一种多功能岩石三轴试验加载系统的制作方法

文档序号:6147680阅读:232来源:国知局
专利名称:一种多功能岩石三轴试验加载系统的制作方法
技术领域
本发明属于工程机械中的试验机领域,特别涉及一种多功能岩石 三轴试验加载系统,适用于多种工作液体施加围压。
背景技术
建筑、交通、水利等土木工程领域常涉及岩土体与水的相互作用, 水是影响岩土体物理力学性质的最重要因素之一。岩土体与水相互作 用,通常是指与地下水相互作用,这是因为地下水分布广,无处不在。 岩土体与水相互作用是目前岩土工程界的研究热点及前沿课题。
然而,不同地区的地下水含有不同的化学成分,不同的化学成分 对岩土体的作用不同。实际工程中的岩土体与水相互作用时,还受到 水(含有各种化学成分的水溶液)的压力作用。研究不同围压、不同 化学成分下的岩土体与水相互作用的机理、机制十分迫切。
现有的用于研究岩土体与水相互作用的试验装置,主要包括轴向 荷载系统、围压系统、伺服控制系统等部分,其主要不足在于围压 加载系统使用一台伺服控制器,只能使用一种工作水溶液施加围压, 不便于在同一试验条件下研究不同化学成分水溶液对岩土体的作用。
因此,研制发明一种经济的能够使用多种工作液体施加围压的加 载系统,具有非常广阔的应用前景。

发明内容
本发明的目的是,针对现有三轴试验中岩石与水相互作用试验施 加荷载的需求,提供一种经济的、能实现多种工作液体施加围压的加 载系统。
本发明涉及的一种多功能岩石三轴试验加载系统由轴向加载系 统、围压加载系统及控制计算机组成,利用电机伺服技术,实现轴向 荷载、围压的加载及其精确控制,并实现多种围压工作液体的转换。
1) 轴向加载系统
轴向加载系统由刚性底座、立柱、滚珠丝杆、横梁、加载压头、 伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成。其中,刚性底 座支承立柱,横梁架在立柱之间并与滚珠丝杆咬合,加载压头位于横 梁下与横梁一体。
2) 围压加载系统
围压加载系统由刚性支座、滚珠丝杆、伺服电机、伺服控制器、 增压仓、活塞、精密压力表、管路、转换器、减速器、齿轮组、工作 液体等部分组成。增压仓置于刚性支座一侧,刚性支座支承滚珠丝杆, 滚珠丝杆一端与活塞相连,活塞位于增压仓内,增压仓前开有油嘴, 通过管路、转换器与岩石三轴试验压力室等连接。
其中计算机分别与轴向加载系统伺服控制器、围压加载系统伺服 控制器通讯,通过和分别控制轴向压力和围压加载。
本发明具有以下优点
1、控制精度高,利用伺服控制器控制轴向荷载与围压的加载,精度可达士18000步。
2、 成本低廉,利用一台控制器实现多种工作液体施加围压的控制。
3、 工作液体转换方便,使用开关阀门即可控制不同工作液体的 切换。
4、 工作液体相互独立,互不干扰,互不污染。
5、 扩展能力强,添加转换器即可扩展工作液体的种类。
6、 实现同一试验环境,即同一时间、同一环境温度、同一大气 压强等,排除不必要的干扰。


图l是本发明的组成结构示意框图; 其中
A—轴向荷载加载系统,包括
Al —刚性底座A2 —立柱A3—滚珠丝杆
A4—横梁A5 —加载压头A6—伺服电机
A7 —伺服控制器A8—减速器A9 —齿轮组
B—围压加载系统,包括
Bl —刚性支座B2—滚珠丝杆B3 —伺服电机
B4—伺服控制器B5—增压仓B6—活塞
B7—精密压力表B8 —管路B9—转换器
B10—减速器Bll—齿轮组B12 —工作液体(不
同种类)5c一控制计算机
图2是本发明中的转换器结构示意图; 其中-
Dl-隔板 D2 —工作液体1 D3 —工作液体具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进一步说明
一、 轴向荷载的施加
刚性底座Al支承立柱A2,横梁A4架在立柱A2之间并与滚珠丝 杆A3咬合,加载压头A5位于横梁A4下与横梁A4—体。工作时,计 算机C控制伺服控制器A7,伺服控制器A7发送控制指令给伺服电机 A6,伺服电机A6通过减速器A8驱动齿轮组A9,齿轮组A9驱动滚珠 丝杆A3,滚珠丝杆A3驱动横梁A4,加载压头A5随横梁A4上下移动, 完成轴向荷载的施加。
二、 轴向荷载的施加
增压仓B5置于刚性支座Bl —侧,刚性支座Bl支承滚珠丝杆B2, 滚珠丝杆B2 —端与活塞B6相连,活塞B6位于增压仓B5内,增压仓 B5前开有油嘴,通过管路B8、转换器B9与岩石三轴试验压力室等连 接。计算机C控制伺服控制器B4,伺服控制器B4发送控制指令给伺 服电机B3,伺服电机B3通过减速器B10驱动齿轮组Bll,齿轮组Bll 驱动滚珠丝杆B2,滚珠丝杆B2带动活塞B6,挤压增压仓B5内的工 作液体B12,工作液体B12受压由油嘴流出,经过管路B8、转换器 B9后向岩石三轴试验压力室施加围压。三、工作液体的转换
隔板Dl将整个转换器D分割成两部分,隔板Dl两侧分别存有不 同的工作液体D2和D3。隔板一侧工作液体D3经过管路B8与增压仓 B5连通,另一侧工作液体D3经过管路B8与压力室连通。增压仓B6 内压力工作液体B12连通D2推动隔板Dl,隔板Dl推动另一侧工作 液体D3向岩石三轴试验压力室施加围压。
由轴向荷载加载系统及围压加载系统可实现三轴压力的施加。连 接多个转换器,可将各转换器D3中的工作液体换成不同的液体,实 现不同的工作液体的转换、切换。
权利要求
1、一种多功能岩石三轴试验加载系统,包括轴向加载系统、围压加载系统、控制计算机。其特征在于利用电机伺服技术,实现轴向荷载、围压的加载及其精确控制,并实现多种围压工作液体的转换。
2、 根据权利要求1所述轴向加载系统,由刚性底座、立柱、滚 珠丝杆、横梁、加载压头、伺服电机、伺服控制器、减速器、齿轮组等部分组成。其特征在于所述的刚性底座支承立柱,横梁架在立柱 之间并与滚珠丝杆咬合,加载压头位于横梁下与横梁一体。
3、 根据权利要求1所述的围压加载系统,由刚性支座、滚珠丝 杆、伺服电机、伺服控制器、增压仓、活塞、精密压力表、管路、转 换器、减速器、齿轮组、工作液体等部分组成。其特征在于所述增 压仓置于刚性支座一侧,刚性支座支承滚珠丝杆,滚珠丝杆一端与活 塞相连,活塞位于增压仓内,增压仓前开有油嘴,通过管路、转换器 与岩石三轴试验压力室等连接。
4、 根据权利要求3所述的围压加载系统,其特征在于利用一 个伺服控制器,通过转换器向两个或以上压力室施加围压,实现多种 工作液体的一体化控制。所述的转换器由隔板、外壳组成。隔板将整 个转换器分割成两部分,分别存有不同的工作液体。隔板一侧工作液 体经过管路与增压仓连通,另 一侧工作液体经过管路与压力室连通。
全文摘要
本发明涉及一种多功能岩石三轴试验加载装置,该加载装置由轴向加载系统、围压加载系统及控制计算机组成,利用电机伺服技术,实现轴向荷载、围压的加载及其精确控制,并实现多种围压工作液体的转换。本发明具有控制精度高,成本低廉,工作液体转换方便,工作液体相互独立,互不干扰,互不污染,扩展能力强等优点,具有广阔的应用前景。
文档编号G01N19/00GK101477028SQ20091003662
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者动 刘, 周翠英, 磊 张, 朱凤贤, 炜 黄 申请人:中山大学
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