一種五聯動巖石單軸流變儀的製作方法
2023-05-28 07:55:41 2
專利名稱：一種五聯動巖石單軸流變儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於巖石和混凝土的五聯動單軸流變儀，屬於地下工程實 驗儀器技術領域。
背景技術：
巖石流變是指巖石礦物組構、隨時間增長而不斷調整重組，導致其應力、 應變狀態亦隨時間而持續地增長變化。大量工程實踐與研究表明，巖體工程的 破壞與失穩，在許多情況下並不在開挖完成後立即發生，而是巖體的應力與變 形將隨時間變化不斷調整，其調整的過程往往需要延續一個較長的時期。因此 在描述和處理巖體介質的力學變形特性時，不僅要考慮巖體的瞬時彈塑性特性，
而且還要高度重視巖體的流變特性。20世紀五六十年代，從巖體工程流變問題 作為世界性難題被提出開始，E，H，Lee和陳宗基教授[郭輝，郭斌.考慮流變效應 巖石隧道的有限元分析.四川建築，2008， 28(3).]率先將流變學應用於巖土工程 領域研究。此後，國內外的廣大科研工作者對巖土體的流變特性進行了廣泛研 究，探討用流變力學的觀點解析和處理壩基、邊坡、隧道與地下工程等有重要 實用價值的領域中的各種與時間有關的現象和問題，使得巖石流變力學的研究 和應用得到了長足的進步和許多重要的成果。
隨著我國大型巖體工程建設事業的迅速發展，對巖石工程流變學的研究更 加彰顯其重要性、必要性和時效性。然而，國內外對軟、硬巖流變的本構方程 等理論問題、軟巖擴容的膨脹效應問題、擠壓性巖體力學性態的各有關參數的 確定問題、深埋長大隧道及軟巖隧道的巖體流變特性問題等等領域還有很多不 足，研究成果尚未全面掌握巖體流變特性的一般規律。室內試驗對巖土體力學的發展起著十分重要的作用，近年來國內外越來越 多的學者開始研究、並相繼開發了一些巖土體流變試驗儀。然而，這些試驗儀 大都存在以下不足(l)加載的持荷時間不能持續，不能滿足長時間流變試驗的 需要；(2)加載的持荷穩定性不足；(3)每次試驗僅能對單個試件進行加載等。本 發明是一種可以同時加載5塊試件的流變試驗儀，克服現有流變試驗中加載不 能持久、穩定的問題，為研究我國長大深埋隧道、軟巖隧道及鹽封石油儲庫等 巖土體流變特性提供新的試驗技術，具有極其廣闊的應用前景。
發明內容
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
五聯動巖石單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統，動力系統和數據採 集系統四部分組成
(1) 反力框架是由上橫梁7、 6根光軸10、臺面12和基座17構成，6根 光軸10上下端分別穿過上橫梁7和臺面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺 面12與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力；
(2) 伺服加載系統包括五套並聯的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲槓13、升降機15、伺服電機16、手動調節閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲槓 13上端相連，精密絲槓13下端與升降機15相連，並貫穿臺面12與其轉動活動 連接，升降機15與伺服電機16相連，手動調節閥3a、 3b與升降機15相連， 試件裝卡球座14位於下承壓板11上表面，其作用是保持試件的穩定性；
(3) 動力系統5與伺服電機16相連，使用動力電起動加載，提供伺服電 機16所需動力，採用大容量不間斷電源即UPS技術防止斷電，電源開關1控制 動力系統開關；
(4) 數據採集系統由位移傳感器18、力傳感器8、無線網絡測控通訊裝置4和計算機2構成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，測試精度為2.5N，精 密絲槓13下端與位移傳感器18相連，測試精度為lpm，位移傳感器18、力傳 感器8與計算機2通過數據線連接，其作用是記錄試件的實時位移和軸向力， 無線網絡測控通訊裝置4與計算機2通過數據線連接，可遠程査看現場試驗數 據；
本發明的有益效果是
① 可同時軸向控制參數不同的五個試件的試驗。
② 無動力電恆定保持伺服控制和自動檢測，不僅實現真正意義的長久時間 的流變試驗，而且大大節省能源。
③ 軸向加載系統採用絲槓、變頻調速電機和大容量不間斷電源即UPS技 術，使軸向控制參數值在長時間無動力電情況下保持恆定。
④ 採用無線網絡技術，可在現場外隨時遙控、査看、下載和處理現場試驗 數據。
圖1為本發明五聯動巖石單軸流變儀結構示意圖。
附圖標誌l-電源開關；2-計算機；3a、 3b-手動調節閥；4-無線網絡測控通 訊裝置；5-動力系統；6a、 6b-緊固螺母；7-上橫梁；8-力傳感器；9-上承壓板；
10-光軸；ll-下承壓板；12-臺面；13-精密絲槓；14-試件裝卡球座；15-升降機;
16-伺服電機；17-基座；18-位移傳感器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對發明作進一步說明。 如圖1所示，本發明五聯動單軸流變儀是由反力框架，伺服加載系統，動 力系統和數據採集系統四部分組成。
(1)反力框架是由上橫梁7、光軸IO、臺面12和基座17構成，6根光軸10上下端分別穿過上橫梁7和臺面12，由緊固螺母6a、 6b固定連接，臺面12 與基座17固定連接，其作用是提供加載所需的反力。
(2) 伺服加載系統包括五套並聯的加載體，每套加載體由上承壓板9、下 承壓板ll、精密絲槓13、升降機15、伺服電機16、手動調節閥3a、 3b和試件 裝卡球座14構成，上承壓板9與上橫梁7固定連接，下承壓板11與精密絲槓 13上端相連，精密絲槓13下端與升降機15相連，並貫穿臺面12與其轉動活動 連接，升降機15與伺服電機16相連，手動調節閥3a、 3b與升降機15相連， 試件裝卡球座14位於下承壓板11上表面。
(3) 動力系統5與伺服電機16相連，使用動力電起動加載，提供伺服電 機16所需動力，採用大容量不間斷電源即UPS技術防止斷電，電源開關l控制 動力系統開關。
(4) 數據採集系統由位移傳感器18、力傳感器8、無線網絡測控通訊裝置 4和計算機2構成，上承壓板9上面與力傳感器8相連，精密絲槓13下端與位 移傳感器18相連，位移傳感器18、力傳感器8、無線網絡測控通訊裝置4與計 算機2通過數據線連接。
本發明的試驗具體操作方式描述如下
1、 試驗前準備工作準備實驗巖土試件、模型製備工具、各種傳感原件等 輔助材料，檢査試驗儀各部件是否正常；
2、 運行加載控制程序試驗開始前，運行試驗軟體，啟動試驗儀，軟體控 制分為五個獨立的控制系統，根據需求可以同時做五個試件的試驗，也可以用 其中的一個系統做試驗，軟體對五個系統是一一對應的，運行軟體後首先將試 驗力清零，位移清零，變形清零；
3、 試件安裝在試驗前要準備標準試件，將試件放在下承載板11的中心 位置，試件安裝好後，通過手動調節閥3a、 3b調整下承壓板ll位置使試件與上
7承壓板9接觸；
4、 精度校驗校驗時選擇要校驗的傳感器，打開校驗界面，將數據清零後 開始校驗，當傳感器到達校驗力時、傳感器輸出值自動錄入校驗表，並進入下 一校驗點， 一般校驗5個點，完畢後關閉；
5、 參數輸入試件準備好了以後輸入試樣的規格尺寸等參數基本參數、 控制參數、校驗數據，輸入完畢關閉此界面，試驗過程中的試驗數據自動保存;
6、 試件加載選擇控制方式， 一般為位移控制，確定加荷速率。軸向加載 系統採用精密絲槓、伺服電機和大容量不間斷電源即UPS技術，使軸向控制參 數值在長時間無動力電情況下保持恆定；
7、 數據處理試驗數據以電子表格方式存儲調用，可以以軸向力、軸向應 變、軸向位移、和有效時間中的任意兩個參數為座標繪製圖形，對試驗結果曲 線分析，採用無線網絡技術，現場外隨時遙控、査看、下載和處理現場試驗數 據；
8、 五個加載系統操作完全一致，同樣的步驟操作其他系統。本發明可同時 軸向控制參數不同的五個試件的試驗。
權利要求
1、一種五聯動巖石單軸流變儀，它是由反力框架，伺服加載系統，動力系統和數據採集系統四部分組成，其特徵在於(1)反力框架由上橫梁[7]、6根光軸[10]、臺面[12]和基座[17]構成，6根光軸[10]上下端分別穿過上橫梁[7]和臺面[12]，由緊固螺母[6a]、[6b]固定連接，臺面[12]與基座[17]固定連接；(2)伺服加載系統包括五套並聯的加載體，每套加載體由上承壓板[9]、下承壓板[11]、精密絲槓[13]、升降機[15]、伺服電機[16]、手動調節閥[3a]、[3b]和試件裝卡球座[14]構成，上承壓板[9]與上橫梁[7]固定連接，下承壓板[11]與精密絲槓[13]上端相連，精密絲槓[13]下端與升降機[15]相連，並貫穿臺面[12]與其轉動活動連接，升降機[15]與伺服電機[16]相連，手動調節閥[3a]、[3b]與升降機[15]相連，試件裝卡球座[14]位於下承壓板[11]上表面；(3)動力系統[5]與伺服電機[16]相連，使用動力電起動加載，提供伺服電機[16]所需動力，採用大容量不間斷電源即UPS技術防止斷電，電源開關[1]控制動力系統開關；(4)數據採集系統由位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無線網絡測控通訊裝置[4]和計算機[2]構成，上承壓板[9]上面與力傳感器[8]相連，精密絲槓[13]下端與位移傳感器[18]相連，位移傳感器[18]、力傳感器[8]、無線網絡測控通訊裝置[4]與計算機[2]通過數據線連接。
2、 根據權利要求1所述的一種五聯動單軸流變儀，其特徵在於所述的反 力框架是為伺服加載系統提供反力，保持儀器的穩定度。
3、 根據權利要求1所述的一種五聯動單軸流變儀，其特徵在於所述的伺 服加載系統可同時軸向控制參數不同的五個試件的實驗，可以用其中的一套或 幾套加載體進行試驗。
4、根據權利要求1所述的一種五聯動單軸流變儀，其特徵在於所述位移傳感器[18]、力傳感器[8]是通過數據線與計算機[2]相連，記錄試件的實時位移 和軸力，無線網絡測控通訊裝置[4]與計算機[2]通過數據線連接，可以遠程查看 現場試驗數據。
全文摘要
本發明公開了一種五聯動巖石單軸流變儀，屬於地下工程實驗儀器技術領域。它是由反力框架、伺服加載系統、動力系統和數據採集系統四部分組成。反力框架由上橫梁、光軸、臺面和基座組成；伺服加載系統由五套並聯的加載體組成，每套加載體由上、下承壓板、精密絲槓、升降機、伺服電機和試件裝卡球座組成；動力系統使用動力電起動加載，採用UPS技術防止斷電，提供伺服電機所需動力；數據採集系統由位移、力傳感器、無線網絡測控通訊裝置和計算機組成。本發明可同時軸向控制參數不同的五個試件的試驗；可在無動力電情況下保持軸向控制參數恆定；採用無線網絡技術，可在現場外隨時遙控、查看、下載和處理現場試驗數據。
文檔編號G01N19/00GK101498650SQ20091007823
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月23日 優先權日2009年2月23日
發明者劉保國, 張成平, 張頂立, 倩 房 申請人:北京交通大學