CN106708116B - 一种微型多功能水压强控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型多功能水压强控制器，微型多功能水压强控制器的步进电机固定在移动座上，移动座与移动导轨滑动连接，移动导轨固定在机架上，滚珠丝杠的左端固定在移动座的上，右端安装在丝杠固定座支座上，轴端与步进电机连接。双列水缸组件中的两个水缸平行并排放置在移动座两侧，两个水缸的一端通过水管路连通为一体，另一端两个活塞杆均通过水缸螺母将活塞杆固定在加载板上。高精度光栅尺的尺身两端悬空固定在移动座上，随移动座做往复移动；高精度光栅尺的读数头固定在丝杠螺帽固定座上，测得移动座的位移，和水缸的活塞运动行程。本发明能够实现静态围压控制、动态波形围压控制、高精度定位和量测排水体积。

Description

一种微型多功能水压强控制器
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种微型多功能水压强控制器。
背景技术
三轴仪是土工试验领域最常见的一种土工实验设备，其组成可分成围压控制系统、轴向力加载系统、测量系统，其中围压系统的水压强的产生可以由水压强控制器完成。现存的水压强控制器按功能分，有静态恒载类，能模拟土的一般工况实现常规的围压控制；有动态波形荷载类，能模拟波浪荷载、地震荷载实现随机波或自定义波形荷载控制；按结构形式分，有直列式和错位式。以上所列水压强控制器都能替换实验室内的室内压力源满足相应的实验要求，但在功能上不具有多样性，难以满足试验的需求；在结构上体积偏大，安装也不方便。另外，现存水压强控制器能用来研究饱和土的孔隙水压力对土体强度的影响，如动孔隙水压力对土体强度的影响等；但是对于目前土力学研究的热点领域-非饱和土土力学来讲，研究孔隙水压力或者孔隙气压力对土体的强度影响时，就要求水压强控制器能高精度定位并量测排水体积。基于以上现状，研究一种集成静荷载、动荷载、智能反馈、循环控制、结构巧妙体积小、具有排水体积量测功能等众多优势于一体的微型多功能水压强控制器具有明显的实用价值。
发明内容
本发明提供一种微型多功能水压强控制器，技术方案具体为：
一种微型多功能水压强控制器，包括步进电机、联轴器、滚珠丝杠传动系、移动座、双列水缸组件、高精度光栅尺、限位开关、水管路和机架。
所述步进电机4固定安装在移动座8的右板上；所述移动座8与移动导轨11滑动连接，做往复移动运动；所述移动导轨11固定在机架1上；所述滚珠丝杠12的左端通过丝杠支持座19固定在移动座8的左板上，右端通过丝杠固定座16安装在丝杠固定座支座7上，轴端通过联轴器17与步进电机4连接，所述滚珠丝杠12的螺帽18固定在丝杠螺帽固定座15上；所述丝杠固定座支座7固定在移动座8底板上；所述丝杠螺帽固定座15固定在机架1上。
所述双列水缸组件包括两个水缸2、四个水缸座14和水缸螺母9，所述水缸2包括铝制筒、活塞和活塞杆，用于产生一定的水压强；所述两个水缸2的布置形式是平行并排放置，即所述两个水缸2通过四个水缸座14平行对称固定在移动座8两侧，两个水缸2的一端通水孔通过水管路3连通为一体，输送一定的水压强到围压或实验系统，另一端两个活塞杆均通过水缸螺母9将活塞杆固定在加载板10上；所述加载板10固定在移动座8的左板上，加载板10截面是等强度不规则截面，通过移动座8的移动带动水缸活塞杆的移动，产生水压强。
所述高精度光栅尺5的尺身两端悬空固定在移动座8的左板和右板上，随移动座8一起做往复移动；所述高精度光栅尺5的读数头固定在丝杠螺帽固定座15上，当移动座8做往复移动时，高精度光栅尺5的读数头就会相对于移动座8有相对位移，即测得移动座8的位移，也就是水缸2的活塞运动行程；所述限位开关13固定在机架1上，安装在运动行程极限位置处，其探头略伸进移动座8空腔内，移动座8往右移动时，当移动座8左板触碰限位开关的探头，步进电机4停止转动，移动座8往左移动时，当丝杠固定座支座7触碰限位开关探头时，步进电机4停转，起到保护仪器的作用。
本发明的有益效果为：本发明能够实现静态围压控制、动态波形围压控制、高精度定位和量测排水体积；本发明采用双缸并排放置并连通的水缸，这种布置形式大大缩小了整个仪器的体积，并且每个活塞单位排水体积小，能实现较高的控制精度，压力响应速率大大提高；本发明的丝杠副传动采用固定螺帽，螺杆移动的方式，移动座及固定在移动座的连接件有相对大的惯性，受步进电机振动的影响较小，并且整个控制系统采用PID控制算法，实现更高精度的反馈调节，整个加载系统更为稳定。
附图说明
图1为总体结构图；
图2为结构俯视图；
图3为移动副结构图；
图中：1机架；2水缸；3水管路；4步进电机；5高精度光栅尺；6光栅尺固定螺钉；7丝杠固定座支座；8移动座；9水缸螺母；10加载板；11移动导轨；12滚珠丝杠；13限位开关；14水缸支座；15丝杠螺帽固定座；16丝杠固定座；17联轴器；18丝杠螺帽；19丝杠支持座。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步阐述：
步进电机4通过联轴器17将传动传递给滚珠丝杠12，由于滚珠丝杠的螺帽18与丝杠螺帽固定座15固定在机架1上，所以步进电机的旋转运动就转换成丝杆杆的往复移动，而滚珠丝杠又固定在移动座8上，所以移动座8就在移动导轨11上往复移动；移动座8左板上固定加载板10，所以最终运动通过加载板10传递到水缸2的活塞杆上，同时移动座8正上方固定了高精度光栅尺5，高精度光栅尺5的尺身随着移动座8做直线运动，而读数头则通过丝杠螺帽固定座15固定在机架1上，这样尺身和读数头的相对运动就实时记录了移动座8的精确位置，进而得到活塞的行程实现排水体积的量测；通过安装在运动行程极限位置处的限位开关13，保护仪器意外损坏。当活塞有一定的行程产生相应的水压强时，步进电机4通过计算机采集压力传感器的数据实现闭环反馈控制，压力精度控制在1kpa，有着易操作人机交互界面的控制系统能实现不同试验要求的加载方式，比如静恒载、动态波形荷载、循环荷载等。

Claims (3)

1.一种微型多功能水压强控制器，其特征在于，所述的微型多功能水压强控制器包括步进电机(4)、联轴器(17)、滚珠丝杠传动系、移动座(8)、双列水缸组件、高精度光栅尺(5)、限位开关(13)、水管路(3)和机架(1)；
所述步进电机(4)固定安装在移动座(8)的右板上；所述移动座(8)与移动导轨(11)滑动连接，做往复移动运动；所述移动导轨(11)固定在机架(1)上；滚珠丝杠(12)的左端通过丝杠支持座(19)固定在移动座(8)的左板上，右端通过丝杠固定座(16)安装在丝杠固定座支座(7)上，轴端通过联轴器(17)与步进电机(4)连接，所述滚珠丝杠(12)的丝杠螺帽(18)固定在丝杠螺帽固定座(15)上；所述丝杠固定座支座(7)固定在移动座(8)底板上；所述丝杠螺帽固定座(15)固定在机架(1)上；
所述双列水缸组件包括两个水缸(2)、四个水缸座(14)和水缸螺母(9)，所述水缸(2)包括铝制筒、活塞和活塞杆；所述两个水缸(2)通过四个水缸座(14)平行并排固定在移动座(8)两侧，两个水缸(2)的一端的通水孔通过水管路(3)连通为一体，输送水压强到围压或实验系统，另一端的两个活塞杆均通过水缸螺母(9)将活塞杆固定在加载板(10)上；所述加载板(10)固定在移动座(8)的左板，通过移动座(8)的移动带动水缸活塞杆移动，产生水压强；
所述高精度光栅尺(5)的尺身两端悬空固定在移动座(8)上，随移动座(8)做往复移动；所述高精度光栅尺(5)的读数头固定在丝杠螺帽固定座(15)上，移动座(8)做往复移动时，高精度光栅尺(5)的读数头相对于移动座(8)进行相对位移，测得移动座(8)位移，得到水缸(2)的活塞运动行程；所述限位开关(13)固定在机架(1)上，安装在运动行程极限位置处，其探头伸进移动座(8)空腔内，起到保护仪器的作用。
2.根据权利要求1所述的一种微型多功能水压强控制器，其特征在于，所述的移动座(8)往右移动时，当移动座(8)左板触碰限位开关(13)的探头，步进电机(4)停止转动；移动座(8)往左移动时，当丝杠固定座支座(7)触碰限位开关(13)探头时，步进电机(4)停转。
3.根据权利要求1或2所述的一种微型多功能水压强控制器，其特征在于，所述的加载板(10)截面是等强度不规则截面。
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