CN106769428A - 一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置 - Google Patents

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朱珍德
吴楠
孔洋
卢文斌
孙赑
田源
何志磊
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Abstract

本发明公开了一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，包括中空的岩石承压垫盘、在垫盘内旋转的卡轮以及用于夹紧岩样的卡盘，所述卡轮表面设有从轴心出发的圆形螺纹，所述岩石承压垫盘的顶面沿径向开设有十字形推进通槽，四个卡盘分别对应穿过一条通槽并与卡轮上的螺纹配合，卡轮转动带动卡盘在通槽中移动。本发明装置通过垂直方向上对称设置的四个卡盘对岩样进行轴心定位，卡盘两两对应，能够防止轴心对中过程中因角度偏差造成的轴心误差；经济实用，高效便捷，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。

Description

一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置
技术领域
本发明涉及一种液压伺服控制试验机，具体涉及一种液压伺服控制试验机的底座垫块装置。
背景技术
在液压伺服控制试验过程中，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、高校为深入研究岩石物理力学性能必不可少的试验设备。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。
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。
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液压伺服控制，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。此外，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，造成液压伺服控制时间上的浪费。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，以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，目前岩石液压伺服控制试验现有技术中尚未发现一种高精准定位、高效便捷、操作简单、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精确定位的试验装置。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，具有快速精准定位、经济适用、高效便捷等特点，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，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。
技术方案：本发明提供了一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，包括中空的岩石承压垫盘、在垫盘内旋转的卡轮、用于夹紧岩样的卡盘以及控制显示机构，所述卡轮表面设有从轴心出发的圆形螺纹，所述岩石承压垫盘的顶面沿径向开设有十字形的推进通槽；
所述卡盘的底部通过卡盘连接器与移动推进器固定，所述移动推进器的底面设有与圆形螺纹相适配的推进插件，四个卡盘的卡盘连接器分别对应穿过一条通槽且推进插件与卡轮上的螺纹配合，卡轮转动带动卡盘在通槽中移动，所述卡盘用相对的四个侧面夹装岩样，所述侧面设有阵列排布的橡胶弧面凸起，可增大与圆柱形岩石试件接触面的摩擦力，保护岩石试件因夹持过紧发生的刚度损伤；
所述控制显示机构包括控制器、显示屏以及设置在垫盘内的伺服电机，所述伺服电机的输出轴与卡轮的转轴连接并驱动卡轮转动，所述控制器通过控制卡轮的转速来调节卡盘距离轴心的距离，并在显示屏上进行显示。
进一步，所述卡盘连接器为穿过推进通槽的矩形薄片，所述移动推进器的顶面设有供其嵌入固定的凹槽。
进一步，每个卡盘底部推进插件的凸起间距与圆形螺纹的螺距相同，所述推进插件的两侧还设有毛刷。
进一步，所述卡盘的高度为2cm，在高度方向上设置三个阶梯状台阶，台阶一方面增大了卡盘与岩石试件的接触面积，另一方面还能够满足高度较大岩石试件的轴心试验要求。
进一步，转轴通过轴承安装在承压垫盘上，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。
有益效果：本发明装置通过垂直方向上对称设置的四个卡盘对岩样进行轴心定位，卡盘两两对应，能够防止轴心对中过程中因角度偏差造成的轴心误差，通过控制显示机构精准调节卡盘移动距离，避免因手动过程造成的误差，节省人力和调节时间，能够满足多尺寸岩石试件快速精确定位，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；经济实用，高效便捷，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。
附图说明
图1为本发明的四爪卡盘试验装置的结构示意图；
图2为装置的俯视结构示意图。
图3为卡盘的结构示意图。
图4为显示器示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，如图1、2所示，包括岩石承压垫盘1、四个卡盘2、卡轮11和控制显示机构。
岩石承压垫盘1为中空的圆柱体，在垫盘1的内部设有沿其横截面布置的卡轮11，卡轮11的中心对应垫盘1的轴线。卡轮11的上表面设有从轴心出发的平面圆形螺纹6，圆形螺纹6平均分布在自轴心3cm至8cm的圆环范围内。卡轮11的轴心处设有转动轴承8，电机9的输出轴驱动转动轴承8并带动卡轮11旋转。
岩石承压垫盘1的顶面沿相互垂直的径向开设有四条呈十字形的推进通槽10，每条推进通槽10内对应安装有一个卡盘2。如图3所示，卡盘2的高度为2cm，在高度方向上设置三个阶梯状台阶，自上而下第一台阶高为0.5cm，第二台阶高为0.75cm，第三台阶高为0.75cm。四个卡盘2用相对的四个侧面夹紧岩样，与岩石接触的该侧面设置有3列共48个橡胶弧面凸起7，凸起7呈半球状，增大摩擦起到缓冲作用，夹持更加稳固。卡盘2的底部通过卡盘连接器3与移动推进器4固定，卡盘连接器3是可以穿过推进通槽10的矩形薄片，移动推进器4的顶面设有供其嵌入固定的凹槽。移动推进器4的底面设有与圆形螺纹相适配的推进插件5，推进插件5的凸起间距与圆形螺纹6的螺距相同，推进插件5两侧设有毛刷，以避免长期使用后在圆形螺纹6上产生积尘，影响滑动。在卡轮11转动时，推进插件5在圆形螺纹6的驱使下带动卡盘2沿通槽10方向向轴心方向移动若干个螺距的距离，四个卡盘2同步动作以夹紧岩样。
如图4所示，控制显示机构包括设置在垫盘1内的控制器、与之相连的伺服电机9和显示屏12，控制器控制伺服电机9由此驱动卡轮11转动，根据输入待测岩样的尺寸大小，确定卡盘2距离轴心的距离，从而精确控制卡盘2的同步移动，使得卡盘2卡紧岩石试样，该距离在显示屏12上进行显示。通过显示屏12上的充电插口13对控制显示机构补充电能，并可通过距离调节按钮14控制控制器对电机的驱动，调节卡盘2自距离轴心3cm处沿通槽10向远离轴心方向的运动，距离调节按钮14调节范围为3cm～5cm。

Claims (4)

1.一种岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，其特征在于：包括中空的岩石承压垫盘、在垫盘内旋转的卡轮、用于夹紧岩样的卡盘以及控制显示机构，所述卡轮表面设有从轴心出发的圆形螺纹，所述岩石承压垫盘的顶面沿径向开设有十字形的推进通槽；
所述卡盘的底部通过卡盘连接器与移动推进器固定，所述移动推进器的底面设有与圆形螺纹相适配的推进插件，四个卡盘的卡盘连接器分别对应穿过一条通槽且推进插件与卡轮上的螺纹配合，卡轮转动带动卡盘在通槽中移动，所述卡盘用相对的四个侧面夹装岩样，所述侧面设有阵列排布的橡胶弧面凸起；
所述控制显示机构包括控制器、显示屏以及设置在垫盘内的伺服电机，所述伺服电机的输出轴与卡轮的转轴连接并驱动卡轮转动，所述控制器通过控制卡轮的转速来调节卡盘距离轴心的距离，并在显示屏上进行显示。
2.根据权利要求1所述的岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，其特征在于：所述卡盘连接器为穿过推进通槽的矩形薄片，所述移动推进器的顶面设有供其嵌入固定的凹槽。
3.根据权利要求1所述的岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，其特征在于：每个卡盘底部推进插件的凸起间距与圆形螺纹的螺距相同，所述推进插件的两侧还设有毛刷。
4.根据权利要求1所述的岩石试件轴心精确定位的四爪卡盘试验装置，其特征在于：所述卡盘的高度为2cm，在高度方向上设置三个阶梯状台阶。
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