全自动岩石点载荷试验仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测定岩石点载荷强度的实验装置，尤其涉及一种全自动岩石点载荷试验仪。
【背景技术】
[0002]点载荷试验是岩体工程中岩体分级(RMR、CSMR等)研宄和强度参数的一个十分重要的指标，对各类大型岩体工程，特别是矿山和大型地下岩体工程的支护以及围岩稳定分析具有十分重要的作用。同时，点载荷试验不仅具有简易快捷，能进行原始状态的现场测试，具有工时少、费用低和便于大量试验的优点，还拥有能对不易进行常规试验的软岩与严重风化岩石的强度指标进行测试的特点。
[0003]岩石点荷载强度试验方法是国际岩石力学学会试验方法委员会于1972年建议采用的，1985年又对该方法进行了修正。其试验是将岩石试件置两个球形圆锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度，并以其点荷载强度作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标，进而可计算出岩基的承载力。
[0004]现有的点荷载试验设备中，主要包括XD-2型携带式点荷载试验机和STDZ-2型携带式数显点荷载试验仪，两者结构类似。其中应用较普遍的XD-2型携带式点荷载试验机，主要由加荷系统、荷载测量系统组成。其加荷系统加荷系统包括加荷框架、加荷锥和加荷装置；加荷框架有足够的刚度，可保证在最大破坏荷载的反复作用下不会产生永久性扭曲；加荷锥球面曲率半径为5.0 mm，园锥的顶角为60°，采用坚硬材料制成；加荷装置采用手摇液压油泵，由千斤顶活塞将液压传到加荷锥，对试验施加荷载。荷载测量系统荷载测量系统采用的是DY-2000型数字测试仪。
[0005]XD-2型携带式点荷载试验机能较快、较准确测定岩石的载荷强度，并能数字显示其强度值；然而，这类仪器存在的不足之处在于:(I)其加荷装置采用手摇液压油泵，试验量较大情况下，需要的人力劳动强度较大，且试验过程中，岩石易受压发生弹射，试验人员容易被岩石弹射击伤；(2)其荷载测量系统需采用DY-2000型数字测试仪独立设备，试验时，需组装，其测量系统设备结构较复杂，成本较大，安装拆卸较繁琐。
[0006]为解改善以上不足，本发明提出了一种全自动岩石点载荷试验仪，其加荷系统引入电动加荷装置，并将点荷载测试仪中的加荷系统和荷载测量系统有机结合，旨在实现点载荷试验仪结构一体化，提高试验仪的效能和安全性，并实现全自动载荷参数测试。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是:简化现有技术中的点载荷试验仪结构，实现点载荷试验仪结构一体化，提高试验仪的效能和安全性，并实现全自动载荷参数测试。
[0008]为解决其技术问题本发明所采用的技术方案为:一种全自动岩石点载荷试验仪，包括加荷系统和测量系统，加荷系统包括液压千斤顶1、活动液压加荷锥2、固定加荷锥3、电动液压装置4、载荷支架横梁6和载荷支架7，液压千斤顶I的液压缸通过加压液压管9和排压液压管10与电动液压装置4相连通，活动液压加荷锥2固定在液压千斤顶I的活塞上方，固定加荷锥3固定在载荷支架横梁6，活动液压加荷锥2与固定加荷锥3共中心线，载荷支架横梁6固定安装在载荷支架7 ；
其特征在于:电动液压装置4包括储液罐12、液压泵13、传动杆14、偏心轮15、转动传动装置16和转动电机17，储液罐12的进液口连接排压液压管10，储液罐12的出液口通过安装有单向阀11的导液管与液压泵13进液口相连通，液压泵13的出液口连接加压液压管9，液压泵13的活塞通过传动杆与偏心轮15的偏心轴相连，偏心轮15通过转动传动装置16与转动电机17相连，加压液压管9和排压液压管10分别安装有单向阀11和电控排压阀18，测量系统包括自动测量装置5、液体流量传感器19和液压传感器20，液体流量传感器19和液压传感器20依次安装在加压液压管9中，液体流量传感器19和液压传感器20靠近液压千斤顶I进液口处，自动测量装置5包括功能控制板21、显示板22和单片机30，功能控制板21上设置有启动开关27、自动测量键28和手动调压钮29，显示板上22设置有最大载荷显示器23、最大载荷形变显示器24、瞬时载荷显示器25和瞬时载荷形变显示器26，液体流量传感器19、液压传感器20和功能控制板21通过信号导线接入单片机30信号输入接口，单片机30信号输出接口连接有电动液压装置4、电控排压阀18、最大载荷显示器23、最大载荷形变显示器24、瞬时载荷显示器25和瞬时载荷形变显示器26。
[0009]作为进一步具体优化，所述载荷支架7中部安装有岩石置放平台8，岩石置放平台8中部设有加荷窗口，加荷窗口中心位于活动液压加荷锥2与固定加荷锥3共同中心线上。
[0010]作为进一步具体优化，所述载荷支架横梁6和岩石置放平台8均通过松紧螺丝结构固定在载荷支架7上，载荷支架横梁6和岩石置放平台8的高度可上下调节。
[0011]作为进一步具体优化，所述单片机30内包含有较大容量的数据存储器(RAM)，单片机30还连接有数据传输系统31，功能控制板21上还设置有数据输出键32。
[0012]作为进一步具体优化，所述数据传输系统31为usb数据传输系统或者无线wifi数据传输系统。
[0013]工作步骤及原理:本发明进行岩石点载荷测试时，将待测岩石块置入已调和高度的岩石置放平台8上，并将测岩石块重心稳定在岩石置放平台8的加荷窗口中心线上；打开启动开关27，可开通试验仪电源。
[0014]当启动自动测量键28，本发明的自动测量装置5可通过单片机30控制电动液压装置4的液压泵13逐步将压液压向液压千斤顶I液压缸内；液压千斤顶I缸内压液的不断增多，可使液压千斤顶I的活塞不断上升，其活塞的上升位移(d)与液压千斤顶I液压缸内的压液流入量(V)成正比:d= V/S,(其中S为活塞固定面积)；因而其上升位移(d)可通过加压液压管9上液体流量传感器19的感应流量(V)计算出来，其计算过程通过单片机处理，并将其上升位移(d)显示在瞬时载荷形变显示器26中；当液压千斤顶I活塞上部的活动加压锥2受到岩石的应力时，其应力会传递到液压千斤顶I活塞，液压千斤顶I液压缸内的压液会产生相应的液压压强，不考虑液压千斤顶I活塞和活动加压锥2的重力对其活塞的作用，其液压千斤顶I液压缸内液压压强(P)与岩石应力(F)的关系:F=P*S(其中S为活塞固定面积)，因而其岩石应力(F)可通过加压液压管9中液压传感器20的感应压强(P)计算出来，其计算过程通过单片机30处理，将岩石应力(F)的瞬时值显示在瞬时载荷显示器25，同时，单片机30通过累计比较两个相邻时间点的岩石应力(F)最大值，可将其测试过程的岩石应力(F)最大值储存在数据储存器内，并将岩石应力(F)最大值和相应的位移(d)分别显示在最大载荷显示器23和最大载荷形变显示器24上；当岩石形变破碎后，其应力的瞬间趋零可触发单片机30控制电动液压装置4的转动电机17停止转动，并控制电控排压阀18排压；整个测量过程自动进行，其测量数据全面且直观。
[0015]当需要手动控制时，将手动调压钮29调扭至所需压力值，其加荷系统加荷到对应压力值后停止加荷。
[0016]有益效果:本发明所述全自动岩石点载荷试验仪通过在加荷系统的加压液压管9中安装液体流量传感器19和液压传感器20，并通过自动测量装置5内单片机30的分析处理得出岩石形变量和岩石载荷强度，此测量结构相比现有的测量系统，结构更为简单，制造成本更小，并能较好地实现加荷系统和测量系统的一体化；同时，本发明引入了电动加荷装置4和自动测量装置5，测量过程自动进行，其测量数据全面、直观且可靠，能较大地降低试验劳动强度，提高工作效率，且试验人员能与待测岩石保