CN109238921A - 岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置 - Google Patents

Abstract

岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，属于岩石流变扰动技术领域。杠杆一通过两个连杆一与两个滑块转动连接，两个滑块与两个滑道滑动连接，两个滑道固定在架体上，滑块与传力轴固接，传力轴穿过冲击砝码固定在扰动动态传感器内，冲击砝码、扰动动态传感器及上承压板由上至下设置，上承压板与压力传感器之间设置有试件，压力传感器及垫盘组件由上至下设置在架体上，杠杆二与连杆二转动连接，连杆二与滑块转动连接，杠杆二通过连接绳与加载托盘连接；两个定滑轮固定在可伸缩支架上，可伸缩支架与转轴固接，转轴与底座转动连接，传力绳一端与吊桶固接，另一端绕过定滑轮与固定爪固接，固定爪用于固定重力砝码。本发明用于岩石流变扰动及加载试验。

Description

岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置

技术领域

本发明属于岩石流变扰动试验技术领域，具体涉及一种岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置。

背景技术

现有的电液压伺服原理岩石流变仪存在以下缺点：（1）油压系统稳定性差，存在液压波动，影响岩石流变扰动效应试验的结果（岩石流变扰动效应试验需要无波动的静载轴向压力）；（2）系统结构复杂，对零部件（如各种液压阀、蓄能器、过滤器、散热装置等）精度要求高，制造成本高。现有rrts型岩石流变扰动效应仪为电液伺服原理与外置重力加载原理相结合的流变仪，此种类型流变仪对液压系统依赖性相对减弱，但仍然存在以下缺点：（1）原轴压加载功能逐级加载等级大且为瞬时加载，无低等级的连续缓慢加载功能，试件易发生意外破坏；（2）轮盘齿轮间的摩擦力过大，传力误差大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，以解决现有技术存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其组成包括：岩石流变扰动效应试验装置及逐级加载试验装置；所述岩石流变扰动效应试验装置包括加载托盘、架体、传力轴、冲击砝码、扰动动态传感器、上承压板、压力传感器、连接绳、垫盘组件、两个滑块、两个滑道、两个杠杆及三个连杆；所述两个杠杆分别是杠杆一和杠杆二，所述三个连杆分别是两个连杆一和一个连杆二；所述逐级加载试验装置包括传力绳、可伸缩支架、吊桶、阀门一、底座、固定爪、重力砝码、轴承及两个定滑轮；

所述架体的上方设有杠杆一，所述杠杆一通过其上的杠杆支座与架体的上端面固定连接，杠杆一两端分别通过销轴一与两个连杆一一端转动连接，所述两个连杆一另一端分别通过销轴二与两个滑块转动连接，所述两个滑块与竖直且左右并排设置的两个滑道滑动连接，所述两个滑道均固定在架体上，其中一个所述滑块下端与竖直设置的传力轴上端固定连接，所述传力轴下端穿过冲击砝码固定在扰动动态传感器内，所述冲击砝码设置在扰动动态传感器上面，所述扰动动态传感器设置在上承压板上面，所述压力传感器设置在上承压板下方，所述上承压板与压力传感器之间设置有试件，压力传感器设置在垫盘组件上面，所述垫盘组件设置在架体上，所述杠杆二通过其上的杠杆支座与架体固定连接，杠杆二一端通过销轴三与连杆二一端转动连接，所述连杆二通过销轴四与其中一个所述滑块下端转动连接，杠杆二另一端通过连接绳与加载托盘固定连接；

所述两个定滑轮均固定在可伸缩支架上端，两个定滑轮轴心连线位于同一水平线上，所述可伸缩支架下端通过轴承与底座的中心孔转动连接，所述传力绳一端与吊桶上端的拎手固定连接，传力绳另一端依次绕过两个定滑轮的外圆面与固定爪固定连接，所述固定爪用于固定重力砝码，吊桶桶壁底部安装有阀门一；当进行逐级加载试验时，将重力砝码放置在加载托盘上。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、本发明采用纯机械结构，操作简单，性能可靠，低碳环保。

2、本发明采用机械重力转换的方式提供轴压，轴压稳定，保压效果良好，为岩石流变试验及岩石流变扰动效应试验提供了更理想的试验条件（长期稳定的轴压）。

3、本发明中的扩力方式为杠杆扩力，力的转换方式由杠杆、滑块和连接二者之间的连杆组成类似曲柄滑块机构实现，其中的摩擦力相对于齿轮方式扩力和转换力大大减小，传力误差小，提高了试验装置的精度。

4、本发明拥有低等级的连续缓慢加载功能，可防止试件因加载等级过大而发生意外破坏。

附图说明

图1是本发明当进行逐级加载试验时的整体结构主视示意图,；

图2是本发明的岩石流变扰动效应试验装置的主视结构示意图；

图3是本发明的逐级加载试验装置的主视结构示意图；

图4是图1的A1或图2的A2处的局部放大图；

图5是图1的B1或图3的B2处的局部放大图；

图6是图1的C1或图3的C2处的局部放大图；

图7是图1的D1或图3的D2处的局部放大图。

图中各部件名称及标号说明如下：

杠杆一1、加载托盘2、架体3、滑块4、传力轴5、冲击砝码6、扰动动态传感器7、上承压板8、试件9、压力传感器10、垫盘11、固定钉12、传力绳13、定滑轮14、可伸缩支架15、吊桶16、阀门一17、底座18、连杆二19、固定爪20、重力砝码21、轴承22、连杆一23、滑道24、杠杆二25、连接绳26、外套管27、内套管28、斜杆29、顶丝30、接水桶31、阀门二32。

具体实施方式

为了更好的理解本发明专利的方案，结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1-图7所示，本实施方式披露了一种岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其组成包括：岩石流变扰动效应试验装置及逐级加载试验装置；所述岩石流变扰动效应试验装置包括加载托盘2、架体3、传力轴5、冲击砝码6、扰动动态传感器7、上承压板8、压力传感器10、连接绳26、垫盘组件、两个滑块4、两个滑道24、两个杠杆及三个连杆；所述两个杠杆分别是杠杆一1和杠杆二25，所述三个连杆分别是两个连杆一23和一个连杆二19；所述逐级加载试验装置包括传力绳13、可伸缩支架15、吊桶16、阀门一17、底座18、固定爪20、重力砝码21、轴承22及两个定滑轮14；

所述架体3的上方设有杠杆一1，所述杠杆一1通过其上的杠杆支座与架体3的上端面固定连接，杠杆一1两端分别通过销轴一与两个连杆一23一端转动连接，所述两个连杆一23另一端分别通过销轴二与两个滑块4转动连接，所述两个滑块4与竖直且左右并排设置的两个滑道24滑动连接，所述两个滑道24均固定在架体3上，其中一个所述滑块4下端与竖直设置的传力轴5上端固定连接，所述传力轴5下端穿过冲击砝码6固定在扰动动态传感器7内，所述冲击砝码6设置在扰动动态传感器7上面，所述扰动动态传感器7设置在上承压板8上面，所述压力传感器10设置在上承压板8下方，所述上承压板8与压力传感器10之间设置有试件9，压力传感器10设置在垫盘组件上面，所述垫盘组件11设置在架体1上，所述杠杆二25通过其上的杠杆支座与架体3固定连接，杠杆二25一端通过销轴三与连杆二19一端转动连接，所述连杆二19通过销轴四与其中一个所述滑块4下端转动连接，杠杆二25另一端通过连接绳26与加载托盘2固定连接；

所述两个定滑轮14均固定在可伸缩支架15上端（每个定滑轮14的轮轴与可伸缩支架15上端固定连接），两个定滑轮14轴心连线位于同一水平线上，所述可伸缩支架15下端通过轴承22与底座18的中心孔转动连接，所述传力绳13一端与吊桶16上端的拎手固定连接，传力绳13另一端依次绕过两个定滑轮14的外圆面与固定爪20固定连接，所述固定爪20用于固定重力砝码21，吊桶16桶壁底部安装有阀门一17；当进行逐级加载试验时，将重力砝码21放置在加载托盘2上。

两个杠杆起到扩力的作用；

传力轴5的作用：在冲击扰动试验中提供冲击所需的距离；

冲击砝码6的作用：为冲击扰动试验提供载荷；

扰动动态传感器7的作用：用于测量扰动信号；

上承压板8的作用：作为放置扰动动态传感器7的平台，并传递能量；扰动动态传感器7信号传输给外置的动态信号测试分析系统DH-5922N。

试件9为试验对象；

压力传感器10作用：用于测量轴向压力的大小；

垫盘11的作用：用于调节架体3中部空间的距离，传力轴5、冲击砝码6、扰动动态传感器7、上承压板8、试件9、压力传感器10及垫盘11均设置在架体3的中部空间内；

固定钉12的作用：固定垫盘11不发生偏移；

传力绳13的作用：连接重力砝码21与吊桶16，传递两者重力产生的力；

定滑轮14的作用：改变力的方向，辅助传力绳13传递力；

吊桶16的作用：吊桶16内装水，用来平衡重力砝码21的重量；

阀门一17的作用：控制吊桶16内水的流出速度；

底座18的作用：使可伸缩支架15整体结构稳定，不发生倾倒；

可伸缩支架15的作用：用来调节支架高度；

固定爪20的作用：用于固定重力砝码21；固定爪20的结构形式不限，只要能够起到固定重力砝码21皆可以采用。

具体实施方式二：如图1、图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述垫盘组件包括多个垫盘11和多个固定钉12；所述多个垫盘11依次叠放设置，每相邻两个垫盘11之间通过固定钉12固定连接。

具体实施方式三：如图1、图3、图5、图7所示，本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明，所述可伸缩支架15包括外套管27、内套管28、两个斜杆29及至少一个顶丝30；所述外套管27与内套管28相套设置，外套管27上端与两个斜杆29下端固定连接，所述两个斜杆29相对于外套管27的中心线对称设置，两个斜杆29上端与两个定滑轮14的轮轴固定连接，外套管27管壁沿径向设有至少一个螺纹通孔，所述至少一个螺纹通孔内旋接有顶丝30，外套管27通过所述顶丝30与内套管28紧固连接，所述内套管28下端与轴承22固定连接。

具体实施方式四：如图1、图3、图6所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述逐级加载装置还包括接水桶31和阀门二32；所述接水桶31设置在地面上，接水桶31桶壁底部安装有阀门二32，接水桶31用于盛装从吊桶16流出的水，之后可进行循环利用，避免浪费。

操作过程：将垫盘11叠放至一定高度，并用固定钉12将其固定。然后向上依次放置压力传感器10、试件9、上承压板8、扰动动态传感器7、冲击砝码6，如图1-图3所示。然后在加载托盘2上放置重力砝码21为试件9提供竖直方向压力，重力砝码21的重量根据实验需要确定。放置重力砝码21的过程为：首先将重力砝码21固定在固定爪20上，上部吊桶16中装适量水，使可伸缩支架15两端的重力砝码21和吊桶16质量相等，重力砝码21的高度略高于岩石流变扰动效应试验装置的加载托盘2；再通过旋转可伸缩支架15，将重力砝码21置于加载托盘2上；然后打开上部吊桶16的阀门一17，水流以一定流速缓慢流到下部接水桶31中，直至水流完，取下上部吊桶16，逐级加载完成。当需要进行冲击扰动试验时，将冲击砝码6沿着传力轴5向上抬起一定高度，然后松开冲击砝码6，让其自由下落，一次简单的冲击扰动试验完成。

工作原理：在岩石流变扰动效应试验装置中，利用杠杆、滑块和连接二者之间的连杆组成类似曲柄滑块机构。根据试验要求可知试验试件9破坏需要1mm左右的位移，两组所述杠杆滑块机构都是1：10的扩力比。

所述逐级加载试验装置中，依据牛顿第三运动定律（作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上），再结合定滑轮14可以改变力的方向，传力绳13上的拉力处处相等的特性而完成。通过水量的减少使重力砝码21的力缓慢的施加在加载托盘2上来完成逐级加载。

逐级加载试验装置依据牛顿第三运动定律（作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上），再结合定滑轮14可以改变力的方向，传力绳13上的拉力处处相等的特性而完成。通过水量的减少使重力砝码21的力缓慢的施加在加载托盘2上来完成逐级加载。

Claims (4)

1.一种岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其特征在于：其组成包括：岩石流变扰动效应试验装置及逐级加载试验装置；所述岩石流变扰动效应试验装置包括加载托盘（2）、架体（3）、传力轴（5）、冲击砝码（6）、扰动动态传感器（7）、上承压板（8）、压力传感器（10）、连接绳（26）、垫盘组件、两个滑块（4）、两个滑道（24）、两个杠杆及三个连杆；所述两个杠杆分别是杠杆一（1）和杠杆二（25），所述三个连杆分别是两个连杆一（23）和一个连杆二（19）；所述逐级加载试验装置包括传力绳（13）、可伸缩支架（15）、吊桶（16）、阀门一（17）、底座（18）、固定爪（20）、重力砝码（21）、轴承（22）及两个定滑轮（14）；

所述架体（3）的上方设有杠杆一（1），所述杠杆一（1）通过其上的杠杆支座与架体（3）的上端面固定连接，杠杆一（1）两端分别通过销轴一与两个连杆一（23）一端转动连接，所述两个连杆一（23）另一端分别通过销轴二与两个滑块（4）转动连接，所述两个滑块（4）与竖直且左右并排设置的两个滑道（24）滑动连接，所述两个滑道（24）均固定在架体（3）上，其中一个所述滑块（4）下端与竖直设置的传力轴（5）上端固定连接，所述传力轴（5）下端穿过冲击砝码（6）固定在扰动动态传感器（7）内，所述冲击砝码（6）设置在扰动动态传感器（7）上面，所述扰动动态传感器（7）设置在上承压板（8）上面，所述压力传感器（10）设置在上承压板（8）下方，所述上承压板（8）与压力传感器（10）之间设置有试件（9），压力传感器（10）设置在垫盘组件上面，所述垫盘组件（11）设置在架体（1）上，所述杠杆二（25）通过其上的杠杆支座与架体（3）固定连接，杠杆二（25）一端通过销轴三与连杆二（19）一端转动连接，所述连杆二（19）通过销轴四与其中一个所述滑块（4）下端转动连接，杠杆二（25）另一端通过连接绳（26）与加载托盘（2）固定连接；

所述两个定滑轮（14）均固定在可伸缩支架（15）上端，两个定滑轮（14）轴心连线位于同一水平线上，所述可伸缩支架（15）下端通过轴承（22）与底座（18）的中心孔转动连接，所述传力绳（13）一端与吊桶（16）上端的拎手固定连接，传力绳（13）另一端依次绕过两个定滑轮（14）的外圆面与固定爪（20）固定连接，所述固定爪（20）用于固定重力砝码（21），吊桶（16）桶壁底部安装有阀门一（17）；当进行逐级加载试验时，将重力砝码（21）放置在加载托盘（2）上。

2.根据权利要求1所述的岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其特征在于：所述垫盘组件包括多个垫盘（11）和多个固定钉（12）；所述多个垫盘（11）依次叠放设置，每相邻两个垫盘（11）之间通过固定钉（12）固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其特征在于：所述可伸缩支架（15）包括外套管（27）、内套管（28）、两个斜杆（29）及至少一个顶丝（30）；所述外套管（27）与内套管（28）相套设置，外套管（27）上端与两个斜杆（29）下端固定连接，所述两个斜杆（29）相对于外套管（27）的中心线对称设置，两个斜杆（29）上端与两个定滑轮（14）的轮轴固定连接，外套管（27）管壁沿径向设有至少一个螺纹通孔，所述至少一个螺纹通孔内旋接有顶丝（30），外套管（27）通过所述顶丝（30）与内套管（28）紧固连接，所述内套管（28）下端与轴承（22）固定连接。

4.根据权利要求1所述的岩石流变扰动效应及逐级加载试验装置，其特征在于：所述逐级加载装置还包括接水桶（31）和阀门二（32）；所述接水桶（31）设置在地面上，接水桶（31）桶壁底部安装有阀门二（32），接水桶（31）用于盛装从吊桶（16）流出的水。