CN107091776A - 扭剪试验工装机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的扭剪试验工装机，涉及扭剪试验技术领域。该扭剪试验工装机包括基座和操作架，操作架安装于基座上、并与基座可相对转动。操作架上设有第一夹持部和与第一夹持部相对设置的第二夹持部、且第一夹持部与第二夹持部位于同一轴线上。第一夹持部包括第一止挡部，第二夹持部包括第二止挡部，扭剪试样安装于第一止挡部与第二止挡部之间，第二夹持部与操作架可相对移动、以远离或靠近第一夹持部。该扭剪试验工装机定位精准、制备的扭剪试样粘接均匀牢靠，有利于提高扭剪试验精度。

Description

扭剪试验工装机

技术领域

本发明涉及扭剪试验技术领域，具体而言，涉及一种扭剪试验工装机。

背景技术

岩石室内试验是研究岩石力学性质的重要技术手段，目前岩石室内试验主要包括单轴压缩试验、巴西劈裂试验、常规三轴压缩试验及真三轴试验等，集中于研究应力大小对岩石的力学性质的影响，忽略了应力方向的作用。

在开展模拟复杂应力路径的试验过程中，特别是在进行扭转试验时，需要将上下压头与试样通过粘结剂粘结为一整体。由于上压头与试验装置的活塞杆具有对应关系，且粘结剂具有流动性、凝固时间短、强度高等特点，如何快速精准的粘结试样成为一大难题。

有鉴于此，设计制造出一种扭剪试验工装机，实现试样高效精准的粘结，保证试验结果的可靠性，减小试验误差，提高试验效率显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扭剪试验工装机，特别适用于空心圆柱岩石的扭剪试验，可实现高效和精准的定位，减小试验误差，提高试验效率及成功率。

本发明的目的还在于提供另一种扭剪试验工装机，有效解决了试样制备过程中定位不精准、粘接不均匀的问题，且结构简单、易于操作。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种扭剪试验工装机，所述扭剪试验工装机包括基座和操作架，所述操作架安装于所述基座上、并与所述基座可相对转动。

所述操作架上设有第一压头和与所述第一压头相对设置的第二压头、且所述第一压头与所述第二压头位于同一轴线上。所述第一压头包括第一止挡部，所述第二压头包括第二止挡部，扭剪试样安装于所述第一止挡部与所述第二止挡部之间，所述第二压头与所述操作架可相对移动、以远离或靠近所述第一压头。

进一步地，所述操作架包括第一分段、第二分段和第三分段，所述第一分段与所述第二分段相对设置、并分别连接于所述第三分段的两端。所述第一分段上开设有第一通孔，用于安装所述第一压头。所述第二分段上开设有第二通孔，用于安装所述第二压头。所述第一通孔和所述第二通孔同轴线设置，所述第三分段与所述基座连接。

进一步地，所述第一分段设有端盖，所述第一压头伸入所述第一通孔、与所述端盖固定连接。

进一步地，所述扭剪试验工装机还包括移动块，所述移动块设于所述第二压头远离所述第一压头的一端、且所述移动块与所述第二压头固定连接，所述移动块可带动所述第二压头远离或靠近所述第一压头。

进一步地，所述扭剪试验工装机还包括滑动套，所述滑动套固定连接于所述操作架，且套设于所述移动块上，所述移动块与所述滑动套可相对滑动。

进一步地，所述扭剪试验工装机还包括转动杆，所述转动杆穿过所述滑动套、并与所述移动块远离所述第二压头的一端连接，所述转动杆可带动所述移动块在所述滑动套中移动。

进一步地，所述基座上设有旋转轴，所述旋转轴与所述第三分段固定连接，转动所述旋转轴，可带动所述操作架转动。

进一步地，所述操作架固定连接有安装部，所述旋转轴与所述安装部固定连接，转动所述旋转轴，带动所述安装部、所述操作架一起转动。

进一步地，所述安装部与所述操作架通过螺栓固定连接，所述旋转轴与所述安装部通过螺纹连接。

本发明提供的另一种扭剪试验工装机，所述扭剪试验工装机包括基座、旋转轴和操作架，所述旋转轴安装于所述基座上，所述操作架与所述旋转轴固定连接，所述旋转轴上固定安装有手柄，以便于带动所述旋转轴转动。

所述操作架上设有第一压头和与所述第一压头相对设置的第二压头、且所述第一压头与所述第二压头位于同一轴线上。所述第一压头包括第一止挡部，所述第二压头包括第二止挡部，扭剪试样安装于所述第一止挡部与所述第二止挡部之间，所述第二压头与所述操作架可相对移动、以远离或靠近所述第一压头。

本发明提供的扭剪试验工装机具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的一种扭剪试验工装机，通过设置位于同一轴线上的第一压头和第二压头，并在第一压头上设置第一止挡部，在第二压头上设置第二止挡部。以便于空心圆柱岩石能精准定位、安装在第一止挡部和第二止挡部之间。操作架和基座可相对转动，以便于空心圆柱岩样的一端粘接在第一压头、另一端粘接于第二压头，便于安装。该扭剪试验工装机结构简单、操作方便、定位精准，可有效减小实验误差，提高试验效率及成功率。

本发明提供的另一种扭剪试验工装机，通过将旋转轴安装于基座上，操作架和旋转轴固定连接，转动旋转轴即可带动操作架转动，从而便于将空心圆柱的两端分别粘接到第一压头和第二压头。此外，在旋转轴上固设有手柄，便于带动旋转轴转动，操作简便，省时省力。该扭剪试验工装机易于操作，结构简单，使用寿命长，制备试样快速便捷，定位精准，可有效减小实验误差，提高试验效率及成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机的第一视角的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机的第二视角的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机的操作架的连接结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机的端盖与第一压头的连接的结构示意图。

图标：100-扭剪试验工装机；101-空心圆柱试样；110-基座；111-安装平台；112-支撑平台；113-凸块；115-旋转轴；120-操作架；121-第一分段；1211-第一通孔；122-第二分段；1221-第二通孔；123-第三分段；125-安装部；130-第一压头；131-第一止挡部；133-凸台；135-沉孔；140-第二压头；150-移动块；160-滑动套；170-转动杆；180-端盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

岩石空心圆柱扭剪试验系统依据薄壁圆筒理论，通过技术集成，可进行应力方向的影响研究，实现复杂应力路径在室内试验中的模拟。在开展模拟复杂应力路径的试验过程中，为保证试验结果的可靠性，减小试验误差，提高试验效率，试样的制备尤其重要。特别是在进行空心圆柱岩石的扭转试验时，需要将上压头和下压头与试样通过粘结剂粘结为一整体。由于上压头与试验装置的活塞杆具有对应关系，且粘结剂具有流动性，凝固时间短，强度高等特点，如何快速精准的粘结试样成为了空心圆柱岩石扭剪试验技术中的瓶颈。因此，本发明针对岩石空心圆柱扭剪仪试验系统，设计了相应的扭剪试验工装机，以实现试样高效精准的粘结，保证试样、压头的整体性并与轴向活塞杆对应，减小试验误差，提高试验效率及成功率。

图1为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机100的第一视角的结构示意图，图2为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机100的第二视角的结构示意图，请参照图1和图2。

本实施例提供的一种扭剪试验工装机100，该扭剪试验工装机100包括基座110、旋转轴115、安装部125、操作架120、第一压头130、第二压头140、移动块150、滑动套160和转动杆170。旋转轴115安装于基座110上、并与安装部125固定连接，安装部125与操作架120固定连接，转动旋转轴115，可带动操作架120相对基座110连续360度转动。操作架120上设有第一压头130和与第一压头130相对设置的第二压头140、且第一压头130与第二压头140位于同一轴线上。第一压头130包括第一止挡部131，第二压头140包括第二止挡部，扭剪试样安装于第一止挡部131与第二止挡部之间，第二压头140与操作架120可相对移动、以远离或靠近第一压头130。

图3为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机100的操作架120的连接结构示意图，请参照图3。

操作架120包括第一分段121、第二分段122和第三分段123，第一分段121与第二分段122相对设置、并分别连接于第三分段123的两端。作为优选，第一分段121、第二分段122和第三分段123一体成型。第一分段121上开设有第一通孔1211，用于安装第一压头130。

第二分段122上开设有第二通孔1221，用于间接安装第二压头140。第一通孔1211和第二通孔1221同轴线设置，以确保将空心圆柱安装于第一止挡部131和第二止挡部之间定位精准。

第三分段123的中部与安装部125通过螺栓固定连接，当然，并不仅限于此，也可以采用其它固定连接方式，比如，铆接、焊接、卡接、扣接、套接等方式。

图4为本发明具体实施例提供的扭剪试验工装机100的端盖180与第一压头130的连接的结构示意图，请参照图4。

第一压头130的一端设有第一止挡部131，第一止挡部131为圆环形，圆环形的宽度与空心圆柱的壁厚宽度相适应。圆环形的中部凸设形成突出部，突出部为圆柱形，圆柱形的直径大小与空心圆柱的内径大小相适应。在粘接空心圆柱试样101时，空心圆柱试样101的中空部分套设于突出部，空心圆柱的端面粘接于第一止挡部131上。第一压头130的另一端，即在远离第一止挡部131的一端端面设有沉孔135，在沉孔135的外周设有相对沉孔135的轴线对称分布的螺纹孔。

第一分段121设有端盖180，第一压头130伸入第一通孔1211、与端盖180固定连接。具体地，端盖180上设有安装孔，安装孔的位置与第一压头130的螺纹孔的位置相对应，具有定位作用。将螺钉插入安装孔和螺纹孔中并拧紧以固定端盖180和第一压头130。应当理解，端盖180与操作架120的第一分段121固定连接。

同理，第二压头140用于粘接空心圆柱试样101的一端也设有突出部和第二止挡部，在粘接空心圆柱试样101时，空心圆柱试样101的中空部分套设于突出部，空心圆柱的另一端面粘接于第二止挡部上。突出部和第二止挡部与第一压头130的形状、大小相适应，这里不再赘述。

移动块150设于第二压头140远离第一压头130的一端、且移动块150与第二压头140固定连接，移动块150可带动第二压头140远离或靠近第一压头130。滑动套160固定连接于操作架120，且套设于移动块150上，移动块150与滑动套160可相对滑动。转动杆170穿过滑动套160、并与移动块150远离第二压头140的一端连接，转动杆170可带动移动块150在滑动套160中移动。

可选地，移动块150与第二压头140卡接，移动块150上设有凹槽，第二压头140上设有凸起，凸起的形状大小与凹槽的形状大小相适应，凸起卡入凹槽。作为优选，凹槽的侧壁还设有卡接部，进一步固定第二压头140和移动块150，确保二者可靠连接，不松动、不滑脱。当然，凹槽和凸起的位置也可以相互调换，将凹槽设于第二压头140，将凸起设于移动块150，再在凹槽或凸起处设置相应的卡接部，也可以实现二者的可靠固定。除了采用卡接，还可以采用铆接、焊接、粘接、螺纹连接、螺钉连接等其他连接方式。

滑动套160与第三分段123通过螺栓固定连接。滑动套160上开设有螺纹孔，转动杆170上设有与螺纹孔相适应的外螺纹，转动杆170穿过螺纹孔与移动块150固定连接，转动杆170可在螺纹孔中旋转以使移动块150与滑动套160相对滑动，带动第二压头140远离或靠近第一压头130。

移动块150与第二压头140固定连接，通过移动块150在滑动套160中滑动，以改变第二压头140与第一压头130之间的距离。除了这种方式，还可以采用设置直线导轨，将移动块150沿直线导轨上升或下降。或者采用丝杠螺母的结构，螺母与移动块150连接，转动丝杠使移动块150上升或下降，或者采用气缸、液压缸、气弹簧的结构实现移动块150的上升和下降，达到第一压头130和第二压头140精准定位的要求。

基座110包括安装平台111和支撑平台112，安装平台111和支撑平台112组合后的截面类似L形。安装平台111为图中水平部分，用于将整个扭剪试验工装机100放置于一个安装平面上。安装平台111的底部靠近安装平面的一侧设有凹陷部，凹陷部并未与安装平面接触。优选地，安装平台111的底部靠近安装平面的一侧的四个角落处设有凸块113，凸块113与安装平面接触。这样设置是为了保证基座110的安装精度，从而使第一压头130与第二压头140在与空心圆柱试样101粘接时，定位精度更准确。支撑平台112为图中的竖直部分，其上设有旋转轴115，并用于连接操作架120。

旋转轴115与第三分段123固定连接，第三分段123固定连接有安装部125，旋转轴115与安装部125通过螺纹固定连接，安装部125与第三分段123通过螺栓固定连接。转动旋转轴115，带动安装部125、操作架120一起转动。

需要说明的是，上文中提到的固定连接方式，可以是铆接、焊接、粘接、螺纹连接、螺钉连接、扣接、套接、卡接等任意一种，并不仅限于上述列举的情形。

本实施例提供的另一种扭剪试验工装机100，扭剪试验工装机100包括基座110、旋转轴115和操作架120，旋转轴115安装于基座110上，操作架120与旋转轴115固定连接，旋转轴115上固定安装有手柄，以便于带动旋转轴115转动。操作更简单、更便捷，省时省力。操作架120上设有第一压头130和与第一压头130相对设置的第二压头140、且第一压头130与第二压头140位于同一轴线上。第一压头130包括第一止挡部131，第二压头140包括第二止挡部，扭剪试样安装于第一止挡部131与第二止挡部之间，第二压头140与操作架120可相对移动、以远离或靠近第一压头130。

本发明提供的扭剪试验工装机100，其操作过程如下：

首先，将第一压头130通过螺栓与端盖180固定。转动旋转轴115使操作架120转动，直至第一压头130和端盖180的方向朝上，在第一压头130的端部(设有第一止挡部131的一端)均匀涂抹适量的粘接剂，圆柱形凸台133的侧壁和第一止挡部131上均涂抹粘接剂，将空心圆柱试样101放置在第一压头130上。空心圆柱的中空部分套设在圆柱形凸台133上，空心圆柱的端面放置在第一止挡部131处，静置大约30分钟，该时间可以根据实际情况适当延长或缩短。这样，第一止挡部131和圆柱形凸台133的侧壁均与空心圆柱试样101牢固粘接，第一压头130与空心圆柱试样101即粘接完毕。

再次转动旋转轴115使操作架120转动180度，使得第一压头130和端盖180的方向朝下，安装好移动块150和滑动套160以及转动杆170，并且使第二压头140的方向朝上，在第二压头140设有第二止挡部的一端端面均匀涂抹适量的粘接剂，旋转转动杆170，使得移动杆在滑动套160中缓慢上升，使得第二压头140与空心圆柱试样101的另一端接触，第二止挡部和圆柱形凸台133的侧壁均与空心圆柱试样101牢固粘接、并压紧。完成第二压头140与空心圆柱试样101的粘接。

最后，将整个扭剪试验工装机100静置约24小时，待粘结剂完全达到强度后，方可取出。再进行后续试验。通过上述步骤的操作，可实现空心圆柱试样101制备过程中与第一压头130、第二压头140及试验装置的精准定位，并能保证粘结剂与空心圆柱试样101及第一压头130、第二压头140间的均匀贴合，从而减小试验误差，提高试验效率即成功率。

综上所述，本发明提供的扭剪试验工装机100具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的扭剪试验工装机100，过设置基座110、操作架120、旋转轴115、端盖180、移动杆、滑动套160及转动杆170，利用旋转轴115实现操作架120的连续旋转，端盖180固定第一压头130、移动杆及滑动套160实现第二压头140的定位，实现了试样与第一压头130、第二压头140的精准定位，保证了粘结剂的均匀贴合。利用该扭剪试验工装机100粘结空心圆柱试样101，可以实现试样快速高效的制备，对试验结果的准确性、可靠性提供了保障。除了空心圆柱岩石，对其他材料或其它形状的试样的制备也同样适用，适用范围广，是进行扭剪类试验不可缺少的辅助装置。结构简单，操作方便，定位精准，制备试样便捷高效，具有极大的推广应用价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭剪试验工装机，其特征在于，所述扭剪试验工装机包括基座和操作架，所述操作架安装于所述基座上、并与所述基座可相对转动；

所述操作架上设有第一压头和与所述第一压头相对设置的第二压头、且所述第一压头与所述第二压头位于同一轴线上，所述第一压头包括第一止挡部，所述第二压头包括第二止挡部，扭剪试样安装于所述第一止挡部与所述第二止挡部之间，所述第二压头与所述操作架可相对移动、以远离或靠近所述第一压头。

2.根据权利要求1所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述操作架包括第一分段、第二分段和第三分段，所述第一分段与所述第二分段相对设置、并分别连接于所述第三分段的两端；所述第一分段上开设有第一通孔，用于安装所述第一压头；所述第二分段上开设有第二通孔，用于安装所述第二压头；所述第一通孔和所述第二通孔同轴线设置，所述第三分段与所述基座连接。

3.根据权利要求2所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述第一分段设有端盖，所述第一压头伸入所述第一通孔、与所述端盖固定连接。

4.根据权利要求1所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述扭剪试验工装机还包括移动块，所述移动块设于所述第二压头远离所述第一压头的一端、且所述移动块与所述第二压头固定连接，所述移动块可带动所述第二压头远离或靠近所述第一压头。

5.根据权利要求4所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述扭剪试验工装机还包括滑动套，所述滑动套固定连接于所述操作架，且套设于所述移动块上，所述移动块与所述滑动套可相对滑动。

6.根据权利要求5所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述扭剪试验工装机还包括转动杆，所述转动杆穿过所述滑动套、并与所述移动块远离所述第二压头的一端连接，所述转动杆可带动所述移动块在所述滑动套中移动。

7.根据权利要求2所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述基座上设有旋转轴，所述旋转轴与所述第三分段固定连接，转动所述旋转轴，可带动所述操作架转动。

8.根据权利要求7所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述操作架固定连接有安装部，所述旋转轴与所述安装部固定连接，转动所述旋转轴，带动所述安装部、所述操作架一起转动。

9.根据权利要求8所述的扭剪试验工装机，其特征在于，所述安装部与所述操作架通过螺栓固定连接，所述旋转轴与所述安装部通过螺纹连接。

10.一种扭剪试验工装机，其特征在于，所述扭剪试验工装机包括基座、旋转轴和操作架，所述旋转轴安装于所述基座上，所述操作架与所述旋转轴固定连接，所述旋转轴上固定安装有手柄，以便于带动所述旋转轴转动；

所述操作架上设有第一压头和与所述第一压头相对设置的第二压头、且所述第一压头与所述第二压头位于同一轴线上；所述第一压头包括第一止挡部，所述第二压头包括第二止挡部，扭剪试样安装于所述第一止挡部与所述第二止挡部之间，所述第二压头与所述操作架可相对移动、以远离或靠近所述第一压头。