CN106769399A - 多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，包括圆盘定位导向装置以及承压底座，圆盘定位导向装置包含依次同心连接的上部校准圆盘、中部位移传感器连接圆盘和下部岩石试件承力圆盘，所述中部位移传感器连接圆盘的外直径大于上部校准圆盘和下部岩石试件承力圆盘的外直径，在中部位移传感器连接圆盘的下端面与下部岩石试件承力圆盘相切的位置设有无线红外线仪定位装置。本发明具有高效经济、组装便捷、快速精准定位等特点，能够避免岩石试件加载过程中出现偏心，造成数据采集误差大等问题；本发明的方法推广性和可操作性强，能够满足现行岩石室内试验规程规定的技术条件，应用前景广阔，经济效益显著。

Description

多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置及使用方法

技术领域

本发明涉及多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置及使用方法，属于岩石试验领域。

背景技术

在岩石力学试验过程中，为深入研究岩石物理力学性能，试验机作为岩石力学主要测量岩石物理性能的首选仪器和必备工具，已经成为各大科研院所、高校必不可少的试验设备。随着全球科学技术的发展与工业生产要求的提高，经2016年试验及产业相关数据显示，中国试验机市场销售总额每年可高达40亿人民币。随着液压伺服技术与电子计算机技术的引入，液压伺服控制试验机实现了过去人工操作不可能完成的试验，促进了岩石力学性能研究达到了一个全新高度。

伴随着试验机的广泛应用，国内外诸多专家和研究学者对岩石力学物理力学参数进行了深入的研究。为了深入研究试验过程中的岩石力学性能，岩石试件一般被加工成圆柱体或正方体试件进行压缩或拉伸试验，但是，目前为止，无论是真三轴试验还是假三轴试验，仍处于人工手动操作水平阶段。对于液压伺服试验机，特别是对于直径小于80mm的岩石试件安装流程相对简单，一方面极易发生试验过程中岩石偏心加载问题，另一方面对于多尺寸的岩石试件，目前为止没有统一的垫块或标准钢模等进行试验，每做一组岩石试件，都需要加工相应尺寸的钢模垫块，造成经费和时间上的浪费，不利于岩石力学性能的研究，对学科发展产生不利影响。

对于此类诸多问题，有的研究人员在岩石试件安装过程中，通过上部垫块侧翼实现位移传感器的连接，采用游标卡尺等测量仪器对垫块和岩石试件的位置进行标定，保证轴心受压，这种试验方法一方面受到伺服试验机自由空间限制，游标卡尺在测量过程中很多情况下会由于位置的关系造成误差，另一方面标定位置的标记在此后的试验中容易被损毁，导致每次岩石试件轴压试验都需要进行量测或是标定，造成岩石力学试验时间上的浪费；很多研究人员借助液压伺服试验机底座，通过位移传感器连接装置固定试验底座垫块位置，并确定垫块尺寸80mm，保证试验机加载圆筒与试验机底座垫块圆心重合，并通过位移传感器采集数据控制防偏心加载，之后在底座上面安装岩石试件进行岩石力学试验，这样通过数据控制和处理能够实现试件的轴心受力，但是试验过程中的偏心问题需要试验结束后数据处理才能解决，试验的误差较大；还有的研究人员通过引入高科技技术，实现岩石试件的高清准确定位，已达到岩石试验轴心受压等，但是往往造成试验经费的超支，对于岩石常规试验应用性和可操作性较差。

综上所述，目前现有技术中尚未发现一种高效经济、结构简单、满足多尺度岩石试件加载要求，既能保证试验机加载筒体、试验垫块、岩石试件以及试验底部垫块完全轴心对中，又能保证在压缩过程中有效消除偏心现象，还能减少和节约试验垫块的重复加工过程和试验时间的岩石试件轴心快速定位试验装置及其试验方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置及使用方法，具有高效经济、组装便捷、快速精准定位等特点，能够避免岩石试件加载过程中出现偏心，造成数据采集误差大等问题；本试验装置和试验方法推广性和可操作性强，能够满足现行岩石室内试验规程规定的技术条件，应用前景广阔，经济效益显著。

技术方案：为实现上述目的，本发明的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，包括圆盘定位导向装置以及承压底座，所述岩石试件位于承压底座和圆盘定位导向装置之间，所述圆盘定位导向装置包含依次同心连接的上部校准圆盘、中部位移传感器连接圆盘和下部岩石试件承力圆盘，所述中部位移传感器连接圆盘的外直径大于上部校准圆盘和下部岩石试件承力圆盘的外直径，中部位移传感器连接圆盘上安装有位移传感器，在中部位移传感器连接圆盘的下端面与下部岩石试件承力圆盘相切的位置设有无线红外线仪定位装置，所述下部岩石试件承力圆盘的外直径与承压底座的外直径相同。

作为优选，所述承压底座上安装有三个卡盘，承压底座上圆周均布三条向心的矩形槽，卡盘位于矩形槽内，卡盘通过连接片与滑动基座连接，滑动基座下部设有槽印，在承压底座内设有沿承压底座转动的转盘，转盘上表面上设有螺纹槽，螺纹槽为平面螺纹，槽印与螺纹槽配合使用，转盘的下表面设有大锥齿轮盘，大锥齿轮盘与小锥齿轮盘啮合，小锥齿轮盘安装在转轴上，转轴通过轴承安装在承压底座上，转轴通过扳手钥匙转动。

作为优选，所述承压底座边缘部位设有反射感应器。

作为优选，所述承压底座上安装有三个卡盘，承压底座上圆周均布三条向心的矩形槽，卡盘位于矩形槽内，卡盘下方设有连接块，在矩形槽内安装有伺服电机，伺服电机的电机轴与连接块通过螺纹连接，伺服电机与控制器连接。通过控制器控制伺服电机转动从而带动连接块移动，连接块移动，从而带动卡盘移动。

一种上述的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置的使用方法，包括以下步骤：

a.平整试验场地，安放承压底座；

b.安放岩石试件，现将扳手钥匙插入扳手钥匙插入孔，若所测岩石试件直径为承压底座直径相同，则逆时针转动扳手钥匙，将卡盘向外移动至与承压底座相切位置，保证岩石试件与承压底座上下对齐即可；若所测岩石试件直径小于承压底座的直径，则顺时针转动扳手钥匙，卡盘带动岩石试件至轴心位置即可；

c.安装圆盘定位导向装置，激活开启无线红外线仪定位装置，调整圆盘定位导向装置，当上部校准圆盘上的无线红外线仪孔显示绿色即为同轴心位置；

d.将安装好的岩石试件及其试验装置安放到试验机位置；

e.若所测岩石试件直径为承压底座直径相同，则直接进行岩石力学试验即可；若所测岩石试件直径小于承压底座的直径，则逆时针转动扳手钥匙，使卡盘向外移动至与承压底座相切位置；

f.安装位移传感器，调整好后开始进行岩石试验。

有益效果：本发明的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，能够满足多尺寸岩石试件快速准确定位，避免试件加载过程中出现偏心，造成数据采集误差大的问题；经济高效，组装简便，只需要加工一套岩石试件加载装置即可满足岩石多尺度试验要求，既能够节省试验过程中加工钢模垫块的时间，又能够节省大量的试验加工费用，加速岩石试验高效进行。本试验装置和试验方法应用推广性强，基于岩石力学试验系统液压伺服控制平台进行开发研究，具有较强的实用性和可操作性，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为承压底座的结构示意图。

图4为承压底座的俯视结构示意图。

图5为扳动钥匙结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图5所示，本发明为一种多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，由圆盘定位导向装置1、无线红外线仪定位装置2、承压底座5组成，能够实现岩石力学试验多尺度试件轴心快速定位。所述圆盘定位导向装置1由上部校准圆盘15、中部位移传感器连接圆盘16和下部岩石试件承力圆盘17组成，三部分为一整体进行钢模加工而成。上部校准圆盘15直径d＝80mm，高h＝10mm，与液压伺服试验机加载圆筒尺寸相同，并承担加载圆筒施加的荷载，中部位移传感器连接圆盘16直径d＝140mm，高h＝20mm，沿直径方向向外延伸，延伸部分能够满足位移传感器360°监测位移数据，下部岩石试件承力圆盘17直径d＝80mm，高h＝20mm，与承压底座5直径尺寸相同，圆盘定位导向装置1能够将液压伺服试验机加载圆筒传递给岩石试件。

在本发明中，所述无线红外线仪定位装置2由3组无线红外线发射器及其反射感应器6组成，无线红外线仪定位装置2设置在中部位移传感器连接圆盘16下端面与下部岩石试件承力圆盘17相切的位置，红外线可通过信号控制沿下部岩石试件承力圆盘17切线方向发射，所述承压底座5边缘部位设有反射感应器6，红外线经反射在上部校准圆盘1孔口处显示为绿色，反之为红色。

在本发明中，所述承压底座5上安装有三个卡盘4，卡盘4与岩石试件接触的面设有防滑槽14，承压底座5上圆周均布三条向心的矩形槽，矩形槽之间的夹角为120°，卡盘4位于矩形槽内，卡盘4通过连接片12与滑动基座11连接，滑动基座11下部设有槽印，在承压底座5内设有沿承压底座5转动的转盘，转盘通过轴承安装在承压底座5上，转盘上表面上设有螺纹槽10，螺纹槽为平面螺纹，槽印与螺纹槽10配合使用，转盘每转动一个角度，三个卡盘4通过螺纹传动，移动若干个螺距的距离，从而三个卡盘4同步转动，转盘的下表面设有大锥齿轮盘9，大锥齿轮盘9与小锥齿轮盘8啮合，小锥齿轮盘8安装在转轴上，转轴通过轴承安装在承压底座5上，转轴通过扳手钥匙13转动。螺纹槽10范围为自圆心3cm—8cm范围内，圆心0—3cm为实心，所述大锥齿轮盘9与小锥齿轮盘8均为圆锥台形卡齿，保证齿齿之间紧密咬合。所述卡盘4底部后侧为滚轮形，满足卡盘4向外移动到承压底座5边缘时，能够沿着承压底座5切线方向移动，可实现对直径为8cm的岩石试件的轴心固定。所述承压底座5上下平面均为平正面，为光滑面，消除不平整面对岩石力学试验的影响。

在本发明中，所述承压底座5上安装有三个卡盘4，承压底座5上圆周均布三条向心的矩形槽，卡盘4位于矩形槽内，卡盘4下方设有连接块，在矩形槽内安装有伺服电机，伺服电机的电机轴与连接块通过螺纹连接，伺服电机与控制器连接。通过控制器控制伺服电机转动，从而精确的控制卡盘4的移动，从而可以同步的控制三个卡盘4的移动，使得卡盘4卡紧岩石试样。

在本发明中，所述扳手钥匙插入孔7内设置有正方形锁芯，正方形锁芯与转轴连接，所述扳手钥匙14与扳手钥匙插入孔7内相对应，耐久性强，不易损坏。

一种多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置的使用方法，包括以下几个步骤：

a.平整试验场地，安放承压底座5；

b.安放岩石试件3，若试件直径为80mm，则只需将岩石试件3与承压底座5上下对齐即可；若试件直径小于80mm，则安放岩石试件3与承压底座5相应刻度圈上下对齐，操作完成后检查校准；

c.安装圆盘定位导向装置1，激活开启无线红外线仪定位装置2，调整圆盘定位导向装置1到指定位置；

d.将安装好的岩石试件3及其试验装置安放到试验机位置；

e.调整承压底座5保证与圆盘定位导向装置1轴心对齐，若不对齐，则重新调试圆盘定位导向装置1，直至轴心对齐为止；

f.安装位移传感器，调整好后开始进行岩石试验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，其特征在于：包括圆盘定位导向装置以及承压底座，所述岩石试件位于承压底座和圆盘定位导向装置之间，所述圆盘定位导向装置包含依次同心连接的上部校准圆盘、中部位移传感器连接圆盘和下部岩石试件承力圆盘，所述中部位移传感器连接圆盘的外直径大于上部校准圆盘和下部岩石试件承力圆盘的外直径，中部位移传感器连接圆盘上安装有位移传感器，在中部位移传感器连接圆盘的下端面与下部岩石试件承力圆盘相切的位置设有无线红外线仪定位装置，所述下部岩石试件承力圆盘的外直径与承压底座的外直径相同。

2.根据权利要求1所述的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，其特征在于：所述承压底座上安装有三个卡盘，承压底座上圆周均布三条向心的矩形槽，卡盘位于矩形槽内，卡盘通过连接片与滑动基座连接，滑动基座下部设有槽印，在承压底座内设有沿承压底座转动的转盘，转盘上表面上设有螺纹槽，螺纹槽为平面螺纹，槽印与螺纹槽配合使用，转盘的下表面设有大锥齿轮盘，大锥齿轮盘与小锥齿轮盘啮合，小锥齿轮盘安装在转轴上，转轴通过轴承安装在承压底座上，转轴通过扳手钥匙转动。

3.根据权利要求1所述的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，其特征在于：所述承压底座边缘部位设有反射感应器。

4.根据权利要求1所述的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置，其特征在于：所述承压底座上安装有三个卡盘，承压底座上圆周均布三条向心的矩形槽，卡盘位于矩形槽内，卡盘下方设有连接块，在矩形槽内安装有伺服电机，伺服电机的电机轴与连接块通过螺纹连接，伺服电机与控制器连接。

5.一种权利要求1至3任一项所述的多尺度岩石试件轴心快速定位试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.平整试验场地，安放承压底座；

b.安放岩石试件，现将扳手钥匙插入扳手钥匙插入孔，若所测岩石试件直径为承压底座直径相同，则逆时针转动扳手钥匙，将卡盘向外移动至与承压底座相切位置，保证岩石试件与承压底座上下对齐即可；若所测岩石试件直径小于承压底座的直径，则顺时针转动扳手钥匙，卡盘带动岩石试件至轴心位置即可；

c.安装圆盘定位导向装置，激活开启无线红外线仪定位装置，调整圆盘定位导向装置，当上部校准圆盘上的无线红外线仪孔显示绿色即为同轴心位置；

d.将安装好的岩石试件及其试验装置安放到试验机位置；

e.若所测岩石试件直径为承压底座直径相同，则直接进行岩石力学试验即可；若所测岩石试件直径小于承压底座的直径，则逆时针转动扳手钥匙，使卡盘向外移动至与承压底座相切位置；

f.安装位移传感器，调整好后开始进行岩石试验。