CN114111536A - 一种三轴试验仪轴间对准度校准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三轴试验仪轴间对准度校准方法及装置，所述校准方法包括：基于油缸活塞杆和压力室活塞杆不同位置处的截面的径向长度差值得到三轴试验仪的压力室及其加压油缸之间的同轴度和/或平行度；根据所得同轴度和/或平行度，对所述三轴试验仪进行较准。本发明可对三轴试验仪的压力室及其加压油缸的轴间对准度进行精确校准。

Description

一种三轴试验仪轴间对准度校准方法及装置
技术领域
本发明涉及三轴试验仪轴间对准度校准的方法。
背景技术
三轴试验仪常用于测定试样的应力应变关系曲线，并用于确定土料的强度和变形特性参数，其典型结构如附图1所示，包括轴压系统、围压系统、孔压量测系统和体变量测系统等，其中，轴压系统包括主机轴向加载框架、轴向控制器等，轴向加载框架进一步包括四立柱、油缸活塞杆、压力室活塞杆、试样帽、伺服电机、试验力传感器等部分，其中油缸活塞杆位于压力室活塞杆顶部并与压力室活塞杆相互连接。轴压系统可保证轴向加载的稳定性控制的精确性、测量的准确性和操作的简便性，同时可实现力控制和位移控制等。围压系统包括了三轴压力室、围压加压装置和围压传感器等，孔压量测系统和体变量测系统则分别包括了孔压传感器和体变传感器等。
在试验仪应用中，常以试样45°面上的剪应力作为静剪应力平面，当同轴度和平行度满足试验要求时，轴向应力为σ1；径向荷载为σ3，该剪应力可以通过公式τ＝(σ1-σ3)/2进行确定；当同轴度和平行度不满足要求时，轴向由于偏心受力轴向应力实际值为(σ1A1+(A-A1)σ3)/A(式中A为试样截面面积，A1为压力室活塞与试样接触截面面积)；径向荷载为σ3(围压常以水荷载加载)，如果同样用公式τ＝(σ1-σ3)/2确定静剪应力会与实际值存在明显偏差，且实际作用截面A1的确定同样存在测量难度。
现有技术中，同轴度和平行度测试仅在设备出厂时由厂家进行检测并出具合格证明，无适用于不同测试应用中的同轴度和平行度检测方法。当仪器设备因搬运、调试、改装等操作导致同轴度和平行度出现偏差时，未进行同轴度和平行度测试的设备直接进行试验，尤其是平行试验，会导致试验结果的偏差增大，且与实际45°面上的静剪应力值存在较大误差，从而影响土料力学特性的确定。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可对三轴试验仪的压力室及其加压油缸的轴间对准度进行精确校准的方法及装置。
本发明的技术方案如下：
一种三轴试验仪轴间对准度校准方法，其包括：
通过同轴度计算模型和/或平行度计算模型获得三轴试验仪的压力室活塞杆及其油缸活塞杆之间的同轴度和/或平行度；
根据所得同轴度和/或平行度，对所述三轴试验仪进行较准；
其中，所述同轴度计算模型或平行度计算模型可基于所述油缸活塞杆或所述压力室活塞杆在不同位置处的截面的径向长度差得到所述同轴度和/或平行度。
根据本发明的一些优选实施方式，所述长度差值通过设有磁性表座的百分表获得。
根据本发明的一些优选实施方式，所述不同位置包括油缸活塞杆和压力室活塞杆的最大行程80％处和最大行程10％处。
根据本发明的一些优选实施方式，所述同轴度计算模型如下：
Figure BDA0003372832770000021
其中，c表示油缸活塞杆和压力室活塞杆的同轴度，d max表示所述设有磁性表座的百分表在表座固定后其百分表测杆头测得的活塞杆不同位置处的最大径向长度，dmin表示所述设有磁性表座的百分表在表座固定后其百分表测杆头测得的活塞杆不同位置处的最小径向长度。
根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述平行度计算模型如下：
Figure BDA0003372832770000022
其中，p表示油缸活塞杆与压力室活塞杆之间的平行度，c10表示活塞杆最大行程10％位置处计算得到的同轴度，c80表示活塞杆最大行程80％位置处计算得到的同轴度，L 10表示活塞杆最大行程10％位置处百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离，L 80表示活塞杆最大行程80％位置处百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离，Dmin表示油缸活塞杆和压力室活塞杆中直径较小的活塞杆的直径。
根据本发明的一些优选实施方式，所述校准方法具体包括：
(1)将所述压力室进行固定，将其活塞杆与油缸活塞杆连接；
(2)将装有百分表的磁性表座固定于所述压力室活塞杆端部圆柱面，使所述磁性表座顶缘与所述压力室活塞杆端面齐平；
(3)在所述油缸活塞杆最大行程80％的位置处，使所述百分表的测杆头垂直顶住所述油缸活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述油缸活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与压力室活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(4)在所述油缸活塞杆最大行程10％的位置处，将所述百分表的测杆头垂直顶住所述油缸活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述油缸活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与压力室活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(5)将装有所述百分表的磁性表座固定于油缸活塞杆端部圆柱面，使所述磁性表座底缘与油缸活塞杆端部齐平，在所述压力室活塞杆最大行程80％的位置处，使所述百分表的测杆头垂直顶住所述压力室活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述压力室活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与油缸活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(6)在所述压力室活塞杆最大行程10％的位置，将所述百分表的测杆头垂直顶住所述压力室活塞杆的圆柱截面，使所述磁性表座沿压力室活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与油缸活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(7)基于步骤(1)-(6)采用百分表测试得到的最大、最小值，进行所述同轴度和/或平行度计算。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤(3)-(6)中所述旋转的圈数为3～5圈。
本发明进一步提供了一种可实现上述校准方法的校准装置，其包括具有以下结构的校准测量器件：该器件一端可固定于所述压力室活塞杆或油缸活塞杆端面、另一端可对油缸活塞杆或压力室活塞杆在同一截面不同边缘处的径向长度值进行定量测量、且该两端之间含有可沿所述油缸活塞杆或压力室活塞杆伸展和收缩的连接机构。
根据本发明的一些优选实施方式，所述校准测量器件包括：百分表表头(5)、磁性表座(3)、百分表测杆(6)、连接所述磁性表座(3)与所述百分表表头(5)的可伸缩连接杆(4)。
本发明为同轴度和平行度测试提供了一种同轴度和平行度检测方法。当仪器设备因搬运、调试、改装等操作导致同轴度和平行度出现偏差时，可通过该方法，对试验设备进行检查，以保证试验精度。
附图说明
图1为所述三轴试验仪结构示意图，其中：1-1油缸活塞杆；2-1压力室活塞杆；3-1O型密封圈；4-1三轴室压力进口；5-1上盖；6-1锁紧螺母；7-1锁紧拉杆；8-1上试样帽；9-1透水石；10-1试样膜；11-1土样；12-1底盖；13-1三轴室；14-1下试样帽；15-1试样顶端接口；16-1试样底端接口。
图2为具体实施方式中同轴度校准示意图。
图3为具体实施中平行度校准示意图图。
其中：1-油缸活塞杆；2-压力室活塞杆；3-磁性表座；4-连接杆；5-百分表表头；6-百分表测杆(测杆头垂直于活塞杆)。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案，一种具体的校准方法包括：
(1)将三轴试验仪的压力室置于其工作位置并固定，将压力室活塞杆2与油缸活塞杆1连接；
(2)将包括百分表表头5、百分表测杆6、磁性表座3及连接磁性表座3与表头5的连接杆4的测量仪器进行安装，具体为将磁性表座3固定于压力室活塞杆2的端部圆柱面，磁性表座3的顶缘与压力室活塞杆2端部齐平；
(3)在油缸活塞杆1最大行程80％的位置，将百分表测杆头6垂直顶住油缸活塞杆1圆柱面，使磁性表座3沿压力室活塞杆2旋转3圈，转动时保持磁性表座3顶缘与压力室活塞杆2端部齐平，读取单圈内百分表的最大、最小值，其后取三次转圈中的最大、最小值的平均值作为本次测量的最大值和最小值；
(4)固定磁性表座3不动，调节连接杆4，在油缸活塞杆1最大行程10％的位置，将百分表测杆头6垂直顶住油缸活塞杆圆柱面，推动磁性表座3沿压力室活塞杆2旋转3圈，转动时保持磁性表座3顶缘与压力室活塞杆2端部齐平，读取单圈内百分表的最大、最小值，其后取三次转圈中的最大、最小值的平均值作为本次测量的最大值和最小值；
(5)拆除通过连接杆4固定的百分表和磁性表座3，将磁性表座3固定于油缸活塞杆1端部圆柱面，磁性表座3底缘与油缸活塞杆1端部齐平，在压力室活塞杆2最大行程80％的位置，将百分表测杆头6垂直顶住压力室活塞杆2圆柱面，推动磁性表座3沿油缸活塞杆1旋转3圈，转动时保持磁性表座3底缘与油缸活塞杆1端部齐平，读取单圈内百分表的最大、最小值，取三次最大、最小值的平均值作为本次测量的最大值和最小值；
(6)固定磁性表座3不动，调节连接杆4，在压力室活塞杆2最大行程10％的位置，将百分表测杆头6垂直顶住油缸活塞杆1圆柱面，推动磁性表座3沿油缸活塞杆1旋转，转动时保持磁性表座3底缘与油缸活塞杆1端部齐平，读取单圈内百分表的最大、最小值。旋转3圈，取三次最大、最小值的平均值作为本次测量的最大值和最小值；
(7)基于步骤(1)-(6)测试得到的每一组百分表测量的最大、最小值，根据以下同轴度计算模型获得油缸活塞杆与压力室活塞杆之间的同轴度，以各组确定的同轴度的平均值作为仪器同轴度测量结果。
Figure BDA0003372832770000051
其中，c表示油缸活塞杆与压力室活塞杆的同轴度(mm)，d max表示单圈内百分表的最大读数(mm)，dmin表示单圈内百分表的最小读数(mm)；
(8)基于步骤(1)-(6)测试得到的百分表测量最大、最小值差，根据以下平行度计算模型获得油缸活塞杆与压力室活塞杆之间的平行度：
Figure BDA0003372832770000061
其中，p表示油缸活塞杆与压力室活塞杆轴线平行度(mm)，c10表示活塞杆最大行程10％位置计算得到的同轴度(mm)，c80表示活塞杆最大行程80％位置计算得到的同轴度(mm)，L 10表示活塞杆最大行程10％位置对应百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离(mm)，L 80表示活塞杆最大行程80％位置对应百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离(mm)，D min表示油缸活塞杆和压力室活塞杆中直径较小的活塞杆的直径(mm)。
实施例1
根据具体实施方式提供的校准方法进行三轴试验仪的主机同轴度和平行度校验，并具体按以下记录表对步骤中所得数据进行记录和最终计算：
Figure BDA0003372832770000062
Figure BDA0003372832770000071
在本次实施例中，所得数据包括3圈测试过程中，百分表测记读数的最大值、最小值，根据式(1)、(2)可得到同轴度和平行度分别为0.5mm和0.07mm，对于试样直径为30cm，试样高度为70cm的土料该结果满足同轴度和平行度检测要求。但是，当同轴度和平行度较大时，会对测试结果产生较大的误差。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三轴试验仪轴间对准度校准方法，其特征在于，其包括：
通过同轴度计算模型和/或平行度计算模型获得三轴试验仪的压力室及其加压油缸之间的同轴度和/或平行度；
根据所得同轴度和/或平行度，对所述三轴试验仪进行较准；
其中，所述同轴度计算模型或平行度计算模型可基于所述油缸活塞杆或所述压力室活塞杆在不同位置处的截面的径向长度差得到所述同轴度和/或平行度。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述不同位置包括油缸活塞杆和压力室活塞杆的最大行程80％处和最大行程10％处。
3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述长度差值通过设有磁性表座的百分表获得。
4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述同轴度计算模型如下：
Figure FDA0003372832760000011
其中，c表示油缸活塞杆和压力室活塞杆的同轴度，dmax表示所述设有磁性表座的百分表在表座固定后其杆头测得的活塞杆不同位置处的最大径向长度，dmin表示所述设有磁性表座的百分表在表座固定后其杆头测得的活塞杆不同位置处的最小径向长度。
5.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述平行度计算模型如下：
Figure FDA0003372832760000012
其中，p表示油缸活塞杆与压力室活塞杆之间的平行度，c10表示活塞杆最大行程10％位置处计算得到的同轴度，c80表示活塞杆最大行程80％位置处计算得到的同轴度，L 10表示活塞杆最大行程10％位置处百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离，L 80表示活塞杆最大行程80％位置处百分表测杆头到活塞杆端面的轴线距离，D min表示油缸活塞杆和压力室活塞杆中直径较小的活塞杆的直径。
6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，其具体包括：
(1)将所述压力室进行固定，将其活塞杆与油缸活塞杆连接；
(2)将装有百分表的磁性表座固定于所述压力室活塞杆端部圆柱面，使所述磁性表座顶缘与所述压力室活塞杆端面齐平；
(3)在所述油缸活塞杆最大行程80％的位置处，使所述百分表的测杆头垂直顶住所述油缸活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述油缸活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与压力室活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(4)在所述油缸活塞杆最大行程10％的位置处，将所述百分表的测杆头垂直顶住所述油缸活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述油缸活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与压力室活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(5)将装有所述百分表的磁性表座固定于油缸活塞杆端部圆柱面，使所述磁性表座底缘与油缸活塞杆端部齐平，在所述压力室活塞杆最大行程80％的位置处，使所述百分表的测杆头垂直顶住所述压力室活塞杆圆柱截面，使所述磁性表座沿所述压力室活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与油缸活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(6)在所述压力室活塞杆最大行程10％的位置，将所述百分表的测杆头垂直顶住所述压力室活塞杆的圆柱截面，使所述磁性表座沿压力室活塞杆旋转一圈或多圈，转动时保持磁性表座顶缘与油缸活塞杆端部齐平，读取每圈旋转中百分表的最大、最小值；
(7)基于步骤(1)-(6)采用百分表测试得到的最大、最小值，进行所述同轴度和/或平行度计算。
7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，步骤(3)-(6)中所述旋转的圈数为3～5圈。
8.实现权利要求1-7中任一项所述的校准方法的校准装置，其特征在于，其包括具有以下结构的校准测量器件：该器件一端可固定于所述压力室活塞杆或油缸活塞杆端面、另一端可对油缸活塞杆或压力室活塞杆在同一截面不同边缘处的径向长度值进行定量测量、且该两端之间含有可沿所述油缸活塞杆或压力室活塞杆伸展和收缩的连接机构。
9.根据权利要求8所述的校准装置，其特征在于，所述校准测量器件包括：百分表表头(5)、磁性表座(3)、百分表测杆(6)、连接所述磁性表座(3)与所述百分表表头(5)的可伸缩连接杆(4)。
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