CN211318046U - 一种扭剪仪扭矩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扭剪仪扭矩系统，属于土木工程试验设备技术领域，包括扭矩电机、减速机、与承载试样的下压盘固定连接的下受力轴以及能够检测下受力轴输出转速与转角的放大盘，所述扭矩电机通过减速机驱动下受力轴旋转，从而带动承载试样的下压盘旋转，实现试样扭剪试验；所述扭矩电机根据放大盘检测结果调节自身转速及转角，本实用新型扭矩电机通过减速机驱动下受力轴旋转，从而带动承载试样的下压盘旋转，实现试样扭剪试验，既能保持输出稳定的扭矩，而且能够实时智能调节扭力，实现扭力增量按照需要固定累积的试验模式，同时放大盘装置还能够精确测量大扭矩超低速扭矩系统的转速与转角。

Description

一种扭剪仪扭矩系统

技术领域

本实用新型涉及一种扭剪仪扭矩系统，属于土木工程试验设备技术领域。

背景技术

随着经济发展和城市规模的扩大，不断增长的城市固体废弃物产出量和亟待处理废弃物的积累量成为城市发展中必须解决的难题，在我国现阶段最有效的垃圾处理方法是深度填埋。现代卫生填埋工程呈高、大型发展的趋势，整体稳定性是实现垃圾填埋场卫生安全运营的重要前提，衬垫系统的强度对于填埋场的整体稳定性至关重要，进而以土工合成材料为主组成的衬垫系统界面剪切特性将成为控制现代卫生填埋工程稳定以及平移破坏分析的一个重要因素。现代卫生填埋工程中衬垫系统主要包括：土工膜、土工布、土工网、GCL衬垫等土工合成材料以及砂土、粘土。研究衬垫系统内不同土工材料之间的力学特性，就必须严格依照此衬垫系统的组成进行整体剪切试验。

由于常规土工仪器体积较小，一般通过人手调节以施加扭矩，智能化较差，无法实时智能调节扭力，更无法智能实现扭力增量按照需要固定累积的试验模式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种扭剪仪扭矩系统。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种扭剪仪扭矩系统，包括扭矩电机、减速机、与承载试样的下压盘固定连接的下受力轴以及能够检测下受力轴输出转速与转角的放大盘，所述扭矩电机通过减速机驱动下受力轴旋转，从而带动承载试样的下压盘旋转，实现试样扭剪试验；所述扭矩电机根据放大盘检测结果调节自身转速及转角。

优选地，所述下受力轴上设有插接孔，所述减速机的输出轴延伸至插接孔内，与所述插接孔固定连接。

优选地，所述插接孔的外周套设有锁紧螺母。

优选地，所述扭剪仪的工作台上设有扭矩系统安装孔，所述扭矩系统安装孔内设有轴承，所述下受力轴延伸至扭矩系统安装孔内，通过所述轴承与工作台转动连接。

优选地，所述扭矩系统安装孔内安装有轴承密封组件。

优选地，所述轴承密封组件包括一活动箍接在下受力轴外周侧的密封盖板，所述密封盖板外侧壁与扭矩系统安装孔内壁之间设有密封圈，所述密封盖板内侧壁与下受力轴外侧壁之间设有油封。

优选地，所述放大盘包括编码器、套接在下受力轴外周侧的大带轮总成；所述编码器安装在扭剪仪的工作台上，编码器的输出轴通过联轴器连接有一小带轮总成，所述小带轮总成与大带轮总成之间通过同步带传动相连。

优选地，所述小带轮总成通过底座与工作台连接，所述小带轮总成通过小带轮轴承可转动的连接在所述底座上。

优选地，所述小带轮总成通过小带轮轴承可转动的连接在所述底座上。

优选地，所述工作台上固连有一用于罩接所述底座、小带轮总成以及大带轮总成的外罩。

优选地，所述减速机通过连接座固定于所述扭剪仪的工作台上。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型扭矩电机通过减速机驱动下受力轴旋转，从而带动承载试样的下压盘旋转，实现试样扭剪试验，既能保持输出稳定的扭矩，而且能够实时智能调节扭力，实现扭力增量按照需要固定累积的试验模式，同时放大盘装置还能够精确测量大扭矩超低速扭矩系统的转速与转角。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是大型静态多功能扭剪仪结构示意图；

图2是大型静态多功能扭剪仪主视图；

图3是大型静态多功能扭剪仪左视图；

图4是大型静态多功能扭剪仪俯视图；

图5是大型静态多功能扭剪仪左剖视图；

图6是大型静态多功能扭剪仪主剖视图；

图7是大型静态多功能扭剪仪主机框架结构示意图；

图8是大型静态多功能扭剪仪主机框架旋转剖视图；

图9是大型静态多功能扭剪仪器轴压系统结构示意图；

图10是大型静态多功能扭剪仪轴压系统旋转剖视图；

图11是大型静态多功能扭剪仪扭矩系统结构示意图；

图12是大型静态多功能扭剪仪扭矩系统旋转剖视图；

图13是大型静态多功能扭剪仪放大盘装置结构示意图；

图14是大型静态多功能扭剪仪放大盘装置剖视图；

图15是大型静态多功能扭剪仪推车装置结构示意图及导轮局部剖视图；

图16是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统结构示意图；

图17是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统旋转剖视图；

图18是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统压盘装置结构示意图；

图19是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统压盘装置旋转剖视图；

图20是大型静态多功能扭剪仪主机框架工作台结构示意图及剖视图；

图21是大型静态多功能扭剪仪轴压系统导向梁结构示意图；

图22是大型静态多功能扭剪仪轴压系统承载梁及剖视图；

图23是大型静态多功能扭剪仪轴压系统上过渡连接盘结构示意图及剖视图；

图24是大型静态多功能扭剪仪轴压系统受力扭转结构示意图及剖视图；

图25是大型静态多功能扭剪仪锁紧螺母结构示意图；

图26是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统压盘面结构示意图；

图27是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统短外叠环结构示意图及局部剖视图。

图28是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统内叠环结构示意图及局部剖视图；

图29是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统水槽底板俯视图及局部剖视图；

图30是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统内外叠环挡圈结构示意图及局部剖视图；

图31是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统反光镜装置结构示意图及剖视图；

图32是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统万向轮装置结构示意图及局部剖视图；

图33是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统上部和周围相机支架结构示意图；

图34是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统水浴罩和内玻璃筒结构示意图及剖视图；

图35是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统支腿和支腿靴组合结构示意图及剖视图；

图36是大型静态多功能扭剪仪扭矩系统密封盖板结构示意图及局部剖视图；

图37是黏土或砂层环形试样结构示意图；

图38是土工合成材料试样环结构示意图。

图中：1001.上横梁，1002.定位套，1003.上立板，1004.工作台，1004-1.放大盘装置编码器安装槽，1004-2.拉杆安装槽，1004-3.推车装置导轨安装孔，1004-4.吊环螺栓安装孔，1004-5.扭矩系统安装孔， 1004-6.推车装置导轨支座安装孔，1005.拉杆，1006.角钢支腿，1007.地脚板，1008.侧罩板，1009.前罩板，1010.后罩板，1011.出线板，1012.垫圈，1013.螺母，1014.减速机连接座，1015.地脚螺钉I，1016. 上竖直防护罩，1101.作动器，1102.螺杆，1103.锁紧环，1104.负荷传感器，1105.承载梁，1105-1.承载梁安装孔，1105-2.承载梁定位锁安装槽，1105-3.承载梁负荷传感器安装孔，1106.定位锁，1107.导向梁，1107-1.导向梁承载梁安装孔，1107-2.导向梁滑块安装孔，1107-3.导向梁扭矩系统上过渡连接盘安装孔，1108.受力扭转，1108-1.受力扭转定位锁安装槽，1109.上过渡连接盘，1109-1.上过渡连接盘平键安装槽，1109-2.上过渡连接盘螺栓安装槽，1109-3.上过渡连接盘定位销安装孔，1110.下锁紧螺母，1111. 上防尘罩I，1112.圆锥滚子轴承I，1113.上防尘罩II，1114.上后罩板，1115.上前罩板，1116.滑块，1117. 滑轨，1118.导轨挡板，1119.直线位移传感器波导管，1120.直线位移传感器活动磁，1201.下受力轴，1202. 减速机，1203.电机，1204.密封盖板，1205.压板，1206.内包骨架旋转轴唇形油封，1207.O型密封圈，1208.挡块，1209.扭矩传感器，1301.大带轮总成，1302.外罩，1303.上盖，1304.小带轮总成，1305.防尘盖， 1306.底座，1307.编码器支架，1308.同步带，1309.编码器，1310.联轴器，1311.小带轮轴承，1401.上环形压盘，1402.压盘面，1402-1.压盘面安装孔，1402-2.压盘面钢钉孔，1402-3.压盘面便携调整孔，1402-4. 压盘面定位槽，1402-5.压盘面平键安装槽，1403.内叠环挡圈，1403-1.内外叠环挡圈安装孔，1403-2.内外叠环挡圈孔压传感器安装孔，1404.外叠环挡圈，1405.圆柱销，1406.弹簧，1407.调整螺杆，1408.上部相机支架，1409.工业相机，1410.钢钉，1411.平键，1412.定位销，1413.下环形压盘，1414.密封挡圈，1415.水槽底板，1415-1.水槽底板周围相机支架II安装孔，1415-2.水槽底板槽封垫圈安装槽，1415-3.水槽底板槽旋转骨架油封安装槽，1415-4.水槽底板槽密封挡圈安装槽，1415-5.水槽底板进出水螺纹孔，1416. 水浴罩，1416-1.水浴罩指示线，1416-2.水浴罩安装孔，1417.内玻璃筒，1417-1.内玻璃筒指示线，1417-2. 内玻璃筒安装孔，1417-3.内玻璃筒反光镜支架II安装孔，1418.反光镜支架I，1419.反光镜支架II，1419-1. 反光镜支架I调节固定孔，1420.短外叠环I，1421.短外叠环II，1422.短外叠环III，1423.短外叠环 IV，1424.短外叠环V，1420-1424-1.短外叠环试样连接环，1420-1424-2.短外叠环刻度尺，1425.内叠环I，1426.内叠环II，1427.内叠环III，1428.内叠环IV，1429.内叠环V，1425-1429-1.内叠环刻度尺，1425-1429-2.内叠环环试样连接环，1430.万向轮支架，1431.万向轮，1432.孔压传感器，1433.周围相机支架I，1434.周围相机支架II，1435.支腿，1436.支腿靴，1437.反光镜，1438.环形砂层试样，1439. 环形黏土层试样，1440.环形土工合成材料试样，1441.槽封垫圈，1442.周围相机支架III，1443.旋转骨架油封，弯头孔.1444，1501.支撑梁，1502.前挡板，1503.导轨支座，1504.支座，1505.导轮，1506.导轴，1507.导套，1508.导轨，1509.后挡板，1510.小车平板，1511.导轨座支腿，1512.连接柱，1513.地脚螺钉II，1514.导轨轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

图1是本实用新型的大型静态多功能扭剪仪的整体结构示意图，由图可见大型静态多功能扭剪仪主要有六个分系统组成，分别是主机框架1000、轴压系统1100、扭矩系统1200、放大盘装置1300、剪切位移测量系统1400、调整推车装置1500、控制系统；主机框架采用框架式结构，轴压系统1100、扭矩系统1200、放大盘装置1300、剪切位移测量系统1400、调整推车装置1500，按照图1所示安装在主机框架1000上；根据轴压系统1100和扭矩系统1200的技术指标设计主机框架1000的尺寸及强度参数，控制系统满足数据采集、控制决策、控制输出等基本功能。实现计算机对试验过程能够自动控制，且可通过计算机进行手动控制，即开环和闭环可选；系统在全程闭环控制状态下，能够实现力控制、位移控制等多种控制功能，并且能实现控制方式以及控制速率的任意无冲击平滑切换；可对试验全过程进行监控、自动全程测量、分析并储存试验数据、自动绘制、存储试验曲线等；具备超载保护、油缸行程限位保护、液压系统最大压力保护以及过流和过速等过载保护功能。

图2、图3和图4分别是大型静态多功能扭剪仪主视图、大型静态多功能扭剪仪左视图和大型静态多功能扭剪仪俯视图，分别从不同的角度描述了本实用新型大型静态多功能扭剪仪的结构构造。参照图1和图2 可知主机框架1000下端面地脚板1007下端安装有地脚螺钉1015，通过将地脚螺钉1015固定在设备基础上可以加强本实用新型的大型静态多功能扭剪仪的运行稳定性。参照图1、图2和图3可知，轴压系统1100 安装在主机框架中上半部分，其中作动器1101通过螺栓安装在上横梁1001上部，剩余其他部分安装在上横梁1001下部，作动器1101控制螺杆1102(见图10)连接并控制轴压系统1100剩余部分进行垂向位移运动，轴压系统1100剩余部分通过直线导轨滑块限定轴压系统仅可垂向运动，滑轨1117和滑块1116分别安装在在主机框架1000和轴压系统1100上；上环形压盘1401位于轴压系统1100下端，通过螺栓使之与上过渡连接盘连接，功能是提供试样轴向压力；滑轨1117上端安装有上竖直防护罩，用于限制轴压系统1100 导向梁1107的上游位移以起到保护作用；滑轨1117下端安装有导轨挡板，用于限制轴压系统1100导向梁 1107的下游总位移量以起到保护作用。参照图1、图2和图3可知，剪切位移测量系统1400安装在主机框架1000工作台1004上，通过支腿1435和支腿靴1436控制调节水槽底板1415的水平度以及与工作台1004 上表面的间距；放大盘装置1300同样安装在工作台1004上，并且位于剪切位移测量系统1400下；剪切位移测量系统1400的安装方向是两个周围相机支架1433和1434分别朝向主机框架1000前后两侧。参照图1、图2和图3可知，调整推车装置1500安装在主机框架1000前端，导轨支座1503通过螺栓安装在工作台1004 推车装置导轨支座安装孔1004-6上，导轨1508通过螺栓安装在工作台1004推车装置导轨安装孔1004-3 上，调整推车装置1500剩余部分安通过导轮1505和导轨1508衔接，导轮1505可沿着导轨1508自由移动；参照图1可知，扭矩系统1200安装在主机框架1000下半部分，功能是提供试样扭矩。

图7和图8分别是大型静态多功能扭剪仪主机框架结构示意图、旋转剖视图，参照图7和图8可知，主机框架主要由上横梁1001、定位套1002、上立板1003、工作台1004、拉杆1005、角钢支腿1006、地脚板1007、垫圈1012、螺母1013和减速机连接座1014等构件组成；工作台1004是大型静态多功能扭剪仪主机框架的衔部件，同时也是大型静态多功能扭剪仪的核心部件，扭矩系统1200、剪切位移测量系统1400、放大盘装置1300和调整推车装置1500均安装在工作台1004上；工作台1004作为主机框架的衔接部件，其上部依次是上立板1003和上横梁1001，通过定位套1002对工作台1004、上立板1003和上横梁1001部件进行定位，利用拉杆1005、垫圈1012和螺母1013固定上立板1003、上横梁1001和工作台1004，使得主机框架1000上半部分具有抗拉功能，以保证大型静态多功能扭剪仪轴压系统正常运行；其下部依次是角钢支腿1006、地脚板1007和减速机连接座1014，其中角钢支腿1006和地脚板1007通过螺栓按照如图7 所示进行固定安装，工作台1004、角钢支腿1006和地脚板1007围成的空间用于安装扭矩系统1200，即减速机1202通过螺栓安装在减速机连接座1014上，输出轴方向朝上并穿过工作台1004中扭矩系统安装孔 1004-5；除此之外，参照1、图2和图3可知，大型静态多功能扭剪仪下半部分还分别安装有前罩板1009、后罩板1010及两侧的侧罩板1008，具有美观和安全的双重功能；再者其中后罩板1010上还加工有出线板 1011，是大型静态多功能扭剪仪线缆的进出窗口。

图20是大型静态多功能扭剪仪主机框架工作台结构示意图及剖视图，参照图20可知，工作台1004成长方体型，其中部加工有通孔，即扭矩系统安装孔1004-5，用于安装大型静态多功能扭剪仪扭矩系统，其截面如图20中A-A和B-B所示，单个截面显示扭矩系统安装孔1004-5成阶梯状，目的在于为扭矩系统1200 提供支撑力；工作台1004两侧分别加工有两排沉头通孔1004-2，用于安装固定拉杆1005、垫圈1012和螺母1013；1004-1是放大盘装置编码器安装槽，用于安装放大盘装置编码器；1004-3是推车装置导轨安装孔，用于安装固定推车装置导轨，方便推车装置沿着导轨前后位移；1004-6是推车装置导轨支座安装孔，用于安装固定推车装置导轨支座；1004-4是吊环螺栓安装孔，用于安装吊环螺栓，便于工作台1004甚至大型静态多功能扭剪仪位置移动。

图9和图10分别是大型静态多功能扭剪仪轴压系统结构示意图和旋转剖视图。参照图9和图10可知，大型静态多功能扭剪仪轴压系统1100主要由作动器1101、螺杆1102、锁紧环1103、负荷传感器1104、承载梁1105、承载梁安装孔1105-1、承载梁定位锁安装槽1105-2、承载梁负荷传感器安装孔1105-3、定位锁1106、导向梁1107、导向梁承载梁安装孔1107-1、导向梁滑块安装孔1107-2、导向梁扭矩系统上过渡连接盘安装孔1107-3、受力扭转1108、受力扭转定位锁安装槽1108-1、上过渡连接盘1109、上过渡连接盘平键安装槽1109-1、上过渡连接盘螺栓安装槽1109-2、上过渡连接盘定位销安装孔1109-3、下锁紧螺母 1110、上防尘罩I1111、圆锥滚子轴承I1112、上防尘罩II1113、上后罩板1114、上前罩板1115、滑块1116、滑轨1117、导轨挡板1118、直线位移传感器波导管1119和直线位移传感器活动磁1120等构成。

图21是大型静态多功能扭剪仪轴压系统导向梁结构示意图。参照图21、图9和图10可知，导向梁1107 是轴压系统1100下半部分的安装载体，其上表面加工有安装承载梁1105的承载梁安装孔1107-01，四角分别加工有用于安装滑块1116的导向梁滑块安装孔1107-2，中间加工有用于安装扭矩系统上过渡连接盘1109 的导向梁扭矩系统上过渡连接盘安装孔1107-3。

图22是大型静态多功能扭剪仪轴压系统承载梁及剖视图。参照图22、图9和图10可知，承载梁1105 上表面加工过有用于将其连接固定导向梁1107使用的承载梁安装孔1105-1；中间加工有用于连接安装负荷传感器1104使用的承载梁定位锁安装槽1105-3；上表面两侧加工有用于连接安装定位锁1106使用的承载梁定位锁安装槽1105-2；其截面A-A可知，底面加工有固定连接受力扭转1108的螺栓孔。

图23是大型静态多功能扭剪仪轴压系统上过渡连接盘结构示意图及剖视图。参照图23、图9和图10 可知，上过渡连接盘1109底面加工过有用于安置平键1411的上过渡连接盘平键安装槽1109-1；底面中间加工有用于安置定位销的上过渡连接盘定位销安装孔1109-3；底面周围加工过有用于螺栓固定连接上过渡连接盘的螺栓安装槽1109-2；其截面A-A可知，其内部为盲孔状，连接受力扭转1108；除此之外，上过渡连接盘1109内表面加工有花键。

图24是大型静态多功能扭剪仪轴压系统受力扭转结构示意图及剖视图。参照图24、图9和图10可知，受力扭转1108形状类似于上过渡连接盘1109，其顶面加工有用于安置定位锁1106的圆柱形受力扭转定位锁安装槽槽1108-1；顶面周围加工有固定连接扭矩传感器1209的螺栓孔；除此之外，受力扭转1108外表面加工有花键。

图25是大型静态多功能扭剪仪锁紧螺母结构示意图。锁紧螺母1110是采用螺母和螺栓之间摩擦力进行自锁的防松弛构件，参照图25和图10可知，下锁紧螺母1110安装在上过渡连接盘1109上，用于增加上过渡连接盘1109和受力扭转1108之间的摩擦力，以起到紧固作用。

参照图1、图2、图9和图10可知，轴压系统1100主要包含两大部分，分别是安装在主机框架1000 中上横梁1001上的作动器1101等构件部分和以导向梁1107为安装载体的剩余部分构件；作动器1101是一种能把来自液压源的液压能转换为机械能液压执行机构，主要用于执行主控制器的命令，控制负载的速度、和力，同时反馈给主控制器信号输出力的大小，同时其内部也安装有直线位移传感器，即由直线位移传感器波导管1119和直线位移传感器活动磁1120组成的装置，用于反馈负载的方向和位移等；作动器1101 伸缩杆通过螺杆连接安装在承载梁1105上的负荷传感器1104，螺杆上还安装有两个锁紧环1103，两个锁紧环1103螺旋面相对，可以借此微调作动器1101和负荷传感器1104之间的间距；通过螺栓对齐负荷传感器1104和承载梁1105-3并固定使得负荷传感器1104安装固定在承载梁1105上，用于测量轴压系统1100 的轴压荷载变化；通过螺栓对齐承载梁安装孔1105-1和导向梁承载梁安装孔1107-1，以连接固定承载梁 1105和导向梁1107；承载梁1105下部通过承载梁安装孔1105-1螺栓固定安装扭矩传感器1209，承载梁 1105和扭矩传感器1209之间通过放置定位锁1106来定位同轴心安装；扭矩传感器1209下部通过螺栓连接固定受力扭转1108，扭矩传感器1209和受力扭转1108同样使用定位锁1106来定位同轴心安装；受力扭转 1108通过花键连接固定上过渡连接盘1109，下锁紧螺母1110套在上过渡连接盘1109上部外围，紧固螺栓来增加受力扭转1108和上过渡连接盘1109下部外围安装圆锥滚子轴承I1112，以加固上过渡连接盘1109 和过渡连接盘1109之间的摩擦力；上导向梁1107之间的连接；导向梁1107两侧四角导向梁滑块安装孔 1107-2上螺栓安装滑块1116；导向梁1107中间导向梁扭矩系统上过渡连接盘安装孔1107-3下端螺栓安装固定上防尘罩II1113；上过渡连接盘1109底端面上过渡连接盘平键安装槽1109-1和上过渡连接盘定位销安装孔1109-3分别安装平键1411和定位销1412。

图11和图12分别是大型静态多功能扭剪仪扭矩系统结构示意图和大型静态多功能扭剪仪扭矩系统旋转剖视图。参照图11和图12可知，大型静态多功能扭剪仪扭矩系统1200由下受力轴1201、减速机1202、扭矩电机1203、密封盖板1204、压板1205、内包骨架旋转轴唇形油封1206、O型密封圈1207、挡块1208 和扭矩传感器1209等构件组成。

图36是大型静态多功能扭剪仪扭矩系统密封盖板结构示意图及局部剖视图。参照图36，密封盖板1204 是截面为Z字型的旋转体。

参照图11、图12和图36，其安装顺序：工作台1004扭矩系统安装孔1004-5内相继安装两个圆锥滚子轴承I1112；安装密封盖板1204内安装O型密封圈1207、内包骨架旋转轴唇形油封1206以及螺栓安装固定压板1205，组成组合体I；将上述组合体I螺栓安装固定在扭矩系统安装孔1004-5上；将减速机1202 和扭矩电机1203进行组装形成组合体II，将组合体II和减速机连接座1014通过螺栓安装在一起，安装时注意减速机1202油壶的位置；将下锁紧螺母1110套在减速机1202输出轴上；最后，将下受力轴1201 插入圆锥滚子轴承I1112内并且套住减速机1202输出轴，移动下锁紧螺母1110使其套在下受力轴1201下端，拧紧下锁紧螺母1110螺栓。

图13和图14分别是大型静态多功能扭剪仪放大盘装置结构示意图和大型静态多功能扭剪仪放大盘装置剖视图。参照图13和图14，放大盘装置1300由大带轮总成1301、外罩1302、上盖1303、小带轮总成 1304、防尘盖1305、底座1306、编码器支架1307、同步带1308、编码器1309、联轴器1310和小带轮轴承 1311等构件组成。放大盘装置1300较为特殊，先期阶段，仅需装配好小带轮总成1304一端，装配顺序为：在底座1306的减料孔内安装一个小带轮轴承1311；将小带轮总成1304轴长端嵌入小带轮轴承1311内；在上盖1303的减料孔内嵌入一个小带轮轴承1311，将该组合体III套进小带轮轴承1311轴短端，并通过螺栓将组合体III与底座1306连接固定在一起；将防尘盖1305套住小带轮轴承1311轴长端后嵌入底座1306 上；使用螺栓将编码器支架1307安装固定在底座上；将联轴器1310的配套端安装在带轮轴承1311轴长端；最后，将编码器1309的出轴插入联轴器1310另一端，随后利用螺栓将编码器1309和编码器支架1307固定在一起。

图16和图17分别是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统结构示意图和大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统旋转剖视图。参照图16和图17，剪切位移测量系统由上环形压盘1401、压盘面1402、内叠环挡圈1403、外叠环挡圈1404、圆柱销1405、弹簧1406、调整螺杆1407、上部相机支架1408、工业相机1409、钢钉1410、平键1411、定位销1412、下环形压盘1413、密封挡圈1414、水槽底板1415、水浴罩 1416、内玻璃筒1417、反光镜支架I1418、反光镜支架II1419、短外叠环I1420、短外叠环II1421、短外叠环III1422、短外叠环IV1423、短外叠环V1424、内叠环I1425、内叠环II1426、内叠环III1427、内叠环IV1428、内叠环V1429、万向轮支架1430、万向轮1431、孔压传感器1432、周围相机支架I1433、周围相机支架II1434、支腿1435、支腿靴1436、反光镜1437、环形砂层试样1438、环形黏土层试样1439、环形土工合成材料试样1440、槽封垫圈1441、周围相机支架III1442、旋转骨架油封1443和弯头孔1444 等构件组成。

图26是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统压盘面结构示意图。参照图26，压盘面1402为具有一定厚度的圆环，其底面加工有六个压盘面安装孔(沉头孔)1402-1和多个等间距的压盘面钢钉孔1402-2，压盘面安装孔(沉头孔)用于螺栓固定连接压盘面1402和上环形压盘1401，压盘面钢钉孔1402-2用于安装钢钉1410，以增加压盘对内置黏土或砂层的抓持力；其顶面加工有六个压盘面便携调整孔1402-3、六个压盘面平键安装槽1402-5，压盘面便携调整孔1402-3用于方面移动、调整压盘面的位置，平键安装槽1402-5 用于安置平键1411，机械性增加压盘面1402和上环形压盘1401之间的咬合力；除此之外，压盘面1402内圈位置还加工有压盘面定位槽1402-4，用于啮合上环形压盘定位槽，保证两者筒轴心。

图27和图28是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统短外叠环结构示意图及局部剖视图和大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统内叠环结构示意图及局部剖视图。参照图27，短外叠环1420-1424是截面为L型的旋转体，旋转体竖向面是短外叠环刻度尺1420-1424-2，其上雕刻有刻度尺，围绕竖向面成圆形，下部相连的圆环为短外叠环试样连接环1420-1424-1，用于同平面连接试样；短外叠环1420-1424和内叠环 1425-1428基本一致，不同之处在于下部相连的圆环位于旋转体竖向面外侧。

图29是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统水槽底板俯视图及局部剖视图。参照图29，水槽底板 1415是中间加工有圆孔、周围成正方形的板状物，四条边中间均加工有两个并排小孔，即水槽底板周围相机支架II安装孔1415-1，用于安装周围相机支架II1434使用；靠近水槽底板1415外边缘处加工有均布孔的环形槽，即水槽底板槽封垫圈安装槽1415-2，用于安装槽封垫圈1441和水浴罩1416；如图截面A-A，水槽底板1415内孔边缘成阶梯状，分别是用于安装旋转骨架油封1443和密封挡圈的1414的水槽底板槽旋转骨架油封安装槽1415-3和水槽底板槽密封挡圈安装槽1415-4；水槽底板1415上加工有两个对称的用于安装弯头的水槽底板进出水螺纹孔1415-5。

图30是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统内外叠环挡圈结构示意图及局部剖视图。参照图30 以及截面A-A和B-B，内叠环挡圈1403和外叠环挡圈1404均为截面为L型的旋转体，竖面上加工有多个内外叠环挡圈孔压传感器安装孔1403-2，用于安装孔压传感器1432；其功能是实时检测压盘内置黏土层(砂层)在试验过程中的压力变化；横面上加工有多个内外叠环挡圈安装孔1403-1，用于将其区别在于内外叠环挡圈安装在上环形压盘1401上；内叠环挡圈1403和外叠环挡圈1404的区别在于横面1404-1和竖面 1404-2的相对位置是相反的。

图31是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统反光镜装置结构示意图及剖视图。参照图31的反光镜装置结构示意图及截面A-A，反光镜装置由反光镜支架I1418、反光镜支架II1419和反光镜1437组成，反光镜支架I1418和反光镜固定在一起，反光镜支架I1418轴线和反光镜1437法线成某角度，该角度值根据实验需求自行设定；反光镜支架I1418插入反光镜支架II1419内，可通过反光镜支架I调节固定孔1419-1 来调节反光镜支架I1418和反光镜支架II1419的相对位置，进而调节反光镜1437的高度。

图32是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统万向轮装置结构示意图及局部剖视图。参照图32，万向轮装置是由万向轮支架1430和万向轮1431组成，用于支撑短外叠环和内叠环，万向轮1431的使用最大限度上减小了内外叠环与万向轮1431之间的摩擦力。

图33是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统上部和周围相机支架结构示意图。参照图33，上部相机支架1408安装在上环形压盘内部，镜头朝向反光镜1437镜面，用于从内部测取复合衬垫试样内部各层试样的实时剪切位移量；周围相机支架用于从外部测取复合衬垫试样内部各层试样的实时剪切位移量，由

周围相机支架I1433、周围相机支架II1434和周围相机支架III1442组成，周围相机支架I1433安装在水槽底板周围相机支架II安装孔1415-1上，周围相机支架I1433和周围相机支架II1434上均加工由长条状槽，可用于调节工业相机1409的位置。

图34是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统水浴罩和内玻璃筒结构示意图及剖视图。参照图34，图左侧为内玻璃筒1417，结合截面A-A，内玻璃筒1417为一端封底的圆筒，筒壁上刻有一条内玻璃筒指示线1417-1，用于内部工业相机拍摄参照物，封底边缘加工有用于将内玻璃筒1417固定在下环形压盘1413 的内玻璃筒安装孔1417-2，并且封底中心处加工有一个用于安装反光镜支架I1418的内玻璃筒反光镜支架 II安装孔1417-3；图右侧为水浴罩1416，与内玻璃筒1417相比，水浴罩1416是没有封底的圆管状物体，安装在水槽底板1415的水槽底板槽封垫圈安装槽1415-2上，其上内嵌有两块对称的平板，平板有利于消除拍摄折射误差，平板上刻有一条水浴罩指示线1416-1，同内玻璃筒指示线1417-1功能一致，水浴罩1416 底部加工有多个水浴罩安装孔1416-2，用于将水浴罩1416安装在水槽底板1415上，需要注意的是水浴罩1416的指示线1416-1需正对周围工业相机1409。

图35是大型静态多功能扭剪仪剪切位移测量系统支腿和支腿靴组合结构示意图及剖视图。参照图35，支腿1435上端面与水槽底板1415通过螺栓连接在一起，水槽底板1415四角都分别安装有支腿1435和支腿靴1436；截面A-A显示，支腿1435通过螺纹嵌入支腿靴1436内部；通过旋转四个支腿靴1436可调节水槽底板1415的水平，除此之外，还可以调节水槽底板1415与工作台1004之间的间距，以便于小车平板1510 移动剪切位移测量系统1400。

参照图16、图17、图18、图19、图26、图27、图28、图29、图30、图31、图32、图33、图34和图35，剪切位移测量系统1400是本实用新型大型静态多功能扭剪仪的核心系统，该系统以水槽底板1415 作为安装载体，下环形压盘1413通过水槽底板1415上水槽底板槽旋转骨架油封安装槽1415-3和水槽底板槽密封挡圈安装槽1415-4围成的圆孔与扭矩系统下受力轴1201螺栓安装在一起，作用是向试样传递扭矩，在水槽底板1415中水槽底板槽旋转骨架油封安装槽1415-3处安装旋转骨架油封1443，并且在水槽底板槽密封挡圈安装槽1415-4处安装1414密封挡圈，用于对水槽底板槽内的旋转骨架油封1443等起到保护和防尘的作用。与下环形压盘1413安装在一体的是压盘装置(详见图19和图20)，该压盘装置是一种应用于测试土(或砂)与其他材料间界面摩擦特性的试验设备的压盘装置，其既能保证土层(或砂层)无侧向变形又能自适应其垂向压缩变形以避免与相邻材料刚性摩擦；压盘装置内压盘面1402上加工有若干个螺纹孔，在螺纹孔内安装钢钉1410后可以增加压盘面1402对内置黏土或者砂层的咬合力，该性能是压盘装置的专项功能之一；根据实验要求，实验人员可以更换其他类型的压盘面，比如光面、雕刻纹理等的压盘面；图 17、图18和图19中描述的弹簧1406、调整螺杆1407、内叠环挡圈1403和外叠环挡圈1404组成的结构是实现压盘装置既能保证土层(或砂层)无侧向变形又能自适应其垂向压缩变形以避免与相邻材料刚性摩擦的工具。内叠环挡圈1403和外叠环挡圈1404中内外叠环挡圈安装孔1403-1处均布安装有万向轮装置，调节万向轮装置最顶端处于叠环挡圈最顶端处齐平；与此同时，内叠环挡圈孔压传感器安装孔1403-2处均布安装孔压传感器1432，用于实时测量内外叠环挡圈内置黏土层或砂层内的实时孔压变化；水槽底板1415上水槽底板槽封垫圈安装槽1415-2处分别先后安装槽封垫圈1441和水浴罩1416，水浴罩1416在安装时要求水浴罩指示线1416-1分别对准水槽底板两侧周围相机支架Ⅱ安装孔1415-1，水浴罩1416应采用透明硬质材料加工而成。在水浴罩1416水槽底板周围相机支架Ⅱ安装孔1415-1处分别安装相机支架，用于在水浴罩1416外部拍摄记录短叠环组1420-1424的位移变化；周围相机支架中安装的工业相机1409可以通过周围相机支架Ⅰ1433和周围相机支架Ⅱ1434来调整其合适位置。在下环形压盘1413内部空间内安装有内玻璃筒1417，在下环形压盘1413和内玻璃筒1417轴心位置处安装反光镜组合，通过反光镜支架Ⅰ和反光镜支架Ⅱ可以对反光镜1437进行位置调整。短叠环组1420-1424和内叠环组1425-1429按照要求在仪器外部将其与土工合成材料试样逐个安装在一起，然后按照上述要求逐次安装在下环形压盘上；水槽底板1415下端面四角分别安装有支腿1435和支腿靴1436组成的构件，同步手动旋转调节支腿靴1436，控制水槽底板 1415与主机框架1000工作台1004之间的距离；智能温控水浴系统通过水槽底板1415上弯头孔1444与水浴罩1416内部空间进行水流循环，进而控制试验试样的水化状态，智能温控水浴系统，即是常规可调的恒温水浴箱；通过双管路连接水槽底板下侧的进出水单通阀，使恒温水浴箱与水浴罩行程闭合回路，达到控制试样温度的目的；通过调节恒温水浴箱和水槽底板下侧的进出水单通阀，可以控制流动液体的温度和流速。

图15是大型静态多功能扭剪仪推车装置结构示意图及导轮局部剖视图，参照图15可知，推车装置分为固定部分和可移动部分，固定部分中导轨支座1503通过螺栓固定安装在主机框架1000工作台1004前端的螺纹孔上，导轨1508螺栓安装在工作台1004和导轨支座1503上，为推车装置可移动部分提供位移轨道；在导轨支座1503的下前端螺栓安装导轨座支腿1511，并且导轨座支腿1511上安装的2号地脚螺栓与仪器安装基础相连接，加固推车装置的稳定性；在导轨1508的前后端分别安装前挡板1502和后挡板1509，限制推车装置1500中可移动部分的位移空间；推车装置的固定部分由1501.支撑梁，1504.支座，1505.导轮，1506.导轴，1507.导套，1508.导轨，1510.小车平板，1512.连接柱，1513.地脚螺钉II和1514.导轨轴承组成，其安装参照图15导轮局部剖视图。

图37和图38分别是黏土或砂层环形试样结构示意图和土工合成材料试样环结构示意图。

图5和图6分别是大型静态多功能扭剪仪左剖视图和大型静态多功能扭剪仪主剖视图。参照图5和图6，大型静态多功能扭剪仪各组成构件的安装以及各系统的组合更加直观。

定位移速剪切试验：

步骤一，启动大型静态多功能扭剪仪，选择进入定位移速剪切试验模式；启动轴压系统，通过轴压系统作动器将上压盘装置向上提升至极限位置，以预留装样空间；随后关闭轴压系统并保持上压盘装置始终处于极限位置；

步骤二，依据实验要求并结合《土工试验规程》、《土工试验方法标准》、《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》等，裁剪土工合成材料试样圆，预制黏土和砂试样；

步骤三，按照现代卫生填埋场衬垫系统铺设顺序倒置的方法，将预制好的砂试样填入下压盘内；

步骤四，按照短外叠环的使用规则，将各种裁剪好的土工合成材料试样与对应机械式外叠环粘结在一起，并逐层将土工合成材料试样按照“土工膜、土工织物、GCL(由两层土工布夹一层膨润土加工制成的薄型人工防渗产品)和土工膜”顺序整齐叠放在下压盘内砂层上；

步骤五，将预制好的黏土试样填入上压盘内；

步骤六，重新启动大型静态多功能扭剪仪轴压系统，作动器带动上压盘移动使上压盘内置黏土层无压接触土工膜；

步骤七，根据试验要求，通过轴压系统对试样施加轴向压力P₁，待轴向压力P₁稳定后，设定扭矩系统扭转速率为V₁，并设置试验采样率；

步骤八，点选Setup选型，试验正式开始，直至剪切位移量达到设定值Δ₁，试验结束；

步骤九，保存试验数据，并将仪器所有设置及数据归零，准备下一组试验。

定扭矩剪切试验:

步骤一，启动大型静态多功能扭剪仪，选择扭矩剪切试验模式；通过轴压系统作动器将上压盘装置向上提升至极限位置，以预留装样空间；随后关闭轴压系统并保持上压盘装置始终处于极限位置；

步骤二，依据实验要求并结合《土工试验规程》、《土工试验方法标准》、《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》等，裁剪土工合成材料试样圆，预制黏土和砂试样；

步骤三，按照现代卫生填埋场衬垫系统铺设顺序倒置的方法，将预制好的砂试样填入下压盘内；

步骤四，按照短外叠环的使用规则，将各种裁剪好的土工合成材料试样与对应机械式外叠环粘结在一起，并逐层将土工合成材料试样按照“土工膜、土工织物、GCL(由两层土工布夹一层膨润土加工制成的薄型人工防渗产品)和土工膜”顺序整齐叠放在下压盘内砂层上；

步骤五，将预制好的黏土试样填入上压盘内；

步骤六，重新启动大型静态多功能扭剪仪轴压系统，作动器带动上压盘移动使上压盘内置黏土层无压接触土工膜；

步骤七，根据试验要求，通过轴压系统对试样施加轴向压力P₁，待轴向压力P₁稳定后，设定扭矩系统扭矩值M₁，并设置试验采样率；

步骤八，点选Setup选型，试验正式开始，直至剪切位移量达到Δ₁，试验结束；

步骤九，保存试验数据，并将仪器所有设置及数据归零，关闭试验仪器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种扭剪仪扭矩系统，其特征在于，包括扭矩电机、减速机、与承载试样的下压盘固定连接的下受力轴以及能够检测下受力轴输出转速与转角的放大盘；

所述扭矩电机通过减速机驱动下受力轴旋转，从而带动承载试样的下压盘旋转，实现试样扭剪试验；所述扭矩电机根据放大盘检测结果调节自身转速及转角。

2.根据权利要求1所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述下受力轴上设有插接孔，所述减速机的输出轴延伸至插接孔内，与所述插接孔固定连接。

3.根据权利要求2所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述插接孔的外周套设有锁紧螺母。

4.根据权利要求1所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述扭剪仪的工作台上设有扭矩系统安装孔，所述扭矩系统安装孔内设有轴承，所述下受力轴延伸至扭矩系统安装孔内，通过所述轴承与工作台转动连接。

5.根据权利要求4所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述扭矩系统安装孔内安装有轴承密封组件。

6.根据权利要求5所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述轴承密封组件包括一活动箍接在下受力轴外周侧的密封盖板，所述密封盖板外侧壁与扭矩系统安装孔内壁之间设有密封圈，所述密封盖板内侧壁与下受力轴外侧壁之间设有油封。

7.根据权利要求1所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述放大盘包括编码器、套接在下受力轴外周侧的大带轮总成；所述编码器安装在扭剪仪的工作台上，编码器的输出轴通过联轴器连接有一小带轮总成，所述小带轮总成与大带轮总成之间通过同步带传动相连。

8.根据权利要求7所述的一种扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述小带轮总成通过底座与工作台连接，所述小带轮总成通过小带轮轴承可转动的连接在所述底座上。

9.根据权利要求8所述的一种扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述工作台上固连有一用于罩接所述底座、小带轮总成以及大带轮总成的外罩。

10.根据权利要求1所述的扭剪仪扭矩系统，其特征在于，所述减速机通过连接座固定于所述扭剪仪的工作台上。

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