专利名称：伺服控制岩石三轴流变试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩石力学性质试验设备，尤其涉及一种高围压伺服控制岩石三轴流变试验装置。
背景技术：
在水利水电、矿山、交通等领域需修建的深部地下工程日趋增多。随着深度的增力口，地应力增大、地质条件恶化、破碎岩体增多、水头压力和涌水量加大、地温升高等因素显现，为研究深部工程岩体的力学特性，尤其是高应力条件下工程岩体的长期强度及时效变形特性，最直接的、经济的途径是开展室内岩石三轴流变试验，通过试验获得复杂地质条件下岩石的长期强度参数及时效变形特征，以便在保证工程长期稳定性及长期运营安全。室内试验具有能够长期观察、可严格控制试验条件、重复次数多和耗资少等优点，受到广泛的重视，但由于岩石工程处于复杂应力状态下，在很多情况下，简单应力状态下的岩石流变试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态和岩石性态，因此，三轴应力状态条件下的岩石流变试验研究十分重要。岩石的变形和应力受时间因素的影响，在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化发生流变。岩石的流变是一种十分普遍的现象，在斜坡、地下洞室及地基中都可直接观测到。由于流变的影响，将在岩体内及建筑物内产生应力集中或变形加剧而影响其稳定性。因而，岩石工程中岩体的长期变形及强度是工程设计和控制中不可忽视的指标，岩石流变试验是了解岩石流变力学特性的重要手段。由此，根据复杂应力状态下岩石流变特性，针对高围压长时间稳压等技术方面，如承载有限、变形较大和环境温度变化时，控制稳压精度尚存欠缺，在轴向、围压稳压系统采用伺服控制器和计算机进行稳压系统控制，在测试、安装试件、长时稳压和数据自动采集及停电补偿等方面，都是需要解决的问题。
发明内容本实用新型的目的是为了解决现有岩石三轴流变试验长时间稳压、自动稳压精度控制的问题，提供一种轴压、围压加载系统伺服控制丝杆位移，适合变形较大且实现高围压的电液伺服控制室内岩石三轴流变试验装置。本实用新型采用以下技术方案伺服控制岩石三轴流变试验装置，包括主机框架、框架下置油缸及活塞组件、设置在油缸活塞组件与框架横梁之间的压力室装置，其特征在于压力室装置为筒体内置油缸及平衡活塞组件，试件设置在油缸内的底座与平衡活塞组件之间，平衡活塞组件上设置轴向力传感器，且上顶主机框架横梁；轴压加载系统、围压加载系统分别由伺服电机带动滚轴丝杠传动装置，滚轴丝杠传动位移推动轴压、围压加压缸，轴压加载系统上的加压油管接入下置油缸，围压加载系统上的加压油管接入压力室装置内置油缸底部。所述试件轴向端面分别接轴向变形传感器，试件的侧面接径向变形传感器；围压加压缸接围压传感器，轴压加载系统、围压加载系统上的滚轴丝杠分别接轴压加载丝杠位移传感器、围压加载丝杠位移传感器。而且，轴向变形传感器、径向变形传感器、轴向力传感器、轴向加载丝杠位移传感器、伺服电机分别接入轴压控制器，围压传感器、围压加载丝杠位移传感器、伺服电机分别接入围压控制器。而且，轴压控制器、围压控制器分别接入计算机数据采集系统。所述压力室装置内的试件，其上设置有轴承，且上顶平衡活塞组件；压力室筒体和底座由卡箍联接。本实用新型与现有技术相比主要优点 I、由于本实用新型采用压力室内为试件及液压油加载腔室，压力室筒体和底座采用卡箍连接结构，拆卸方便、快捷。2、由于采用轴压、围压加载系统，伺服电机进行自动稳压，长时间稳定性能良好。轴压、围压加载系统为两个相互独立的加载装置，通过轴压、围压加载，轴向力加载油缸及活塞组件，推动压力室装置上移，在试验过程中保持轴压恒定，采用自平衡活塞组件，能自动保持围压的基本恒定，有利于提高轴压、围压的控制精度和轴压、围压的长时稳定度，可以进行室内岩石单轴压缩流变、三轴压缩流变试验。3、由于采用在试件的轴向两端面、侧面分别接轴向变形传感器、径向变形传感器，而且设置轴向力传感器、围压传感器、轴压加载丝杠位移传感器、围压加载丝杠位移传感器，将它们分别接入伺服控制器，试件发生变形，轴向、径向变形传感器输出信号，引发轴压、围压瞬时波动，伺服控制器将得到的传感器信号放大处理和控制调整伺服电机，伺服控制滚轴丝杠位移前进或后退，加压缸活塞杆移动，分别调节加压缸输出的轴压、围压，以此达到长时稳压，轴向、围压加载系统的控制部分加载平稳，控制波动度较小，可以采用压力控制或变形控制，也可以在试验过程中进行控制方式的平滑切换，在长时间的试验中，可以进行间断控制，控制的方式和间隔时间可以人为设置。4、由于采用对轴向力加载，压力室装置上移，在试验过程中保持轴压恒定，采用自平衡活塞组件，而且在轴力、高围压下长时间稳压，能自动保持高围压的基本恒定，改进岩石三轴流变试验承载有限，围压较低的状态，试验过程中断电对试验影响较小，在不进行手动补偿的情况下，压力下降不到1% ;如果进行手动补偿，则可以保持稳压值。5、由于采用轴压和围压伺服控制控制器接入计算机数据采集系统，伺服控制器能自动稳压，输出信号进行轴压和围压加载伺服控制，计算机采集系统自动记录和自动控制试验数据的连续采集和存储，数据采集系统软件在WINDOWS操作平台上运行，可以自动进行数据处理，以及自动记录丝杆位移时程曲线等。
图I是本实用新型伺服控制岩石三轴流变试验装置示意图。图2是实用新型伺服控制岩石三轴流变试验装置的轴向、围压加载控制系统图。压力室装置(1)，筒体(2)，内置油缸(3)，平衡活塞组件(4)，试件(5)，底座(6)，反力框架横梁(7)，轴向力传感器(8)，轴向端面(9、9')，轴向变形传感器(10)，试件侧面
(11)，径向变形传感器(12)，轴压加载系统(13)，围压加载系统(13')，轴承(14)，伺服电机(15、15')，.滚轴丝杠传动装置(16、16')，滚轴丝杠(17、17')，轴压加压缸(18)，围压加压缸(18')，轴压加压油管(19)，围压加压油管(19')，下置油缸(20)，带轮小车
(21)，围压传感器(22)，围压加载丝杠位移传感器(23)，围压加载丝杠位移传感器(23')，卡箍(24)，起吊装置(25)，支架横梁(26)，主机框架(27)，轨道(28)，轴压控制器(29)，围压控制器(29')，计算机数据采集系统(30)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说 明。如图I所示，一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，包括主机框架(27)、框架下置油缸(20)及活塞组件(4)、主机框架(27)上设有反力框架横梁(7)，起吊装置(25)安装在支架横梁(26)，便于试验及试样的装卸，压力室装置(I)设置在油缸活塞组件(4)与反力框框架横梁(7)之间，主机框架(27)设置成门式加载框架，具有较高的刚度。压力室装置(I)为筒体(2)状，内面设置成油缸(3)及平衡活塞组件(4)，构成压力室，压力室筒体(2)和底座￠)由卡箍(24)联接，便于试件放置；试件(5)设置在油缸
(3)内的底座(6)与平衡活塞组件(4)之间，试件(5)上可以设置有轴承(14)，轴承(14)上顶平衡活塞组件⑷，平衡活塞杆⑷顶住轴向力传感器⑶；试件(5)轴向两端面(9、9')分别接轴向变形传感器(10)，试件(5)侧面(11)分别接径向变形传感器(12);主机框架(27)机座(6)上安装有轨道(28)及小车(21)，压力室(I)固定在小车(21)上，小车可在轨道(28)上移动，便于将压力室装置(I)移入油缸活塞组件(4)与框架横梁(7)之间；轴压加载系统(13)由伺服电机(15)带动滚轴丝杠传动装置(16)，滚轴丝杠(17)传动位移推动轴压加压缸(18)，轴压加载系统(13)上的加压油管(19)接入下置油缸
(20)，其中，滚轴丝杠(17)接轴压丝杠位移传感器(23)；围压加载系统(13')、分别由伺服电机(15')带动滚轴丝杠传动装置(16')，滚轴丝杠(17'传动位移推动围压加压缸(18')，其中，滚轴丝杠(17')接围压丝杠位移传感器(23')，围压加压缸(18')接围压传感器(22)，围压加载系统(13')上的加压油管(19')接入压力室装置(I)内油缸(3)底部。轴向变形传感器(10)、径向变形传感器(12)、轴向力传感器⑶、轴压丝杠位移传感器(23)、伺服电机(15)分别接入轴压控制器(29)，围压传感器(22)、围压丝杠位移传感器(23')、伺服电机(15')分别接入围压控制器(29')，控制器(29、29')分别接入计算机数据采集系统(30)。轴向加载系统通过加压油管对下置油缸加压，油缸活塞组件推动压力室装置向上移动，试件上端的平衡活塞组件将承载的轴向力通过轴向力传感器将轴压信号传送至轴压控制系统；围压加载系统通过加压油管对压力室装置内置油缸加压，围压传感器将围压信号传送至围压控制系统，轴压控制系统、围压控制系统控制轴压和围压恒定。当试件发生蠕变变形时，轴向、径向变形传感器输出信号，引发轴压、围压瞬时波动，轴向力传感器、围压传感器将信号分别传送至轴压、围压控制系统，轴压、围压控制系统分别调整伺服电机，伺服控制滚轴丝杠位移前进或后退，加压缸活塞杆移动，分别调节加压缸输出的轴压、围压，达到长时间稳压。轴压控制器、围压控制器分别将轴向力传感器、围压传感器、轴向及围压位移传感器、轴向变形传感器、径向变形传感器的信号进行放大处理显示和控制伺服电机，控制器接入计算机数据采集系统。轴压、围压加 载系统与充液油源其配套使用。
权利要求1.一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，包括主机框架(27)、框架(27)下置油缸20及活塞组件、设置在油缸活塞组件(4)与框架横梁(26)之间的压力室装置(I)，其特征在于压力室装置⑴为筒体⑵内置油缸⑶及平衡活塞组件(4)，试件(5)设置在油缸(3)内的底座￠)与平衡活塞组件(4)之间，平衡活塞组件(4)上设置轴向力传感器(8)，且上顶主机框架横梁(7);轴压加载系统(13、围压加载系统(13')分别由伺服电机(15、15')带动滚轴丝杠传动装置(16、16')，滚轴丝杠(17、17')传动位移推动轴压、围压加压缸(18、18')，轴压加载系统13上的加压油管(19)接入下置油缸(20)，围压加载系统(13')上的加压油管(19')接入压力室装置⑴内置油缸(3)底部； 所述试件(5)轴向端面(9、9')分别接轴向变形传感器(10)，试件(5)的侧面(11)接径向变形传感器(12)； 所述围压加压缸(18')接围压传感器(22)，轴压加载系统(13)、围压加载系统(13')上的滚轴丝杠(17、17')分别接轴压加载丝杠位移传感器(23)、围压加载丝杠位移传感器(23,)。
2.根据权利要求I所述的一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，其特征在于所述轴向变形传感器(10)、径向变形传感器(12)、轴向力传感器(8)、轴向加载丝杠位移传感器(23)、伺服电机(15)分别接入轴压控制器(29)，围压传感器(22)、围压加载丝杠位移传感器(23')、伺服电机(15')分别接入围压控制器(29')。
3.根据权利要求2所述的一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，其特征在于轴压控制器(29)、围压控制器(29')分别接入计算机数据采集系统(30)。
4.根据权利要求I所述的一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，其特征在于所述压力室装置(I)内的试件(5)，其上设置有轴承(14)，且上顶平衡活塞组件(4)。
5.根据权利要求I所述的一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，其特征在于压力室筒体⑵和底座(6)由卡箍(24)联接。
专利摘要本实用新型公开了一种伺服控制岩石三轴流变试验装置，轴向加载系统对下置油缸加压，油缸活塞组件推动压力室装置中的试件向上移动，平衡活塞组件承载轴向力由轴向力传感器将信号传至轴压控制系统；围压加载系统对压力室装置内置油缸加压，围压传感器将信号传至围压控制系统，轴压、围压控制器控制流变试验过程中轴压和围压长期恒定；该过程中试件发生蠕变变形，引致轴压、围压即时波动，轴向力传感器、围压传感器随时将信号传送至轴压、围压控制器，该控制器根据反馈信号波动大小分别发出指令启动伺服电机，伺服控制滚轴丝杠位移前进或后退，加压缸活塞杆移动，分别调节加压缸输出的轴压、围压，控制稳压精度高，且达到长时间自动稳压。
文档编号G01N3/12GK202512030SQ201220006428
公开日2012年10月31日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者刘小红, 周火明, 朱杰兵, 汪斌, 蒋昱州, 邬爱清, 郝庆泽, 钟作武, 黄书岭 申请人:长江水利委员会长江科学院