CN112857973A - 一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置，包括平台底座以及设置在平台底座上的主轴加载机构和侧轴加载机构；主轴加载机构包括对称设置在平台底座上的两个第一反力构件，两个第一反力构件之间通过四根第一横梁连接，侧轴加载机构包括对称设置在平台底座上的两个第二反力构件，两个第二反力构件之间通过两根第二横梁连接。本发明中主轴加载机构和侧轴加载机构中用于主动加载和被动受载的四个平板压头都可以进行拆卸和替换，因此能够实现针对不同尺寸试件的水平双轴压力加载；保证了压力加载过程中加载装置与试验试件的整体契合度和稳定性。

Description

一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置
技术领域
本发明涉及岩石力学实验领域，更具体地，涉及一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置。
背景技术
在岩石力学实验领域，岩石样本的物理-力学性质会受到样本本身尺寸大小的影响，因此在实验过程中有时需要针对不同尺寸的试件进行力学试验测试。然而，在采用当前双轴压力加载装置时，存在以下两方面不足：1)主轴、侧轴共4个加载端头与整个加载框架为整体设计，受加载端头本身尺寸的制约，实验中只能针对特定尺寸范围内的试样进行双轴加载，而无法满足不同大小尺寸试验样本的双轴加载需求；2)已有双轴压力试验机，通过带球铰的压头调整加载姿态，提高试件受力的均匀性；在压力机主轴对试件进行轴向且均匀的压力加载时，侧轴虽然也为带球铰压头，但无法保证压力机沿着侧轴轴向对试件进行压力加载，这影响了压力机本身的使用性能。
如专利号为201020632584.1的实用新型专利公开了一种混凝土比例加载双轴压的加载测试装置，用于测量混凝土试件在双轴承受比例压力下的机械强度，包括：两组压力加载机构与液压控制机构；混凝土试件位于两组轴向正交布置的压力加载机构中心；所述的一组压力加载机构包括一套承载框架、一个加压油缸、两个加载头与一个荷载压力传感器；可以用于测量混凝土试件在双轴承受比例压力下的机械强度，能直接测量施加于试件上的压力有效荷载值。但该专利的加载测试装置同样无法满足不同大小尺寸试验样本的双轴加载需求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种能够针对不同尺寸试件进行水平双轴压力加载的装置，同时该装置能给为试件提供更好的侧轴轴向加载功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置，包括平台底座以及设置在所述平台底座上的主轴加载机构和侧轴加载机构；所述主轴加载机构包括对称设置在所述平台底座上的两个第一反力构件，两个所述第一反力构件之间通过四根第一横梁连接，其中一个所述第一反力构件上安装有加压油缸A，所述加压油缸A的活塞杆A前端设置有刚性垫块A和平板压头A，所述平板压头A设置于所述刚性垫块A远离所述活塞杆A的一侧；另一个所述第一反力构件上且于其面向所述加压油缸A的一侧安装有刚性垫块B和圆柱垫块A，所述圆柱垫块A通过碗形球铰与平板压头B连接。
进一步的，所述刚性垫块A的中心部位置设有连接孔，所述平板压头A的中心部位置设有螺纹孔，所述刚性垫块A和平板压头A通过螺纹圆杆相连。
优选地，所述圆柱垫块A与所述刚性垫块B相连的一端为平面，所述圆柱垫块A的另一端具有凹球面，所述碗形球铰安装于所述凹球面内，所述圆柱垫块A、碗形球铰以及平板压头B之间通过长螺纹杆连接。
进一步的，所述侧轴加载机构包括对称设置在所述平台底座上的两个第二反力构件，两个所述第二反力构件之间通过两根第二横梁连接，其中一个所述第二反力构件上安装有加压油缸B，所述加压油缸B的活塞杆B前端设置有刚性垫块C和平板压头C，所述平板压头C设置于所述刚性垫块C远离所述活塞杆B的一侧；另一个所述第二反力构件上且于其面向所述加压油缸B的一侧安装有刚性垫块D和圆柱垫块B，所述圆柱垫块B也通过碗形球铰与平板压头D连接，所述加压油缸A与加压油缸B的加压方向均在水平方向，且二者垂直。
进一步的，两个所述第二反力构件的底部各设置有一个滚轮装置，每个所述滚轮装置均包括位于对应所述第二反力构件底部两端的两个滚轮；所述平台底座上设置有与所述滚轮分别对应的导轨，所述侧轴加载机构能够在所述平台底座上沿所述导轨前后滑动。
进一步的，每个所述滚轮的内侧边缘均设置为凸起状，在垂直于滚轮滚动方向上，两个同一滚轮装置中两个滚轮的凸起边缘的间距小于该方向上两个平行导轨内侧的间距。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明的提供的岩石力学实验双轴压力加载装置在进行实验时，主轴加载机构和侧轴加载机构中用于主动加载和被动受载的四个平板压头都可以进行拆卸和替换，因此能够实现针对不同尺寸试件的水平双轴压力加载，适用范围广，有效节约成本。
(2)、本发明提供的岩石力学实验双轴压力加载装置，压头中心处设有螺纹孔，而压头后端的垫块中心处为圆孔，如此设计不仅压头可替换，而且保证了压力加载过程中加载装置与试验试件的整体契合度和稳定性。
(3)、本发明提供的岩石力学实验双轴压力加载装置在进行实验时，侧轴加载机构可根据试件本身平行度误差，通过侧轴加载机构底部的四个滚轮进行垂直于滚动方向上的横向微量移动，保证侧轴加载机构为试件提供与其侧面垂直的轴向压力，大大提高了实验精度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置的结构示意图；
图2是本发明中主轴加载机构的刚性垫块A与平板压头A连接的分解结构示意图；
图3是本发明中主轴加载机构的刚性垫块B、圆柱垫块A碗形球铰以及平板压头B连接的分解结构示意图；
其中，1-平台底座，1.1-导轨，2-主轴加载机构，2.1-第一反力构件，2.2-第一横梁，2.3-加压油缸A，2.4-刚性垫块A，2.4a-连接孔，2.5-平板压头A，2.5a-螺纹孔，2.6-刚性垫块B，2.7-圆柱垫块A，2.8-碗形球铰，2.9-平板压头B，2.10-螺纹圆杆，2.11-长螺纹杆，3-侧轴加载机构，3.1-第二反力构件，3.2-第二横梁，3.3-加压油缸B，3.4-刚性垫块C，3.5-平板压头C，3.6-刚性垫块D，3.7-圆柱垫块B，3.8-平板压头D，3.9-滚轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参见图1，本发明实施例的一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置，包括平台底座1以及设置在平台底座上的主轴加载机构2和侧轴加载机构3。具体结构如下：
结合参见图2和图3，主轴加载机构包括第一反力构件2.1、第一横梁2.2和加压油缸A2.3，第一反力构件为对称平行设置在平台底座上的两个，两个第一反力构件之间通过四根第一横梁2.2连接，四根第一横梁分别安装于两个第一反力构件的四角处。加压油缸A2.3固定安装于其中一个第一反力构件上，加压油缸A的活塞杆A前端设置有刚性垫块A2.4，刚性垫块A前端面的中心部位置设有连接孔2.4a，该连接孔为圆孔。刚性垫块A远离活塞杆A的一侧固定安装有平板压头A2.5，在平板压头A与刚性垫块A相接触一侧的中心位置设有螺纹孔2.5a，刚性垫块A和平板压头A通过螺纹圆杆2.10相连。在另一个第一反力构件上且于其靠近加压油缸A的一侧固定安装有刚性垫块B2.6，刚性垫块B前端面中心位置同样设有圆孔，刚性垫块B前端连接有横向设置的圆柱形垫块A2.7，圆柱形垫块靠近刚性垫块B的一端为平面，并在其中心位置开设有螺纹孔，圆柱形垫块A与刚性垫块B也通过一根螺纹圆杆相连，圆柱形垫块A的另一端具有凹形球面，凹形球面一侧与碗形球铰2.8相连，碗形球铰与凹形球面的曲率半径及球面度相等，碗形球铰的前端连接平板压头B2.9，碗形球铰与平板压头B二者之间通过长螺纹杆2.11连接为一个整体，碗形球铰可转动的设置在凹形球面内。该结构设置中，平板压头A和平板压头B分别通过螺纹圆杆刚性垫块A和刚性垫块B螺纹连接，使得平板压头A和平板压头B都可以进行拆卸和替换，因此能实现对不同尺寸试验试件的主轴压力加载。碗形球铰2.8通过长螺纹杆2.11与
在本发明较佳的实施例中，侧轴加载机构与主轴加载机构的结构基本一致。具体为：侧轴加载机构包括第二反力构件3.1、第二横梁3.2和加压油缸B3.3，第二反力构件3.1为对称平行设置在平台底座上的两个，两个第二反力构件之间通过两根第二横梁3.2连接，两根第二横梁3.2分别安装于两个第二反力构件的斜对角位置处。加压油缸B3.3固定安装于其中一个第二反力构件上，加压油缸B的活塞杆B前端固定设置有刚性垫块C3.4，刚性垫块C的前端面中心位置设有圆孔，刚性垫块C的前端设置有平板压头C3.5，在平板压头C与刚性垫块C相接触一侧的中心位置设有螺纹孔，刚性垫块C和平板压头C也通过一根螺纹圆杆相连。另一个第二反力构件上且于其面向加压油缸B的一侧安装有刚性垫块D3.6，刚性垫块D前端面的中心位置设有圆孔，刚性垫块D前端安装有水平设置的圆柱形垫块B3.7；同样的，圆柱形垫块D靠近刚性垫块D一端为平面，并在中心位置开设有螺纹孔，圆柱形垫块B与刚性垫块D通过螺纹圆杆相连，圆柱形垫块B另一侧面具有凹形球面，圆柱形垫块B具有凹形球面的一端与碗形球铰相连，碗形球铰的前端连接平板压头D3.8，圆柱形垫块B和碗形球铰以及平板压头D也通过长螺纹杆相连。通过该结构的侧轴加载机构与主轴加载机构的配合可实现针对不同尺寸试验试件的水平双轴压力加载。上述结构设置中，加压油缸A2.3与加压油缸B3.3的加压方向均在水平方向，且二者垂直。
在本发明较佳的实施例中，侧轴加载机构的两个第二反力构件的底部各设置有一个滚轮装置，每个滚轮装置均包括位于其所对应第二反力构件底部两端的两个滚轮3.9；平台底座上设置有与每个滚轮相对应的导轨1.1。优选的，每个滚轮的内侧边缘均设置为凸起状，在水平面内且垂直于滚轮滚动方向上，两个同一滚轮装置中两个滚轮的凸起边缘的间距小于该方向上两个平行导轨内侧的间距。在通过本实施例的岩石力学实验双轴压力加载装置在进行实验时，侧轴加载机构可根据试件本身平行度误差，通过底部四个滚轮进行垂直于滚动方向上的横向移动，保证侧轴加载机构为试件提供与其垂直的轴向压力，提高实验精度。
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 (6)

1.一种用于多尺寸试件的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，包括平台底座(1)以及设置在所述平台底座上的主轴加载机构(2)和侧轴加载机构(3)；所述主轴加载机构包括对称设置在所述平台底座上的两个第一反力构件(2.1)，两个所述第一反力构件之间通过四根第一横梁(2.2)连接，其中一个所述第一反力构件上安装有加压油缸A(2.3)，所述加压油缸A的活塞杆A前端设置有刚性垫块A(2.4)和平板压头A(2.5)，所述平板压头A设置于所述刚性垫块A远离所述活塞杆A的一侧；另一个所述第一反力构件上且于其面向所述加压油缸A的一侧安装有刚性垫块B(2.6)和圆柱垫块A(2.7)，所述圆柱垫块A通过碗形球铰(2.8)与平板压头B(2.9)连接。
2.根据权利要求1所述的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，所述刚性垫块A的中心部位置设有连接孔(2.4a)，所述平板压头A的中心部位置设有螺纹孔(2.5a)，所述刚性垫块A和平板压头A通过螺纹圆杆(2.10)相连。
3.根据权利要求2所述的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，所述圆柱垫块A与所述刚性垫块B相连的一端为平面，所述圆柱垫块A的另一端具有凹球面，所述碗形球铰安装于所述凹球面内，所述圆柱垫块A、碗形球铰以及平板压头B之间通过长螺纹杆(2.11)连接。
4.根据权利要求1所述的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，所述侧轴加载机构包括对称设置在所述平台底座上的两个第二反力构件(3.1)，两个所述第二反力构件之间通过两根第二横梁(3.2)连接，其中一个所述第二反力构件上安装有加压油缸B(3.3)，所述加压油缸B的活塞杆B前端设置有刚性垫块C(3.4)和平板压头C(3.5)，所述平板压头C设置于所述刚性垫块C远离所述活塞杆B的一侧；另一个所述第二反力构件上且于其面向所述加压油缸B的一侧安装有刚性垫块D(3.6)和圆柱垫块B(3.7)，所述圆柱垫块B也通过碗形球铰与平板压头D(3.8)连接，所述加压油缸A(2.3)与加压油缸B(3.3)的加压方向均在水平方向，且二者垂直。
5.根据权利要求1所述的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，两个所述第二反力构件的底部各设置有一个滚轮装置，每个所述滚轮装置均包括位于对应所述第二反力构件底部两端的两个滚轮(3.9)；所述平台底座上设置有与所述滚轮分别对应的导轨(1.1)，所述侧轴加载机构能够在所述平台底座上沿所述导轨前后滑动。
6.根据权利要求5所述的岩石力学实验双轴压力加载装置，其特征在于，每个所述滚轮的内侧边缘均设置为凸起状，在水平面内且垂直于滚轮滚动方向上，两个同一滚轮装置中两个滚轮的凸起边缘的间距小于该方向上两个平行导轨内侧的间距。
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