一種非槓桿式加載中型直剪儀的製作方法
2023-10-22 15:31:52
專利名稱：一種非槓桿式加載中型直剪儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種測試碎石、土體及土石混合體抗剪強度、殘剪強度的裝置，尤其是應變控制和應力控制式非槓桿加載新型中型直剪儀。本發明屬於土工實驗測試技術領域，涉及到利用步進電機進行加載，利用光柵尺控制和測量位移，實現應力和應變式控制， 獲取碎石、土體和土石混合體的抗剪強度，以及利用數字圖像測量技術來記錄和觀測剪切帶的發展趨勢。本發明涉及一種測試土體抗剪強度和應力、應變行為的裝置，尤其是應變和應力控制式中型直剪儀。
背景技術：
目前，直剪試驗是巖石、土等的抗剪強度參數測試的傳統技術手段。然而由於傳統的直剪儀一般在垂直方向使用槓桿式加載的方案，使得加載的過程不連續，而且加載的精度不高。另一方面，傳統的直剪儀一般由上、下剪盒組成，其中一個剪切盒固定(通常是上盒)，另一個是活動的。當使用傳統的直剪儀測試時，在試驗過程中隨著剪切位移的發展，剪切面積逐漸減小，活動剪切盒偏離原位，垂直加載裝置的位置沒有發生變化，施加在上剪切盒上的垂直應力的中心位置和垂直加載力的大小也沒有改變，導致法向應力逐漸增加，不再保持恆定，背離了摩爾-庫倫強度準則的使用條件，使試驗結果產生失真和誤差。在剪切位移較大的時候，如中型和大型直剪試驗中，引起的失真和誤差是不可以忽略的。這也是傳統土工直剪儀存在的一個缺陷。另外傳統的直剪儀的下直剪盒安裝在加工有滾子的溝槽內，滾輪用來支撐下直剪盒，隨著剪切試驗的進行，各個滾輪的受力不均勻，而且，試驗用的巖土等容易從上、下直剪和之間的縫隙內進入滾道而阻塞滾子，使用和維護均不方便。
發明內容
為了克服現有直剪儀在試驗過程中隨著剪切位移的發生其剪切面積逐步減小，導致法向應力隨著剪切面積的減小而逐步增大的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種在試驗過程中垂直正應力保持恆定的中型直剪儀。其次，為了解決傳統垂直方向槓桿式加載的不足和缺陷，本發明提供了一種垂直伺服式電機驅動式加載方案，另外，為了解決水平加載時，結構的變形問題，本發明提供了一種帶斜撐的框架式結構方案。成功的解決了水平加載時結構的穩定性問題。為了克服滾輪支撐剪切盒所引起的受力不均勻的問題，本發明提供了一種均勻受力的支撐裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種中型直剪儀，包括雙軌道、下剪盒、上剪盒、傳壓板、滾動支撐、水平加載裝置和安裝於四根立柱上的支撐在平板上的垂直加載裝置。所述垂直加載裝置的荷載由與加載裝置相連的荷載傳感器測量，垂直加載裝置的移動則由與垂直加載裝置相連的光柵尺位移傳感器量測。所述水平加載裝置的荷載由與加載裝置相連的荷載傳感器測量，水平加載裝置的移動則由與水平加載裝置相連的光柵尺位移傳感器量測。儀器的上直剪盒固定不動，由測量的下直剪盒的位移可以直接得到剪切面積的減小值，用以反饋至控制系統控制垂直加載裝置的加載力的大小，即可實現垂直正應力動態的保持恆定。為了解決水平加載時可能引起結構的變形問題，由兩根斜撐與垂直的立柱相連接，從而形成了穩定牢固的三角形桁架結構，有效的解決了結構可能變形的問題。為了解決滾輪支撐裝置在剪切過程中受力不均的問題，採用了雙導軌的支撐設計方案， 有效的解決了不均勻受力的問題。為了解決傳統垂直槓桿式加載精度不夠和難以實現自動控制的缺點，垂直加載裝置採用步進電機帶動絲槓的方式實現垂直方向的加載。另外，為了觀察剪切帶的發生和演變過程，採用了一面為鋼化玻璃造型的直剪盒， 配有數字相機，可以記錄剪切過程中剪切帶的發生和演化過程。
圖1是本發明的控制原理方框圖。圖2是發明的中型直剪儀的主視圖。圖3是發明的中型直剪儀的俯視圖。圖4是發明的中型直剪儀的左視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發明的中型直剪儀，包括，底板1、雙軌道2、下剪盒4、加載板9、水平加載裝置7和垂直加載裝置14，垂直加載裝置支撐11，上直剪盒固定裝置8。由安裝於水平加載裝置上的光柵尺15，測量得下剪切盒的位移，計算得到剪切面積的減小值， 用以控制垂直加載裝置加載力的大小，實現方向應力的動態恆定。所述光柵尺測量到的位移信號通過信號處理並經放大電路放大後，送到垂直加載裝置7的控制電路，控制垂直加載裝置所加荷載的大小。垂直加載裝置是步進電機和絲槓或其他機械裝置。本發明的中型直剪儀，水平加載裝置也由步進電機和絲槓組成，水平加載裝置施加在下剪切盒上。本發明的中型直剪儀設置有兩個軌道，下剪切盒安放在兩個軌道上，軌道起到支撐下剪切盒的運動和導向定位的作用，並使法向應力均勻分布在下剪切盒上。本發明的中型直剪儀的剪切盒一面採用了鋼化玻璃的設計製作方案，另外配有數字相機和圖像處理系統，可以記錄和分析直剪試驗過程中，剪切帶的發生和發展趨勢。本發明的中型直剪儀系統，其垂直和水平向的受力結構部分不同於傳統的直剪儀，由四根立柱和兩根斜撐組成，立柱上端由鋼板連接在一起，使得成為一個牢固的受力框架，另外鋼板也提供了垂直加載裝置的安裝平臺。兩根斜撐的作用是提供水平向剪切力的反作用裝置，使得立柱不至於在水平向剪切的作用下產生變形。本發明的中型直剪儀系統，上剪切盒的固定裝置不同於傳統直剪盒的固定方式， 採用與安裝在立柱上的自潤滑軸承連接在一起的左右兩塊側板，側板上有肋板以加強側板的強度，側板上開有螺絲孔，用螺栓通過螺絲孔固定住上剪切盒的左右兩側。
權利要求
1. 一種非槓桿式加載中型直剪儀，包括底板(1)、雙軌道O)、下剪盒G)、上剪盒(5)、 水平加載裝置(7)、加載傳壓板(9)、垂直加載裝置(14)、信號處理機構，其特徵是垂直加載裝置(14)、水平加載裝置(7)均為步進電機帶動絲槓，信號處理機構與步進電機(16)相連接；上下直剪盒均有一面為鋼化玻璃；上直剪盒由安裝在立柱(17)上的側向固定裝置 (8)固定；下直剪盒C3)安裝在滑動雙軌道( 上，並沿雙軌道( 滑動；上部加載裝置的電機安裝在固定於四根立柱(17)上的平板上，兩根斜撐(1 和立柱相連接構成穩固承載機構。
全文摘要
本發明公開了一種非槓桿式加載中型直剪儀，包括雙軌道、底座、下剪盒、上剪盒、傳壓板、水平加載裝置和安裝在橫梁上的垂直加載裝置，水平加載裝置由步進電機和絲槓的方式實現，水平加載裝置也由步進電機和絲槓的方式實現。所述垂直方向施加的載荷和水平方向施加的載荷均由荷載傳感器測量。垂直位移和水平位移則由固定在絲槓上的光柵尺位移傳感器測量以進行控制。利用該位移的測量值即間接得到了剪切面積的減小值，用以控制垂直加載裝置加載力的大小，即可使垂直正應力動態的保持恆定。直剪試驗可以比較真實的反映巖、土的實際抗剪強度特性。由於採用了透明鋼化玻璃的形式，並配以數字相機，可以實時跟蹤觀測剪切面的發展變化過程。
文檔編號G01N3/24GK102252917SQ20111015335
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者馮忠帥, 桑勇, 祝恆馳, 趙紅華, 邵龍潭 申請人:大連理工大學