CN106769493B - 一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，包括立柱，立柱上下端分别对应设有上液压夹头和下液压夹头，上液压夹头连接上传压柱的上端，上传压柱的下端连接上连接块，上连接块下端固定安装有压力室主体，压力室主体的下方对应设有压力室底座，压力室底座固定安装在小车上，小车下方设有下连接块，下连接块通过连接板固定安装在小车上，下连接块连接下液压夹头；本发明设计的装置在动态疲劳试验机的基础上进行改装，使其可在不同围压下，测量岩石的弹性参数，以及完成应变试验、蠕变试验、松弛试验，并在模拟原地应力水平下测试地层的流动参数，测试岩石的断裂韧性及地层的原地应力。

Description

一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置

技术领域

本发明属于岩石伪三轴试验设备技术领域，涉及一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置。

背景技术

在天然条件下，地壳和工程岩体是在复杂的组合应力状态下产生变形和破坏的。岩体是一种复杂的地质体，处于复杂的三维应力场中，岩体破坏通常是由于其所赋存的应力状态发生改变引起的。常规三轴岩石力学试验一般都是对岩石施加一定的围压，然后保持围压不变(即σ2＝σ3)增加最大主应力σ1使岩石发生破坏，这种试验方法只能研究轴对称的应力状态，不适用于中间主应力对岩体强度和变形的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，本发明设计的装置在动态疲劳试验机的基础上进行改装，使其可在不同围压下，测量岩石的弹性参数，以及完成应变试验、蠕变试验、松弛试验，并在模拟原地应力水平下测试地层的流动参数，测试岩石的断裂韧性及地层的原地应力。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，包括立柱，立柱上下端分别对应设有上液压夹头和下液压夹头，上液压夹头连接上传压柱的上端，上传压柱的下端连接上连接块，上连接块下端固定安装有压力室主体，压力室主体的下方对应设有压力室底座，压力室底座固定安装在小车上，小车下方设有至少2根方车轴，方车轴两端分别安装有车轮，车轮设置在导轨上，导轨水平安装在立柱的中部，导轨下方垂直安装有支柱，支柱的下端部安装在下导轨上，下导轨水平安装在立柱的底部，小车下方设有下连接块，下连接块通过连接板固定安装在小车上，下连接块连接下液压夹头；

压力室主体包括压力室筒，压力室筒内部设有中空的压力室内腔；压力室内腔中设有隔板，隔板将压力室内腔分为筒上部和筒下部，筒下部侧壁上设有压力室筒油孔，隔板上设有通孔，筒上部内部设有压力室活塞，压力室活塞的下端穿过隔板上的通孔；压力室活塞与筒上部内壁之间从上至下依次设有倍帽和过渡塞，倍帽与压力室活塞的接触面上安装有第五密封圈，过渡塞与压力室活塞的接触面上安装有第四密封圈，过渡塞与筒上部的接触面上安装有第三密封圈，压力室活塞与筒上部的接触面上安装有第二密封圈，压力室活塞与所通孔的内壁之间的接触面上安装有第一密封圈；压力室活塞内部设有压力室活塞孔，压力室活塞下端位于筒下部的内腔中安装有垫套，垫套上安装有外球面体，外球面体外侧安装内球面体，内球面体下方设有球头座，球头座固定连接上垫块；

压力室底座包括底座，底座上设有第二垫块，第二垫块上设有第一垫块，底座外侧安装有轴瓦，底座内部设有至少两组底座油孔，底座油孔的上端开口设置在底座的上端面上，底座油孔的下端开口设置在底座的侧壁底部，且底座油孔的下端开口处安装密封螺柱或密封螺栓。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述上连接块与压力室主体之间通过螺栓连接。

前述支柱平行立柱设置。

前述导轨和下导轨相互平行且位置相对应。

前述压力室活塞孔竖直设置，其下端开口处设有内螺纹，压力室活塞孔还设有上端开口和侧壁开口。

前述垫套通过螺钉安装在压力室活塞孔的下端开口处。

进一步的，

前述第一垫块与第二垫块，第二垫块与底座之间，均通过圆柱销连接固定。

前述底座外侧表面上安装有第六密封圈和第七密封圈。

前述密封螺栓外侧套接密封螺母，密封螺母安装在底座油孔的下端开口处。

前述密封螺母、密封螺栓和密封螺柱的内部均为沿其安装方向开孔的结构。

本发明的有益效果是：

本发明装置的轴向加载是基于已有的动态疲劳试验机，如：MTS的2500kN动态主机；压力室采用优质合金钢锻件，表面镀硬铬，压力室采用自平衡结构，即施加围压对轴向力没有任何影响；控制系统采用进口原装德国DOLI全数字伺服控制器，该控制系统控制精度高、保护功能全、可靠性强，并且可以实现试验力、变形、位移等三种方式的闭环控制，同时可以完成三种控制方式的平滑切换，是一种非常理想的控制器。电液伺服阀采用美国MOOG公司的电液伺服阀，该阀响应快、抗污染能力强。试验机的计算机系统采用目前市场上最先进的戴尔主机，软件是在WINDOWS环境下运行，具有良好的人机界面，可以显示围压、孔隙水压力、控制方式、加载速率等多种试验和测量参数以及多种试验曲线。试验完成后可以显示试验结果，进行曲线分析，打印试验报告，数据导出文本或excel等格式。还具有先进的测控器与电子计算机相结合，使用操作非常简单方便。

本发明设计的装置中，动态疲劳试验机本身具有的上液压夹头和下液压夹头分别作为加力部件和支撑部件。安装好试样后，在压力室底座上放好垫块（垫块之间设置定位销），使组装好的试样、垫块以及关节轴承座三者的总高度在290±20mm（压力室内空间）；将引伸计的插头插到压力室底座内的插座上；将压力室主体吊装到压力室底座上，操作时应注意压力室主体不要碰到其他零件，再把三个卡箍块合上，把套环套上；将整个压力室（包括压力室主体、压力室底座和试样）吊装到导轨上；将上传压柱夹持在动态疲劳试验机的上液压夹头上，将下传压柱旋进压力室小车下面，将压力室小车推进动态疲劳试验机中间；用动态疲劳试验机横梁上升吊起压力室主体和小车高于导轨，将压力室主体和小车旋转90度，再用横梁下降使下传压柱进入动态疲劳试验机的下液压夹头里并夹紧；将引伸计测量线插头插到压力室底座外的插座上；将围压高压管、充液管及排气管连接到压力室上，并进行充液；上电并运行软件进行测试；启动伺服油源油泵，加围压；当围压加到指定目标后，就可以用动态疲劳试验机加载轴向力进行试验；试验完成保存数据；试验结束后先用动态疲劳试验机卸载轴向力后再卸载围压；打开压力室上面的放气阀开关（逆时针）；打开压力室下面的接低压管的阀（内侧）开关；打开增压器柜上的A阀开关；按下控制柜面板上的充液泵-回油按钮，等到充液油源油桶里有气泡声音的时候说明压力室里已经空了，按下停止按钮；将上、下吊环分别旋出上压柱和压力室传压柱，动态疲劳试验机的下液压夹头松开；将引伸计测量线插头从压力室底座外的插座上拔下；将围压高压管、充液管及排气管从压力室主体上拆下；用动态疲劳试验机的横梁上升吊起压力室主体和小车高于导轨，将压力室和小车旋转90度，再用横梁下降使压力室主体及小车的四个轮子落在导轨上；将压力室主体移开并拿出试样，试验结束。

本发明装置中，轴向加载配以动态疲劳试验机，以实现岩石在常温环境下的多种试验，包括：在不同围压下，测量岩石的弹性参数；全应力、应变试验，获得峰值强度和残余强度；蠕变试验；松弛试验；在模拟原地应力水平下测试地层的流动参数；测试岩石的断裂韧性；测试地层的原地应力；以及动态下的其他各种试验；本发明操作简单、性能稳定，实验数据精确，一定程度上降低了岩石伪三轴试验成本。

附图说明

图1为本发明的压力室闭合状态的主视图；

图2为本发明的压力室分开状态的侧面视图；

图3为压力室主体的结构示意图；

图4为压力室底座的结构示意图；

其中，1-下导轨，2-下连接块，3-上连接块，4-方车轴，5-连接板，6-立柱，7-上传压柱，8-压力室主体，9-压力室底座，10-导轨，11-车轮，12-支柱，13-下液压夹头，801-压力室活塞，802-压力室筒，803-压力室活塞孔，804-螺钉，805-垫套，806-外球面体，807-内球面体，808-球头座，809-上垫块，810-压力室筒油孔，811-第一密封圈，812-第二密封圈，813-过渡塞，814-倍帽，815-第三密封圈，816-第四密封圈，817-第五密封圈，818-压力室内腔；901-第一垫块，902-第二垫块，903-圆柱销，904-底座，905-轴瓦，906-密封螺母，907-密封螺栓，908-底座油孔，909-密封螺柱，910-第六密封圈，911-第七密封圈。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，结构如图1、图2所示，包括立柱6，立柱6上下端分别对应设有上液压夹头和下液压夹头13，上液压夹头连接上传压柱7的上端，上传压柱7的下端连接上连接块3，上连接块3下端固定安装有压力室主体8，压力室主体8的下方对应设有压力室底座9，压力室底座9固定安装在小车上，小车下方设有至少2根方车轴4，方车轴4两端分别安装有车轮11，车轮11设置在导轨10上，导轨10水平安装在立柱6的中部，导轨10下方垂直安装有支柱12，支柱12的下端部安装在下导轨1上，下导轨1水平安装在立柱6的底部，小车下方设有下连接块2，下连接块2通过连接板5固定安装在小车上，下连接块2连接下液压夹头13；如图3所示，压力室主体8包括压力室筒802，压力室筒802内部设有中空的压力室内腔818；压力室内腔818中设有隔板，隔板将压力室内腔818分为筒上部和筒下部，筒下部侧壁上设有压力室筒油孔810，隔板上设有通孔，筒上部内部设有压力室活塞801，压力室活塞801的下端穿过隔板上的通孔；压力室活塞801与筒上部内壁之间从上至下依次设有倍帽814和过渡塞813，倍帽814与压力室活塞801的接触面上安装有第五密封圈817，过渡塞813与压力室活塞801的接触面上安装有第四密封圈816，过渡塞813与筒上部的接触面上安装有第三密封圈815，压力室活塞801与筒上部的接触面上安装有第二密封圈812，压力室活塞801与所通孔的内壁之间的接触面上安装有第一密封圈811；压力室活塞801内部设有压力室活塞孔803，压力室活塞801下端位于筒下部的内腔中安装有垫套805，垫套805上安装有外球面体806，外球面体806外侧安装内球面体807，内球面体807下方设有球头座808，球头座808固定连接上垫块809；如图4所示，压力室底座9包括底座904，底座904上设有第二垫块902，第二垫块902上设有第一垫块901，底座904外侧安装有轴瓦905，底座904内部设有至少两组底座油孔908，底座油孔908的上端开口设置在底座904的上端面上，底座油孔908的下端开口设置在底座904的侧壁底部，且底座油孔908的下端开口处安装密封螺柱909或密封螺栓907。

前述上连接块3与压力室主体8之间通过螺栓连接。前述支柱12平行立柱6设置。前述导轨10和下导轨1相互平行且位置相对应。前述压力室活塞孔803竖直设置，其下端开口处设有内螺纹，压力室活塞孔803还设有上端开口和侧壁开口。前述垫套805通过螺钉804安装在压力室活塞孔803的下端开口处。前述第一垫块901与第二垫块902，第二垫块902与底座904之间，均通过圆柱销903连接固定。前述底座904外侧表面上安装有第六密封圈910和第七密封圈911。前述密封螺栓907外侧套接密封螺母906，密封螺母906安装在底座油孔908的下端开口处。前述密封螺母906、密封螺栓907和密封螺柱909的内部均为沿其安装方向开孔的结构。

本实施例装置中，动态疲劳试验机本身具有的上液压夹头和下液压夹头分别作为加力部件和支撑部件。安装好试样后，在压力室底座上放好垫块（垫块之间设置定位销），使组装好的试样、垫块以及关节轴承座三者的总高度在290±20mm（压力室内空间）；将引伸计的插头插到压力室底座内的插座上；将压力室主体吊装到压力室底座上，操作时应注意压力室主体不要碰到其他零件，再把三个卡箍块合上，把套环套上；将整个压力室（包括压力室主体、压力室底座和试样）吊装到导轨上；将上传压柱夹持在动态疲劳试验机的上液压夹头上，将下传压柱旋进压力室小车下面，将压力室小车推进动态疲劳试验机中间；用动态疲劳试验机横梁上升吊起压力室主体和小车高于导轨，将压力室主体和小车旋转90度，再用横梁下降使下传压柱进入动态疲劳试验机的下液压夹头里并夹紧；将引伸计测量线插头插到压力室底座外的插座上；将围压高压管、充液管及排气管连接到压力室上，并进行充液；上电并运行软件进行测试；启动伺服油源油泵，加围压；当围压加到指定目标后，就可以用动态疲劳试验机加载轴向力进行试验；试验完成保存数据；试验结束后先用动态疲劳试验机卸载轴向力后再卸载围压；打开压力室上面的放气阀开关（逆时针）；打开压力室下面的接低压管的阀（内侧）开关；打开增压器柜上的A阀开关；按下控制柜面板上的充液泵-回油按钮，等到充液油源油桶里有气泡声音的时候说明压力室里已经空了，按下停止按钮；将上、下吊环分别旋出上压柱和压力室传压柱，动态疲劳试验机的下液压夹头松开；将引伸计测量线插头从压力室底座外的插座上拔下；将围压高压管、充液管及排气管从压力室主体上拆下；用动态疲劳试验机的横梁上升吊起压力室主体和小车高于导轨，将压力室和小车旋转90度，再用横梁下降使压力室主体及小车的四个轮子落在导轨上；将压力室主体移开并拿出试样，试验结束。

实施例2

本实施例提供一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试方法，包括如下具体步骤：

步骤（一）、将试样按要求组装成试样组件；

步骤（二）、在压力室底座9上安装垫块，再将试样组件放置在垫块上，垫块包括第一垫块901和第二垫块902，且压力室底座9、第一垫块901及第二垫块902之间采用柱销903进行连接定位，并使得“垫块+试样组件+上垫块809+关节轴承座” 的总高度未290±20mm，其中关节轴承座包括从内至外依次安装的垫套805、外球面体806和内球面体807；

步骤（三）、将压力室主体8吊装到压力室底座9上，并把轴瓦905合上套紧，将整个压力室吊装到导轨上，压力室包括闭合在一起的压力室主体8和压力室底座9；

步骤（四）、将上传压柱7夹持在动态疲劳试验机的上液压夹头上，将下传压柱旋进小车底部，并将小车推进动态疲劳试验机中间；

步骤（五）、将上、下吊环分别旋进上传压柱7和下传压柱中，将链条连接在上、下吊环之间；

步骤（六）、通过动态疲劳试验机的横梁上升吊起压力室和小车使其高于导轨10，将压力室和小车旋转90度，再通过横梁下降使下传压柱进入动态疲劳试验机的下液压夹头13中并夹紧；

步骤（七）、将围压高压管、充液管及排气管连接到压力室，并通过压力室活塞孔803及底座油孔908进行充液；

步骤（八）、上电运行，并启动伺服油源油泵加载围压，当围压加载到指定数值后，即可通过动态疲劳试验机加载轴向力进行试验，并在试验完成后保存数据；

步骤（九）、试验结束后首先通过动态疲劳试验机卸载轴向力，再卸载围压，放空压力室中的液压油，并拔掉围压高压管、充液管及排气管；

步骤（十）、通过动态疲劳试验机的横梁上升吊起压力室和小车高于导轨10，将压力室和小车旋转90度，再通过横梁下降使小车的四个轮子落在导轨上；

步骤（十一）、将压力室主体8从上传压柱7上拆卸下来，将压力室整体沿导轨10推出，拆开导轨10，提起压力室主体8并取出试样组件，试验结束。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，包括立柱（6），所述立柱（6）上下端分别对应设有上液压夹头和下液压夹头（13），其特征在于，所述上液压夹头连接上传压柱（7）的上端，所述上传压柱（7）的下端连接上连接块（3），所述上连接块（3）下端固定安装有压力室主体（8），所述压力室主体（8）的下方对应设有压力室底座（9），所述压力室底座（9）固定安装在小车上，所述小车下方设有至少2根方车轴（4），所述方车轴（4）两端分别安装有车轮（11），所述车轮（11）设置在导轨（10）上，所述导轨（10）水平安装在立柱（6）的中部，所述导轨（10）下方垂直安装有支柱（12），所述支柱（12）的下端部安装在下导轨（1）上，所述下导轨（1）水平安装在立柱（6）的底部，所述小车下方设有下连接块（2），所述下连接块（2）通过连接板（5）固定安装在小车上，所述下连接块（2）连接下液压夹头（13）；

所述压力室主体（8）包括压力室筒（802），所述压力室筒（802）内部设有中空的压力室内腔（818）；所述压力室内腔（818）中设有隔板，所述隔板将压力室内腔（818）分为筒上部和筒下部，所述筒下部侧壁上设有压力室筒油孔（810），所述隔板上设有通孔，所述筒上部内部设有压力室活塞（801），所述压力室活塞（801）的下端穿过所述隔板上的通孔；所述压力室活塞（801）与筒上部内壁之间从上至下依次设有倍帽（814）和过渡塞（813），所述倍帽（814）与压力室活塞（801）的接触面上安装有第五密封圈（817），所述过渡塞（813）与压力室活塞（801）的接触面上安装有第四密封圈（816），所述过渡塞（813）与筒上部的接触面上安装有第三密封圈（815），所述压力室活塞（801）与筒上部的接触面上安装有第二密封圈（812），所述压力室活塞（801）与所通孔的内壁之间的接触面上安装有第一密封圈（811）；所述压力室活塞（801）内部设有压力室活塞孔（803），所述压力室活塞（801）下端位于筒下部的内腔中安装有垫套（805），所述垫套（805）上安装有外球面体（806），所述外球面体（806）外侧安装内球面体（807），所述内球面体（807）下方设有球头座（808），所述球头座（808）固定连接上垫块（809）；

所述压力室底座（9）包括底座（904），所述底座（904）上设有第二垫块（902），所述第二垫块（902）上设有第一垫块（901），所述底座（904）外侧安装有轴瓦（905），所述底座（904）内部设有至少两组底座油孔（908），所述底座油孔（908）的上端开口设置在底座（904）的上端面上，所述底座油孔（908）的下端开口设置在底座（904）的侧壁底部，且所述底座油孔（908）的下端开口处安装密封螺柱（909）或密封螺栓（907）。

2.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述上连接块（3）与压力室主体（8）之间通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述支柱（12）平行立柱（6）设置。

4.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述导轨（10）和下导轨（1）相互平行且位置相对应。

5.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述压力室活塞孔（803）竖直设置，其下端开口处设有内螺纹，所述压力室活塞孔（803）还设有上端开口和侧壁开口。

6.根据权利要求5所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述垫套（805）通过螺钉（804）安装在压力室活塞孔（803）的下端开口处。

7.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述第一垫块（901）与第二垫块（902），第二垫块（902）与底座（904）之间，均通过圆柱销（903）连接固定。

8.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述底座（904）外侧表面上安装有第六密封圈（910）和第七密封圈（911）。

9.根据权利要求1所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述密封螺栓（907）外侧套接密封螺母（906），所述密封螺母（906）安装在底座油孔（908）的下端开口处。

10.根据权利要求9所述的基于动态疲劳试验机的伪三轴测试装置，其特征在于，所述密封螺母（906）、密封螺栓（907）和密封螺柱（909）的内部均为沿其安装方向开孔的结构。

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