CN108562499A - 一种适用于高低温循环试验箱和ct扫描仪的便携式加载设备 - Google Patents
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Abstract
一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：包括分别设置在装置主体两侧的挡板和台座，所述挡板外侧设置加载电机，加载电机的输出轴穿过挡板后连接螺旋连杆，挡板和台座之间通过若干拉杆连接固定，螺旋连杆与加载压头连接后将载荷传递到与加载压头连接的加载端板，台座内侧设置固定座,加载端板和固定座上相对设置有夹持器，用于夹持试样，装置主体外围靠近待测试样侧设置有铝合金压力仓。本发明便携式装置测试灵活方便，加工简单，只需调整夹持器孔型即可对圆柱形、长方体、立方体不同标准岩样进行测试，对研究压力条件下宏‑细观冻融循环试验提供了有效的设备基础。
Description
技术领域
本发明属于岩样周向压缩装置领域，具体涉及一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式单轴压缩加载设备。
背景技术
随着全球气候变暖的大环境下，多年冻土区开始向季节性冻土区转化，寒区岩体冻融劣化会影响天然和人工边坡的稳定性，冻融循环加剧也对寒区工程安全产生重大隐患。各种工程条件下岩石的应力-应变场、温度场、渗流场和裂隙场演变之间存在显著的相互耦合关系，岩体赋存的压力对岩体损伤和裂隙扩展方向有着显著的影响。由于缺乏在压力荷载条件下进行冻融循环试验的设备，目前对压力荷载裂隙岩体的冻融劣化研究仍然很少，更鲜有文献研究压力和冻融荷载下裂隙岩体的冻融劣化机理。因此，研究不同荷载特别是轴向荷载状况下的裂隙冻胀力大小对揭示裂隙岩体冻融损伤机理、解决寒区岩体工程冻害具有重要意义。
电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)试验是探索岩体细观结构和岩体中微裂隙演变的有效手段。运用CT扫描图像能够清晰地反映所检测岩体内部细观结构的变化过程和情况，从而研究冻融荷载对岩石损伤力学的影响。但传统常用的油压千斤顶无法适用高低温冻融循环的工程条件，因此在实验室中进行冻融轴向压缩实验的过程中，如何有效模拟低温岩层围压的实际情况，围压卸载对岩体造成的影响，将直接影响到由CT扫描试验测得的参数的可信度，从而影响对裂隙岩体劣化特征的认知，进而影响到依据这些实验参数进行的岩体工程结构设计。
为了解决传统单轴压缩仪只能加卸载不能进行加载实时CT扫描以及无法适用超高温和低温工作条件的问题，本发明拟提供一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式单轴压缩加载设备。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：包括分别设置在装置主体两侧的挡板和台座，所述挡板外侧设置加载电机，加载电机的输出轴穿过挡板后连接螺旋连杆，挡板和台座之间通过若干拉杆连接固定，螺旋连杆与加载压头连接后将载荷传递到与加载压头连接的加载端板，台座内侧设置固定座,加载端板和固定座上相对设置有夹持器，用于夹持试样，装置主体外围靠近待测试样侧设置有铝合金压力仓。
所述螺旋连杆与加载压头之间通过压缩弹簧过渡连接，所述压缩弹簧外围设置有套筒，螺旋连杆端部连接固定板，固定板设置在套筒内，与压缩弹簧连接，推动压缩弹簧在套筒内运动，压缩弹簧另一侧与加载压头固定连接，从螺旋连杆传递过来的力通过压缩弹簧缓冲后传递给加载压头，套筒与加载压头连接固定。
所述夹持器一侧开设有与试样两端外部轮廓相适应的开槽，一侧为带外螺纹的螺栓状，加载端板和固定座内侧均开设有与夹持器上螺栓相配合的螺纹孔，用于将夹持器固定在加载端板和固定座上。
所述夹持器上的开槽根据不同试样端部轮廓特征设计为不同形状，通过可替换式的夹持器使得本装置适用于多种试样结构。
所述加载端板或固定座上设置有针状温度传感器，针状温度传感器的感应端暴露于试样所处环境中，用于监测仓身环境温度，经研究岩样温度从表面到岩心温度不均匀性较大，测试意义不大，故仅需检测环境温度与工程环境切实。
所述试样与夹持器之间设有片状压力传感器，用于监测试样在装置内的受压状况。
所述温度传感器与压力传感器均通过数据传感线与设置在台座上的传感器连杆连接，传感器连杆通过数据线与装置外部数据控制设备连接，数据控制设备包括单片机和液晶显示屏，单片机和液晶显示屏均为现有技术中可直接获取的结构，通过数据控制设备采集测试装置内通过传感器监测到的温度信息和压力信息并通过显示屏予以显示。
所述拉杆有四根，周向均匀分布于挡板与台座之间，拉杆上靠近加载压头位置处外圈固定连接有一圈法兰盘，所述铝合金压力仓与法兰盘之间通过螺栓螺母连接固定，法兰盘与铝合金压力仓端部凸缘周向上均匀开设有若干对应的螺栓孔，螺栓孔内穿过高强螺栓，高强螺栓两侧分别通过紧固螺母和锁紧螺母调节固定，紧固螺母与法兰盘之间、锁紧螺母与铝合金压力仓凸缘之间设有摩擦内垫片。
所述套筒周向与若干拉杆之间设有钢制弧形碟片，钢制弧形碟片一端与套筒固定，一段与拉杆之间通过加载导轨连接，加载导轨为套设在拉杆上的导轨，在套筒的带动下，导轨沿拉杆左右移动，周向设置的钢制弧形碟片为横向设置的若干加载结构提供了向上的支撑力，位置内部结构水平稳定。
本发明具有如下优点：
1、可模拟岩体赋存的压力条件，避免压力卸载对岩体造成的影响；
2、可适用-40℃—300℃温度范围高低温循环多次，并保持较高测试精度；
3、结构简单紧凑，制作操作方便，成本低廉，可适用于绝大部分CT扫描仪；
4、利用铝合金压力仓设置在岩体试样周围，保护CT机，防止试样受压过程中发生爆裂损坏CT机；且采用铝合金材质对于X光照射影响小，方便进行加载过程的CT实时扫描；
5、便携式装置测试灵活方便，加工简单，只需调整夹持器孔型即可对圆柱形、长方体、立方体不同标准岩样进行测试，对研究压力条件下宏-细观冻融循环试验提供了有效的设备基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明轴向加载可替换夹持器的安装示意图；
其中：1-加载电机，2-加载导轨，3-压缩弹簧，4-螺旋连杆，5-加载压头，6-紧固螺母，7-摩擦内垫片，8-锁紧螺母，9-高强螺栓，10-加载端板，11-夹持器，12-试样，13-拉杆，14-压力传感器，15-温度传感器，16-固定座，17-传感器连杆，18-固定螺栓，19-台座，20-铝合金压力仓，21-钢制弧型碟片，22-数据控制设备,23-套筒。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-3所示，一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，包括分别设置在装置主体两侧的挡板和台座19，挡板外侧设置加载电机1，加载电机1的输出轴穿过挡板后连接螺旋连杆4，挡板和台座19之间通过若干拉杆13连接固定，螺旋连杆4与加载压头5连接后将载荷传递到与加载压头5连接的加载端板10，台座19内侧设置固定座16,加载端板10和固定座16上相对设置有夹持器11，用于夹持试样，装置主体外围靠近待测试样侧设置有铝合金压力仓20。
螺旋连杆4与加载压头5之间通过压缩弹簧3过渡连接，压缩弹簧3外围设置有套筒23，螺旋连杆4端部连接固定板，固定板设置在套筒23内，与压缩弹簧3连接，推动压缩弹簧在套筒内运动，压缩弹簧另一侧与加载压头5固定连接，从螺旋连杆4传递过来的力通过压缩弹簧缓冲后传递给加载压头，套筒23与加载压头5连接固定。
夹持器11一侧开设有与试样12两端外部轮廓相适应的开槽，一侧为带外螺纹的螺栓状，加载端板10和固定座16内侧均开设有与夹持器上螺栓相配合的螺纹孔，用于将夹持器11固定在加载端板10和固定座16上。
夹持器11上的开槽根据不同试样端部轮廓特征设计为不同形状，不同尺寸，通过可替换式的夹持器11使得本装置适用于多种试样结构，本实施例中可替换夹持器11凹槽孔径设有φ50、φ60、50*50三种，具体试验操作中根据具体试验试样S1、S2和S3选择夹持器，操作灵活方便。。
加载端板10或固定座16上设置有针状温度传感器15，针状温度传感器15的感应端暴露于试样所处环境中，用于监测仓身环境温度，经研究岩样温度从表面到岩心温度不均匀性较大，测试意义不大，故仅需检测环境温度与工程环境切实。
试样12与夹持器11之间设有片状压力传感器14，用于监测试样在装置内的受压状况。
温度传感器15与压力传感器14均通过数据传感线与设置在台座19上的传感器连杆17连接，传感器连杆通过数据线与装置外部数据控制设备22连接，数据控制设备22包括单片机和液晶显示屏，单片机和液晶显示屏均为现有技术中可直接获取的结构，通过数据控制设备22采集测试装置内通过传感器监测到的温度信息和压力信息并通过显示屏予以显示。
拉杆13有四根，周向均匀分布于挡板与台座19之间，拉杆13上靠近加载压头15位置处外圈固定连接有一圈法兰盘，铝合金压力仓20与法兰盘之间通过螺栓螺母连接固定，法兰盘与铝合金压力仓端部凸缘周向上均匀开设有若干对应的螺栓孔，螺栓孔内穿过高强螺栓9，高强螺栓9两侧分别通过紧固螺母6和锁紧螺母8调节固定，紧固螺母与法兰盘之间、锁紧螺母与铝合金压力仓凸缘之间设有摩擦内垫片7，四根拉杆作为本装置的反力架实现加载实施过程中的自平衡。
套筒23周向与若干拉杆13之间设有钢制弧形碟片21，钢制弧形碟片21一端与套筒23固定，一段与拉杆13之间通过加载导轨2连接，加载导轨2为套设在拉杆13上的导轨，在套筒23的带动下，导轨2沿拉杆13左右移动，周向设置的钢制弧形碟片21为横向设置的若干加载结构提供了向上的支撑力，位置内部结构水平稳定。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (9)
1.一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：包括分别设置在装置主体两侧的挡板和台座，所述挡板外侧设置加载电机，加载电机的输出轴穿过挡板后连接螺旋连杆，挡板和台座之间通过若干拉杆连接固定，螺旋连杆与加载压头连接后将载荷传递到与加载压头连接的加载端板，台座内侧设置固定座,加载端板和固定座上相对设置有夹持器，用于夹持试样，装置主体外围靠近待测试样侧设置有铝合金压力仓。
2.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述螺旋连杆与加载压头之间通过压缩弹簧过渡连接，所述压缩弹簧外围设置有套筒，螺旋连杆端部连接固定板，固定板设置在套筒内，与压缩弹簧连接，推动压缩弹簧在套筒内运动，压缩弹簧另一侧与加载压头固定连接，从螺旋连杆传递过来的力通过压缩弹簧缓冲后传递给加载压头，套筒与加载压头连接固定。
3.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述夹持器一侧开设有与试样两端外部轮廓相适应的开槽，一侧为带外螺纹的螺栓状，加载端板和固定座内侧均开设有与夹持器上螺栓相配合的螺纹孔，用于将夹持器固定在加载端板和固定座上。
4.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述夹持器上的开槽根据不同试样端部轮廓特征设计为不同形状，通过可替换式的夹持器使得本装置适用于多种试样结构。
5.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述加载端板或固定座上设置有针状温度传感器，针状温度传感器的感应端暴露于试样所处环境中，用于监测仓身环境温度。
6.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述试样与夹持器之间设有片状压力传感器，用于监测试样在装置内的受压状况。
7.如权利要求5和6所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述温度传感器与压力传感器均通过数据传感线与设置在台座上的传感器连杆连接，传感器连杆通过数据线与装置外部数据控制设备连接，数据控制设备包括单片机和液晶显示屏，通过数据控制设备采集测试装置内通过传感器监测到的温度信息和压力信息并通过显示屏予以显示。
8.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述拉杆有四根，周向均匀分布于挡板与台座之间，拉杆上靠近加载压头位置处外圈固定连接有一圈法兰盘，所述铝合金压力仓与法兰盘之间通过螺栓螺母连接固定，法兰盘与铝合金压力仓端部凸缘周向上均匀开设有若干对应的螺栓孔，螺栓孔内穿过高强螺栓，高强螺栓两侧分别通过紧固螺母和锁紧螺母调节固定，紧固螺母与法兰盘之间、锁紧螺母与铝合金压力仓凸缘之间设有摩擦内垫片。
9.如权利要求1所述的一种适用于高低温循环试验箱和CT扫描仪的便携式加载设备，其特征在于：所述套筒周向与若干拉杆之间设有钢制弧形碟片，钢制弧形碟片一端与套筒固定，一段与拉杆之间通过加载导轨连接，加载导轨为套设在拉杆上的导轨，在套筒的带动下，导轨沿拉杆左右移动。
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