一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀，上剪盒為多層疊環式剪盒或直剪盒，下剪盒不分層，所述的剪盒為疊環式剪盒時，上剪盒包括至少兩層每層之間安裝有滾針軸承、側面安裝有滾動鋼球排的疊環，用于測量土體試樣的多個剪切面；所述的上剪盒是直剪盒時，上剪盒尺寸和疊環式剪盒的上剪盒尺寸一樣，共用一套下剪盒。本實用新型能測試不同材料間接觸面的應力；本實用新型能測試土粒多個剪切面，能測試到最軟弱的破壞點；本實用新型采用板式框架結構，操作穩固可靠。
【專利說明】一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及粗粒土土體的物理試驗設備，特別指一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀。
【背景技術】
[0002]巖土工程的失穩絕大多數是由于剪切破壞引起的，準確測定巖土體的抗剪強度參數在巖土工程建設中具有重要意義。目前，常用的抗剪強度參數測定方法有三軸和直剪試驗，其中直剪試驗由于操作簡單、適用范圍廣而應用最為普遍。在粗土顆粒剪切力試驗廣泛應用的同時，直剪儀在不斷改進，由早期小尺寸應力控制式發展到現今應力應變控制式大尺寸多功能直剪儀。但常規直剪儀中剪切面單一的缺點一直存在，使試樣的測試精度不高，或有可能沿最弱的剪切面發生破壞；四川大學水電學院研制的粗粒土直剪儀，通過上下剪切盒的相對運動以保證試驗過程中垂直荷載始終不偏心；傳統的直剪儀可用于粗粒土的強度測試，但試樣的尺寸不同、粗顆粒材料不同對于需要測量出最軟弱的破壞點來說越加困難。本實用新型在綜合考慮設備的適用性和功能性的前提下，研發了一種能提高測試精度的新型自動控制疊環式剪切試驗儀。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是針對【背景技術】中存在的缺點和問題加以改進，提供一種結構簡單可靠，能測量多個剪切面的新型自動控制疊環式剪切試驗儀。
[0004]本實用新型的技術方案是構造一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀，包括主機部分、自動控制部分、數控計量油源部分，其特征在于:所述主機部分由主機底座、側梁和上梁組成板式框架結構，垂直加載油缸固定在上梁底部，垂直加載油缸內部安裝有垂直載荷傳感器，垂直傳力塊上安裝有用于測量試樣垂直變形的垂直位移傳感器；下剪盒底部固定有下剪盒底板，下剪盒底板與主機底座之間設置滾柱排；上剪盒上連有垂直傳力塊，上剪盒一側設有固定在主機底座上的水平反力座，上剪盒一端與水平反力座的中間開縫高度接觸成為上反力點；水平加載油缸安裝在水平反力座側面，和水平設置在主機底座上且與上梁平衡的水平返力梁、通過拉桿縮緊螺母與水平返力梁兩端連接的水平拉桿組成水平反力系統，水平拉桿另一端通過水平拉桿鉸接頭與下剪盒鉸接，水平加載油缸內部安裝有水平載荷傳感器，主機底座上安裝有水平位移傳感器；所述的自動控制部分由計算機實現，分為垂直加載控制系統和水平加載控制系統，包括液壓控制柜、操作屏和由計算機、工業控制器、數據傳感器、數據采集器和信號調理電路組成的測量系統；所述的數控計量油源部分分為垂直數控計量油源和水平數控計量油源，用于提供液壓流量和壓力；所述的自動控制部分連接并控制數控計量油源部分和主機部分；所述的上剪盒和下剪盒外方內圓，其面向側梁一側的側壁處設有導向減摩裝置，上剪盒為疊環式剪盒或直剪盒，疊環式剪盒包括至少一層疊環，疊環式剪盒和直剪盒的尺寸一樣，共用一套下剪盒。
[0005]本實用新型具有以下優點:
[0006]1、本實用新型由于采用多層疊環結構，試驗時破壞點是發生在最軟弱的一個面，從而能測試到試樣最小抗剪應力；
[0007]2、本實用新型上剪盒可以安裝多層疊環式剪盒，也可以安裝直剪盒，共用一套下剪盒，當安裝直剪剪盒時，可以進行直剪試驗；
[0008]3、本實用新型能測試不同材料間接觸面的應力；
[0009]4、本實用新型采用板式框架結構，操作穩固可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型主機部分主視圖。
[0011]圖2為本實用新型主機部分俯視圖。
[0012]圖3為本實用新型主機部分左視圖。
【具體實施方式】
[0013]由圖1-3可知，本實用新型包括主機部分、自動控制部分、數控計量油源部分，其特征在于:所述主機部分由主機底座12、側梁24和上梁17組成板式框架結構，垂直加載油缸I固定在上梁17底部，垂直加載油缸I內部安裝有垂直載荷傳感器2，垂直傳力塊21上安裝有用于測量試樣垂直變形的垂直位移傳感器；下剪盒6底部固定有下剪盒底板15，下剪盒底板15底部設置滾柱排26和滾針排底板與主機底座12連接；上剪盒7上連有垂直傳力塊21，上剪盒7 —側設有固定在主機底座12上的水平反力座8，上剪盒7 —端與水平反力座8的中間開縫高度接觸成為上反力點；水平加載油缸3安裝在水平反力座8側面，和水平設置在主機底座12上且與上梁17平衡的水平返力梁14、通過拉桿縮緊螺母33與水平返力梁14兩端連接的水平拉桿13組成水平反力系統，水平拉桿13另一端通過水平拉桿鉸接頭34與下剪盒鉸接，水平加載油缸3內部安裝有水平載荷傳感器，主機底座12上安裝有水平位移傳感器；所述的自動控制部分由計算機實現，分為垂直加載控制系統和水平加載控制系統，包括液壓控制柜、操作屏和由計算機、工業控制器、數據傳感器、數據采集器和信號調理電路組成的測量系統；所述的數控計量油源部分分為垂直數控計量油源和水平數控計量油源，用于提供液壓流量和壓力；所述的自動控制部分連接并控制數控計量油源部分和主機部分；所述的上剪盒7和下剪盒6外方內圓，其面向側梁24 —側的側壁處設有導向減摩裝置，上剪盒7為疊環式剪盒或直剪盒，疊環式剪盒包括至少一層疊環9，疊環式剪盒和直剪盒的尺寸一樣，共用一套下剪盒6。
[0014]本實用新型所述的垂直加載油缸I與上梁17之間設有垂直油缸調節板22。本實用新型所述的上剪盒7安裝有剪盒防翹裝置。本實用新型所述的上剪盒7和下剪盒6之間裝配有至少一種開縫環和對應于不同開縫環的滾柱排和導向條。本實用新型所述的下剪盒6固定在下剪盒底板15上，并與下剪盒底板15之間設有O型密封膠圈。本實用新型所述的上梁17上安裝有由起吊懸臂18、起吊油缸19和起吊工具20組成的用于裝卸試樣的液壓吊系統。本實用新型所述的垂直傳感器2的下方設有高度調整墊塊23。本實用新型所述的疊環9的頂層和頂層以下四周分別套有用來使試樣密封的乳膠套30、31，構成抽真空飽和系統。本實用新型所述的垂直傳力塊21與上剪盒7之間設有上透水板28，下剪盒6內底部設置有下透水板32。
[0015]本實用新型自動控制疊環式剪切試驗儀用于測定粗粒土土體的抗剪強度，以及不同材料的接觸面特性等方面的試驗研究。主機架采用板式框架結構，垂直載荷及切向水平推力均由數控計量油源、液壓油缸加載。疊環剪液壓控制具有兩種工作方式:即手動控制方式(僅適用于直剪試驗)和垂直、水平數控計量油源自動控制工作方式。垂直、水平載荷由垂直、水平載荷傳感器測定，垂直、水平位移采用位移傳感器測量。所有液壓及電氣操作控制閥門、開關均集中安裝在液壓綜合控制柜中。自動控制系統配套有計算機、數據采集、處理系統，用以完成載荷、位移的采集存儲和垂直載荷、水平載荷、剪切速度的自動控制。設備配套有疊環剪盒與直剪剪盒，為此，可以分別進行疊環式剪切和直剪剪切試驗。
[0016]設計原理:
[0017]本實用新型主機采用板式框架結構，垂直加載油缸I安裝于上梁17下方，垂直載荷傳感器安裝在垂直加載油缸I的內部；水平加載油缸3安裝在主機右邊的水平反力座8的右側面，水平載荷傳感器安裝在水平加載油缸3內部；主機正中安裝疊環式剪盒或直剪剪盒，下剪切盒疊環剪和直剪試驗時共用。
[0018]疊環式上剪盒7 —共為8層，均為外邊方形，一端與水平反力座8的頂面接觸成為上反力點，剪切時頂層疊環無移動，在每層疊環之間均安裝有滾針軸承，疊環剪盒兩側面安裝有滾動鋼球排，以減少前后移動時各接觸面間的摩擦阻力。
[0019]直剪儀上剪盒7為外邊方形，與疊環剪盒外形尺寸相同，便于共用一個下剪盒6，上剪盒7 —端與水平反力座8的中間開縫高度接觸成為上反力點，上剪盒7無移動，其受力面設計為平面，可以減少剪切時上剪盒7向上翹動，本實用新型上剪盒7頂面設有防撬裝置，能有效防止剪盒在剪切時向上翹動造成測量誤差。
[0020]上、下剪盒之間配有三種不同高度的開縫環，供用戶根據試樣粒徑大小選用。上、下剪盒之間的滾柱排26和導向條是對應于不同開縫高度的，保證上、下剪盒之間形成滾動以減少摩擦阻力。
[0021]在下剪盒6側面安裝有兩根水平拉桿13與水平加載油缸3、水平反力梁14相連后組成水平反力系統。下剪盒6固定安裝在下剪盒底板15上，與下剪盒底板15之間有密封用膠圈，用于飽和試樣時防止漏水。下剪盒底板15上安裝有導向滑塊，滑塊上安裝有鋼球，防止加載時剪切盒產生側向轉動，剪盒下剪盒底板15下面配有滾動軸排，以減少剪切時的摩擦阻力；同時可以用于推動剪切盒前后移動，方便裝卸試樣。
[0022]主機梁上側安裝有一套液壓吊，由起吊懸臂18、起吊油缸19和起吊工具20組成，用于裝卸試樣。
[0023]本實用新型設有抽真空飽和系統，抽真空飽和是對應粘性聞、不易飽和的粗粒圖試驗樣品而設計的，是提高飽和度的一種方法，采用在下剪盒與其底板之間安裝O型密封圈，在頂層疊環以下四周套上一圈三軸試驗機專用的乳膠套31，該乳膠套31厚度為2毫米，延伸率在400%以上，頂層疊環以上套上另一圈乳膠套30，從而使試樣全部密封，由于乳膠套30、31具有很高的延伸率和一定的強度，能承受0.1MPa的壓強后不會破壞，在試驗過程中它可以跟隨疊環變化而變化，保持試樣上部的飽和度。
[0024]本實用新型的垂直加載控制系統有手動控制、垂直壓力自動控制兩種控制方式。手動控制施加垂直載荷，是通過手動操作數控計量油源的伺服電機控制器，改變系統油壓壓力，達到垂直載荷加載與穩定。垂直壓力自動控制，是由計算機根據事先設定程序，控制垂直數控計量油源油壓力，改變垂直加載油缸壓力，實現垂直載荷的加載和穩定。
[0025]本實用新型的水平加載控制系統有手動控制(手動時僅可進行直剪試驗)和計算機自動控制兩種方式。手動控制水平載荷是通過手動操作數控計量油源的伺服電機控制器，改變系統油壓壓力，實現水平載荷加載與穩定。手動調節伺服電機轉速，達到水平剪切速度穩定。水平推力自動控制，是由計算機根據事先設定程序，控制垂直數控計量油源油壓力和垂直數控計量油源的伺服電機轉速來改變水平油缸供油壓力和流量，從而實現的水平剪切應力和水平應變速度的穩定施加。
[0026]本實用新型液壓控制柜主要用于安裝垂直、水平載荷應力應變系統管路，還用于手動控制數控計量油源部分，可利用手動轉換旋鈕開關控制手動和自動切換。手動操作在控制屏上完成，自動控制通過連接計算機實現。控制屏上還安裝有液壓附件、手動換向閥、載荷指示電接點壓力表、液壓開關及其管路、工業控制器、垂直或水平通道的伺服電機控制器等電器元件。
[0027]本實用新型數控計量油源部分是由伺服電機、高減速比機械減速器、滾珠絲杠、推力油缸、工作油缸等組成，垂直數控計量油源部分用于控制垂直載荷穩定，水平數控計量油源部分用于控制水平應力、應變、載荷及速度穩定。本實用新型液壓控制系統的泵站，主要給數控計量油源部分提供油液和工作油缸的快速進退操作。
[0028]本實用新型用位移傳感器完成自動位移測定。疊環剪、直剪垂直位移測量時，沿上剪切盒的頂面四周，安裝有四支50_位移傳感器。直剪水平位移測量是在下剪盒6水平向安裝I只100毫米的位移傳感器完成。疊環剪水平位移測量時，采用9只100毫米的位移傳感器，分別測量每個疊環間的位移量和下剪盒6水平向的位移量，并由計算機自動采集存儲每只位移傳感器的移動變化量，分析出最軟弱面的位置。
[0029]本實用新型利用鍵盤操作控制計算機，通過自動控制系統自動控制本設備進行試驗工作。
[0030]本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行的描述，并非對本實用新型構思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的前提下，本領域中工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種新型自動控制疊環式剪切試驗儀，包括主機部分、自動控制部分、數控計量油源部分， 其特征在于: 所述主機部分由主機底座(12)、側梁(24)和上梁(17)組成板式框架結構，垂直加載油缸(I)固定在上梁(17)底部，垂直加載油缸(I)內部安裝有垂直載荷傳感器(2)，垂直傳力塊(21)上安裝有用于測量試樣垂直變形的垂直位移傳感器； 下剪盒(6)底部固定有下剪盒底板(15)，下剪盒底板(15)底部設置滾柱排(26)和滾針排底板與主機底座(12)連接； 上剪盒(7)上連有垂直傳力塊(21)，上剪盒(7)—側設有固定在主機底座(12)上的水平反力座(8)，上剪盒(7)—端與水平反力座(8)的中間開縫高度接觸成為上反力點； 水平加載油缸(3)安裝在水平反力座(8)側面，和水平設置在主機底座(12)上且與上梁(17)平衡的水平返力梁(14)、通過拉桿縮緊螺母(33)與水平返力梁(14)兩端連接的水平拉桿(13)組成水平反力系統，水平拉桿(13)另一端通過水平拉桿鉸接頭(34)與下剪盒(6 )鉸接，水平加載油缸(3 )內部安裝有水平載荷傳感器，主機底座(12 )上安裝有水平位移傳感器； 所述的自動控制部分由計算機實現，分為垂直加載控制系統和水平加載控制系統，包括液壓控制柜、操作屏和由計算機、工業控制器、數據傳感器、數據采集器和信號調理電路組成的測量系統； 所述的數控計量油源部分分為垂直數控計量油源和水平數控計量油源，用于提供液壓流量和壓力； 所述的自動控制部分連接并控制數控計量油源部分和主機部分； 所述的上剪盒(7)和下剪盒(6)外方內圓，其面向側梁(24) —側的側壁處設有導向減摩裝置，上剪盒(7)為疊環式剪盒或直剪盒，疊環式剪盒包括至少一層疊環(9)，疊環式剪盒和直剪盒的尺寸一樣，共用一套下剪盒(6)。
2.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的垂直加載油缸(I)與上梁(17)之間設有垂直油缸調節板(22)。
3.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的上剪盒(7)安裝有剪盒防翹裝置。
4.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的上剪盒(7)和下剪盒(6)之間裝配有至少一種開縫環和對應于不同開縫環的滾柱排和導向條。
5.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的下剪盒(6)固定在下剪盒底板(15)上，并與下剪盒底板(15)之間設有O型密封膠圈。
6.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的上梁(17)上安裝有由起吊懸臂(18)、起吊油缸(19)和起吊工具(20)組成的用于裝卸試樣的液壓吊系統。
7.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的垂直傳感器(2)的下方設有高度調整墊塊(23)。
8.根據權利要求1或5所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的疊環(9)的頂層和頂層以下四周分別套有用來使試樣密封的乳膠套(30)、(31)，構成抽真空飽和系統。
9.根據權利要求1所述的新型自動控制疊環式剪切試驗儀，其特征在于:所述的垂直傳力塊(21)與上剪盒(7)之間設有上透水板(28)，下剪盒(6)內底部設置有下透水板(32)。
【文檔編號】G01N3/24GK204008329SQ201420342284
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】張繼勛 申請人:成都東華卓越科技有限公司