CN110618022B - 一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，包括第一电磁铁、第二电磁铁、第一电磁铁安装座、第二电磁铁安装座及约束盘；真三轴试验机框架上设有卸荷装置安装孔，第一电磁铁安装座固装在卸荷装置安装孔内，第一电磁铁固装在第一电磁铁安装座上；约束盘固装在卸荷装置安装孔孔口处，且第二电磁铁安装座位于约束盘与第一电磁铁之间；第二电磁铁固装在第二电磁铁安装座上并与第一电磁铁正对；第二电磁铁安装座可在约束盘与第一电磁铁之间进行轴向移动，且第二电磁铁安装座与第一电磁铁之间的最大间距设为卸荷间隙；第二电磁铁安装座固定套装在真三轴试验机的作动器缸体上，作动器活塞杆穿过活塞杆穿行孔与真三轴试验机的负荷测量件相固连。

Description

一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置
技术领域
本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置。
背景技术
深部围岩岩爆、大变形等地质灾害已经成为困扰岩石工程领域的世界性技术难题，而真三轴卸荷试验作为一种能够模拟开挖扰动诱发地质灾害的重要手段而被广泛应用；此外，单向快速卸荷条件下的岩石体破裂机制和流变效应，也已经成为岩石力学领域的热门课题之一，业界普遍希望岩石真三轴试验机加入快速卸荷功能。
目前，国内外具备快速卸荷功能的岩石力学试验机普遍采用油压提供卸荷动力，而采用油压提供卸荷动力的方式虽然在一定程度上能够满足快速卸荷速率要求，但油压卸荷存在资源浪费大且容易污染环境的缺点；另外，油压过大时，不但对油路管道冲击大且容易发生危险事故，而且配套的液压站也存在体积巨大的弊端，导致空间占用率高且成本增加。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，摒弃了传统的采用油压提供卸荷动力的方式，并采用电磁力提供卸荷动力，装置整体集成在真三轴试验机的框架上，具有卸荷响应快、卸荷速率可控、结构简单、节省空间、绿色环保的特点，可满足各类卸荷试验要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，包括第一电磁铁、第二电磁铁、第一电磁铁安装座、第二电磁铁安装座及约束盘；在真三轴试验机的框架上开设有卸荷装置安装孔；所述第一电磁铁安装座采用圆柱筒形结构，第一电磁铁安装座一侧筒口设有筒壁，第一电磁铁安装座另一侧未设筒壁，第一电磁铁安装座通过螺栓固装在卸荷装置安装孔内，且第一电磁铁安装座设有筒壁的一侧筒口朝向框架中心，第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口朝向框架外部；所述第一电磁铁采用圆环形结构，第一电磁铁通过螺栓固装在第一电磁铁安装座上，且第一电磁铁与第一电磁铁安装座同轴设置；所述约束盘采用圆环形结构，约束盘位于第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口外侧，约束盘通过螺栓固装在框架上，且约束盘与第一电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座采用圆环形结构，第二电磁铁安装座位于约束盘与第一电磁铁之间，第二电磁铁安装座在约束盘与第一电磁铁之间具有轴向移动自由度，第二电磁铁安装座与第一电磁铁之间的最大间距设为卸荷间隙；所述第二电磁铁安装座与第一电磁铁同轴设置；所述第二电磁铁采用圆环形结构，第二电磁铁通过螺栓固装在第二电磁铁安装座上，第二电磁铁与第一电磁铁正对，且第二电磁铁与第二电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座固定套装在真三轴试验机的作动器缸体上，在所述第一电磁铁安装座的筒口筒壁中心处开设有活塞杆穿行孔，作动器的活塞杆穿过活塞杆穿行孔与真三轴试验机的负荷测量件相固连；所述第一电磁铁安装座和第二电磁铁安装座均采用隔磁材料制造。
在所述第一电磁铁安装座的侧向筒壁内表面加装有减摩材料层，所述第二电磁铁安装座与减摩材料层之间滑动接触配合。
所述第一电磁铁的线圈及第二电磁铁的线圈均通过卸荷控制器与供电电源相连，通过卸荷控制器对第一电磁铁和第二电磁铁线圈中的电流大小和方向进行调控，进而对第一电磁铁和第二电磁铁的电磁力大小和方向进行调控。
在所述约束盘的内表面加装有缓冲层，缓冲层采用弹簧垫或橡胶垫，通过缓冲层对卸荷时第二电磁铁、第二电磁铁安装座及真三轴试验机的作动器的动能进行消除，用以降低对真三轴试验机的框架的冲击力。
本发明的有益效果：
本发明的适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，摒弃了传统的采用油压提供卸荷动力的方式，并采用电磁力提供卸荷动力，装置整体集成在真三轴试验机的框架上，具有卸荷响应快、卸荷速率可控、结构简单、节省空间、绿色环保的特点，可满足各类卸荷试验要求。
附图说明
图1为本发明的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置(第一电磁铁与第二电磁铁在电磁吸力下相吸合)的结构示意图；
图2为本发明的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置(第一电磁铁与第二电磁铁在电磁斥力下相分离)的结构示意图；
图3为本发明的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置的控制原理图；
图中，1—第一电磁铁，2—第二电磁铁，3—第一电磁铁安装座，4—第二电磁铁安装座，5—约束盘，6—框架，7—卸荷装置安装孔，8—作动器，9—活塞杆穿行孔，10—负荷测量件，11—减摩材料层，12—卸荷控制器，13—供电电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，包括第一电磁铁1、第二电磁铁2、第一电磁铁安装座3、第二电磁铁安装座4及约束盘5；在真三轴试验机的框架6上开设有卸荷装置安装孔7；所述第一电磁铁安装座3采用圆柱筒形结构，第一电磁铁安装座3一侧筒口设有筒壁，第一电磁铁安装座3另一侧未设筒壁，第一电磁铁安装座3通过螺栓固装在卸荷装置安装孔7内，且第一电磁铁安装座3设有筒壁的一侧筒口朝向框架中心，第一电磁铁安装座3未设筒壁的一侧筒口朝向框架外部；所述第一电磁铁1采用圆环形结构，第一电磁铁1通过螺栓固装在第一电磁铁安装座3上，且第一电磁铁1与第一电磁铁安装座3同轴设置；所述约束盘5采用圆环形结构，约束盘5位于第一电磁铁安装座3未设筒壁的一侧筒口外侧，约束盘5通过螺栓固装在框架6上，且约束盘5与第一电磁铁安装座3同轴设置；所述第二电磁铁安装座4采用圆环形结构，第二电磁铁安装座4位于约束盘5与第一电磁铁1之间，第二电磁铁安装座4在约束盘5与第一电磁铁1之间具有轴向移动自由度，第二电磁铁安装座4与第一电磁铁1之间的最大间距设为卸荷间隙，卸荷间隙≥20mm；所述第二电磁铁安装座4与第一电磁铁1同轴设置；所述第二电磁铁2采用圆环形结构，第二电磁铁2通过螺栓固装在第二电磁铁安装座4上，第二电磁铁2与第一电磁铁1正对，且第二电磁铁2与第二电磁铁安装座4同轴设置；所述第二电磁铁安装座4固定套装在真三轴试验机的作动器8缸体上，在所述第一电磁铁安装座3的筒口筒壁中心处开设有活塞杆穿行孔9，作动器8的活塞杆穿过活塞杆穿行孔9与真三轴试验机的负荷测量件10相固连；所述第一电磁铁安装座3和第二电磁铁安装座4均采用隔磁材料制造。
在所述第一电磁铁安装座3的侧向筒壁内表面加装有减摩材料层11，所述第二电磁铁安装座4与减摩材料层11之间滑动接触配合。
所述第一电磁铁1的线圈及第二电磁铁2的线圈均通过卸荷控制器12与供电电源13相连，通过卸荷控制器12对第一电磁铁1和第二电磁铁2线圈中的电流大小和方向进行调控，进而对第一电磁铁1和第二电磁铁2的电磁力大小和方向进行调控。
在所述约束盘5的内表面加装有缓冲层，缓冲层采用弹簧垫或橡胶垫，通过缓冲层对卸荷时第二电磁铁2、第二电磁铁安装座4及真三轴试验机的作动器8的动能进行消除，用以降低对真三轴试验机的框架6的冲击力。
下面结合附图说明本发明的一次动作过程：
在试样加载前，通过卸荷控制器12使第一电磁铁1和第二电磁铁2之间产生不小于100kN的电磁吸力，以使第一电磁铁1和第二电磁铁2紧密的吸合在一起，此时作动器8借助电磁吸力与框架6固连在一起。
进入试样加载阶段，确保第一电磁铁1和第二电磁铁2之间的电磁吸力不变，同时启动作动器8，通过作动器8活塞杆对试样施加载荷，并根据需要完成相应的加载试验。
当需要进行快速卸荷试验时，则通过卸荷控制器12使第一电磁铁1和第二电磁铁2之间电磁吸力迅速改变为不小于50kN的电磁斥力，在电磁斥力作用下，第二电磁铁2、第二电磁铁安装座4及作动器8被迅速弹开，作动器8的活塞杆所施加在试样上的载荷力也被瞬间卸去，之后控制活塞杆回缩。
在快速卸荷过程中，第二电磁铁2从吸合状态到弹开至最大卸荷间隙，所花费的时间不得大于0.2s。
快速卸荷完成后，如需要继续回缩作动器8的活塞杆，则可保持第一电磁铁1和第二电磁铁2之间电磁斥力不变，同时完成作动器8的活塞杆回缩动作。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，其特征在于：包括第一电磁铁、第二电磁铁、第一电磁铁安装座、第二电磁铁安装座及约束盘；在真三轴试验机的框架上开设有卸荷装置安装孔；所述第一电磁铁安装座采用圆柱筒形结构，第一电磁铁安装座一侧筒口设有筒壁，第一电磁铁安装座另一侧未设筒壁，第一电磁铁安装座通过螺栓固装在卸荷装置安装孔内，且第一电磁铁安装座设有筒壁的一侧筒口朝向框架中心，第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口朝向框架外部；所述第一电磁铁采用圆环形结构，第一电磁铁通过螺栓固装在第一电磁铁安装座上，且第一电磁铁与第一电磁铁安装座同轴设置；所述约束盘采用圆环形结构，约束盘位于第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口外侧，约束盘通过螺栓固装在框架上，且约束盘与第一电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座采用圆环形结构，第二电磁铁安装座位于约束盘与第一电磁铁之间，第二电磁铁安装座在约束盘与第一电磁铁之间具有轴向移动自由度，第二电磁铁安装座与第一电磁铁之间的最大间距设为卸荷间隙；所述第二电磁铁安装座与第一电磁铁同轴设置；所述第二电磁铁采用圆环形结构，第二电磁铁通过螺栓固装在第二电磁铁安装座上，第二电磁铁与第一电磁铁正对，且第二电磁铁与第二电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座固定套装在真三轴试验机的作动器缸体上，在所述第一电磁铁安装座的筒口筒壁中心处开设有活塞杆穿行孔，作动器的活塞杆穿过活塞杆穿行孔与真三轴试验机的负荷测量件相固连；所述第一电磁铁安装座和第二电磁铁安装座均采用隔磁材料制造。
2.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，其特征在于：在所述第一电磁铁安装座的侧向筒壁内表面加装有减摩材料层，所述第二电磁铁安装座与减摩材料层之间滑动接触配合。
3.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，其特征在于：所述第一电磁铁的线圈及第二电磁铁的线圈均通过卸荷控制器与供电电源相连，通过卸荷控制器对第一电磁铁和第二电磁铁线圈中的电流大小和方向进行调控，进而对第一电磁铁和第二电磁铁的电磁力大小和方向进行调控。
4.根据权利要求1所述的一种适用于真三轴试验机的单向快速电磁卸荷装置，其特征在于：在所述约束盘的内表面加装有缓冲层，缓冲层采用弹簧垫或橡胶垫，通过缓冲层对卸荷时第二电磁铁、第二电磁铁安装座及真三轴试验机的作动器的动能进行消除，用以降低对真三轴试验机的框架的冲击力。
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