验过程中试样外表面需涂一层硅脂，由此增加了试样在轴向的摩擦力及约束力，所得土体抗拉强度值偏大，且在试验过程中需对竖向放置的试样两端保证胶结状态也是较为困难的，对于黄土这种松散堆积物适用性较差。土梁弯曲试验是在模具中将土样分层夯实后进行的弯曲拉伸试验，无法对原状黄土进行试验，尤其是当黄土试样的含水率较大时进行夯实易形成“橡皮土”。由于目前缺乏针对黄土进行拉伸试验的仪器，因此关于黄土抗拉强度的研究甚少。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种电动黄土拉伸仪，该仪器操作简单效果好，具有可操作性，能够实现应力控制式拉伸试验和应变控制式拉伸试验。
本发明的技术方案是这样实现的：
固定端法兰通过连接螺栓与基座固连；固定端弹性夹头与固定端法兰为螺栓连接；固定端紧固圈与紧固圈支座固连并安装于滑轨上，可沿滑轨滑动；试样支座安装于滑轨上，可沿滑轨滑动；施力端紧固圈与紧固圈支座固连并安装于滑轨上，可沿滑轨滑动；施力端弹性夹头具有双耳片，通过销轴与关节轴承连接；关节轴承和拉压力传感器分别连接于球铰的左侧和右侧；拉压力传感器与直线电动缸连接；直线电动缸及其直线电动缸支座通过连接螺栓与滑轨支座连接；滑轨支座安装于滑轨上，可沿滑轨进行位置调节；滑轨则与基座螺栓固连；滑轨支座固定块用于连接滑轨支座和基座。
本发明的技术效果：
本发明的弹性夹头和紧固圈可对直径为20cm的圆柱试样进行试验，试样长度可根据研究需求灵活选取，大尺寸的试样尽可能的消减了土体性质的差异性，试验所测数据能更真实地反映土样的力学性能。本发明仪器采用弹性夹头和紧固圈对试样进行固定，在尽量减少对试样扰动的情况下通过紧固圈紧固螺栓的松紧调节状态来保证不同试样的夹紧固定，操作简单且效果好。本发明仪器将试样置于移动滑轨支座上，消除了试样重力，并有效降低了摩擦力的影响，提高了较大含水率黄土试样和重塑黄土试样拉伸试验的可操作性。本发明仪器将试样安装台和水平拉力加荷装置均置于移动支座上，增加了仪器使用的灵活性；仪器各部件均采用机械连接，特别方便进行零部件的维护与更换，为节约使用成本提供了便利，易于推广。
附图说明
图1是本发明电动黄土拉伸仪结构图；
图2是本发明固定端弹性夹头结构示意图；
图3是本发明紧固圈结构示意图；
图4是本发明施力端弹性夹头结构示意图。
1-基座2-固定端法兰3，22-连接螺栓4-固定端弹性夹头5，11-紧固圈紧固螺栓6-固定端紧固圈7，9-紧固圈支座8-试样支座10-施力端紧固圈12-施力端弹性夹头13-销轴14-关节轴承15，24-滑轨16-球铰17-拉压力传感器18-位移传感器19-直线电动缸支座20-滑轨支座固定块21-直线电动缸23-滑轨支座25-控制和数据采集机箱。
具体实施方式
如图1所示，1为基座，用于支承整个仪器平台；2为固定端法兰，用于支撑固定端弹性夹头和紧固圈；3和22为连接螺栓，分别用于连接法兰、滑轨支座和基座连接；4为固定端弹性夹头(结构如图2所示)，主要用于固定端试样放置；5和11为紧固圈紧固螺栓，用于夹紧紧固圈并防止拉伸时试样脱落；6为固定端紧固圈(结构如图3所示)，用于给土样施以均匀夹紧力；7和9为紧固圈支座，与紧固圈固连，用于支撑紧固圈；8为试样支座，用于支撑被测试样；10为施力端紧固圈(结构如图3所示)，用于施力端夹紧试样；12为施力端弹性夹头(结构如图4所示)，除了用于施力端试样放置，还用于与施力装置连接；13为销轴，用于关节轴承和弹性夹头连接；14为关节轴承；15和24为滑轨；16为球铰，用于保证水平直线载荷与轴线对中，防止力偏心产生倾斜力矩；17为拉压力传感器，用于测量水平直线拉力；18为位移传感器，用于测量水平方向位移，计算试样的拉伸变形量；19为直线电动缸支座，用于支撑电动缸；20为滑轨支座固定块，用于连接滑轨制作和基座；21为直线电动缸，用于提供水平直线拉压力；23为滑轨支座，用于支撑直线电动缸支座及直线电动缸；25为控制和数据采集机箱，用于仪器测试控制和数据采集处理。
参照2所示，固定端弹性夹头4采用爪形薄片结构，该结构具有一定弹性，针对所削土样无法严格保证圆形的问题，该结构的弹性变形可适应于土样的形状，同时紧固圈紧固时，可通过弹性夹头的变形将土样夹紧，避免了施加拉力时土样松脱。
参照图3所示，紧固圈为开口圆环形，便于套在弹性夹头上；开口两端处设计有椭圆形螺栓孔，便于螺栓与螺母对准连接，确保紧固弹性夹头，夹紧力可通过拧紧螺栓保证。
参照图4所示，施力端弹性夹头12同样采用爪形薄片结构，其功能原理与固定端弹性夹头4相同。二者的共同点是抓紧薄片结构具有弹性，中间圆盘具有较强刚度，这是为了避免在试样拉伸时产生变形影响试验测试精度。二者区别在于连接接口，固定端弹性夹头4在中心开有8个螺栓孔，用于与固定端法兰2连接；施力端弹性夹头12连接接口为双耳片，通过销轴13与关节轴承14相连。
该仪器主要用于对黄土进行抗拉强度测试。
试验前先将试样切削好并按试验需求进行含水率配制，后将配好含水率的试样两端用环氧树脂固化，两端固化的尺寸可根据试样情况确定，待试验制备完成后将其居中放置于试样支座8上。移动安装于滑轨15上的紧固圈支座7和固定端紧固圈6，使其套于固定端弹性夹头4上，此时紧固圈紧固螺栓5处于松开状态。移动支座8使试样一端水平进入固定端弹性夹头4，接着移动安装于滑轨15上的紧固圈支座9和施力端紧固圈10，使其套于试样另一端，此时紧固圈紧固螺栓11处于松开状态，通过滑轨15调整试样两端安放位置，使固定端和施力端的弹性夹头和紧固圈完全重合。分别拧紧紧固圈紧固螺栓5和11，确保固定端和施力端夹紧试样两端，完成试样安装。
试样安装完成后即可调试施力装置进行拉力加载。首先用销轴13将关节轴承14和施力端弹性夹头12进行连接，通过滑轨24调整水平加载装置(即由关节轴承14、球铰16、拉压力传感器17、直线电动缸支座19、直线电动缸21和滑轨支座23组成)各组件水平位置，再拧紧连接螺栓22，同时采用滑轨支座固定块20(两侧均有)将滑轨支座和基座进行连接，即完成整个仪器连接，可进行试样拉伸试验。
拉力加载装置调试完成后即可开始试验，试验可通过两种方式进行，即施加一定的拉力测试试样的拉伸变形量和控制一定的拉伸速度测试试样的抗拉力。首先启动直线电动缸21，按试验要求施加一定大小的水平拉力或拉伸速度，依次通过拉压力传感器17、球铰16、关节轴承14、销轴13、施力端弹性夹头12将拉力施加于试样。控制和数据采集机箱25实时采集拉压力传感器17和位移传感器18的数据进行处理，显示于控制面板。试样、紧固圈、弹性夹头以及直线电动缸、滑轨支座等均支撑于滑轨上，便于水平调节各连接件相对位置，并尽量减小重力对试验过程的影响，进而提高测试精度。
试验结束后，停止直线电动缸21，松开销轴13，分离关节轴承14和施力端弹性夹头12，接着松开紧固圈紧固螺栓5和11，将试样沿水平滑轨移出。试样拆卸后可对断裂面进行直观观察，确定试样状态，获得最精确资料，并利于土样的采集，用于进一步的物理力学参数测试分析。
Claims (8)
1.一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，固定端法兰(2)与基座(1)固连；固定端弹性夹头(4)与固定端法兰为螺栓连接；固定端紧固圈(6)与紧固圈支座(7)固连并安装于滑轨(15)上，可沿滑轨(15)滑动；试样支座(8)安装于滑轨(15)上，可沿滑轨(15)滑动；施力端紧固圈(10)与紧固圈支座(9)固连并安装于滑轨(15)上，可沿滑轨(15)滑动；施力端弹性夹头(12)与关节轴承(14)连接；关节轴承(14)和拉压力传感器(17)分别连接于球铰的左侧和右侧；拉压力传感器(17)与直线电动缸(21)连接；直线电动缸(21)及其直线电动缸支座(19)与滑轨支座(23)连接；滑轨支座(23)安装于滑轨(24)上，可沿滑轨(24)进行位置调节；滑轨(15)和(24)与基座(1)螺栓固连；滑轨支座固定块(20)用于连接滑轨支座(23)和基座(1)。
2.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，施力端弹性夹头(12)具有双耳片。
3.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，固定端法兰(2)通过连接螺栓(3)与基座(1)固连。
4.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，施力端弹性夹头(12)通过销轴(13)与关节轴承(14)连接。
5.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，直线电动缸(21)及其直线电动缸支座(19)通过连接螺栓(22)与滑轨支座(23)连接。
6.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，固定端弹性夹头(4)采用爪形薄片结构，固定端弹性夹头(4)在中心开有八个螺栓孔，用于与固定端法兰(2)连接；该结构具有弹性。
7.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，紧固圈为开口圆环形，套在弹性夹头上；开口两端处设计有椭圆形螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的一种电动黄土拉伸仪，其特征在于，施力端弹性夹头(12)同样采用爪形薄片结构，施力端弹性夹头(12)连接接口为双耳片，通过销轴(13)与关节轴承(14)相连。
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