三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于對脆性材料進行力學性能試驗用的裝置，特別涉及一種直接拉伸與壓縮循環試驗中與試驗機配套的巖石試樣固定裝置。
【背景技術】
[0002]對巖石試樣進行拉伸與壓縮循環荷載交替試驗是了解巖石承受拉、壓循環荷載能力的重要手段，但目前巖石測試中，由于試樣固定裝置的結構限制，僅能進行單向壓縮試驗或單向拉伸試驗。
[0003]在單向拉伸試驗中，與試驗機配套的試樣固定裝置一般由上位夾具和下位夾具組成，上位夾具和下位夾具均包括與試驗機連接的接頭，固定試樣的端帽，連接接頭與端帽的鏈條；下位夾具由于要承接拉伸試驗所破壞的部分試樣和下端帽，還包括剛性筒體和墊板組成的支撐構件。此種結構的試樣固定裝置，由于支撐構件不能在整個試驗過程對試樣和下端帽起到有效支撐作用，因而不能進行峰值應力后的力學效應測試。CN200610022224.8公開了一種直接拉伸試驗的彈簧支撐式下位夾具，將試樣固定裝置中下位夾具的支撐構件設計為壓縮螺旋彈簧或壓縮螺旋彈簧和托板的組合。這樣雖然實現了直接測試巖石類脆性材料試驗峰值應力后的力學效應，但尚存在以下不足:(I)試驗中壓縮螺旋彈簧的中心線易與試驗機的中心線不重合，從而會對被測試試件形成附加偏心力，影響測試結果的準確性；(2)由于上位夾具與下位夾具的結構不同，因而試驗中試件兩端加載剛度不一致，導致被測試巖石突然破壞，對有效測定峰值應力后的力學效應仍不是很理想；(3)鏈條與端帽連接時，操作極為不方便且勞動強度較大，對拉伸承載能力低的巖石，還極易造成試件損傷而導致無法試驗。
[0004]在單向壓縮試驗中，將試件直接置于試驗機的上下承壓板之間，試件僅能承受壓縮荷載，不能對試件施加直接拉伸荷載，因而不能進行壓縮與拉伸交替的循環荷載試驗。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置，以實現巖石試樣的拉伸與壓縮循環荷載交替試驗，并確保試驗中巖石試樣固定裝置的中心線與試驗機的中心線重合及試件兩端加載剛度一致，使鏈條與端帽的連接便捷、省力，提尚功效。
[0006]本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置，由下位夾具和上位夾具組成；所述下位夾具包括與試驗機底部加載座連接的下接頭、固定試樣的下端帽、連接下接頭與下端帽的下鏈條、第一中心限位機構、第二中心限位機構和第一液壓機構，下端帽由試樣固定槽和連接段構成；所述上位夾具包括與試驗機頂部加載座連接的上接頭、固定試樣的上端帽、連接上接頭與上端帽的上鏈條、第三中心限位機構、第四中心限位機構和第二液壓機構，上端帽由試樣固定槽和連接段構成；所述第一中心限位機構、第二中心限位機構、第三中心限位機構和第四中心限位機構的結構相同，均由三爪卡盤、支撐件和轉接板組成，支撐件的一端與轉接板連接，另一端與三爪卡盤連接；所述第一液壓機構、第二液壓機構的結構相同，均包括圓環形活塞及與圓環形活塞組合的圓環形油缸；第一中心限位機構與試驗機底部加載座組合安裝，第一中心限位機構中的三爪卡盤與試驗機底部加載座接觸，所述下接頭位于三爪卡盤的中心孔內，第一中心限位機構中三爪卡盤的三個卡爪自由端分別與下接頭的外側面接觸；第二中心限位機構與下端帽組合安裝，第二中心限位機構中的三爪卡盤與下端帽的試樣固定槽底部外壁接觸，下端帽的連接段位于三爪卡盤的中心孔內，第二中心限位機構中三爪卡盤的三個卡爪自由端分別與下端帽連接段的外側面接觸；第一液壓機構位于第一中心限位機構、第二中心限位機構之間，第一液壓機構的圓環形油缸與第一中心限位機構中的轉接板連接、第一液壓機構的圓環形活塞與第二中心限位機構中的轉接板連接，或第一液壓機構的圓環形油缸與第二中心限位機構中的轉接板連接、第一液壓機構的圓環形活塞與第一中心限位機構中的轉接板連接；所述下鏈條位于第一中心限位機構、第一液壓機構、第二中心限位機構圍成的空間內；第三中心限位機構與上端帽組合安裝，第三中心限位機構中的三爪卡盤與上端帽的試樣固定槽底部外壁接觸，上端帽的連接段位于三爪卡盤的中心孔內，第三中心限位機構中三爪卡盤的三個卡爪自由端分別與上端帽連接段的外側面接觸；第四中心限位機構與試驗機頂部加載座組合安裝，第四中心限位機構中的三爪卡盤與試驗機頂部加載座接觸，所述上接頭位于三爪卡盤的中心孔內，第四中心限位機構中三爪卡盤的三個卡爪自由端分別與上接頭的外側面接觸；第二液壓機構位于第三中心限位機構、第四中心限位機構之間，第二液壓機構的圓環形油缸與第三中心限位機構中的轉接板連接、第二液壓機構的圓環形活塞與第四中心限位機構中的轉接板連接，或第二液壓機構的圓環形油缸與第四中心限位機構中的轉接板連接、第二液壓機構的圓環形活塞與第三中心限位機構中的轉接板連接；所述上鏈條位于第三中心限位機構、第二液壓機構、第四中心限位機構圍成的空間內。
[0007]本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置中，所述第一中心限位機構、第二中心限位機構、第三中心限位機構和第四中心限位機構中的支撐件為四根圓桿，轉接板為圓環形板，四根圓桿均勻安裝在三爪卡盤和轉接板的圓環面上；或所述第一中心限位機構、第二中心限位機構、第三中心限位機構和第四中心限位機構中的支撐件為兩個橫截面為圓弧形的板體，轉接板為圓環形板，兩個板體對稱安裝在三爪卡盤和轉接板的圓環面上。
[0008]本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置中，所述三爪卡盤是手動卡盤或氣動卡盤或液壓卡盤。
[0009]本發明具有以下有益效果:
[0010]1、本發明所述巖石試樣固定裝置取消了壓縮螺旋彈簧，設置了液壓機構，由于液壓機構提供的壓力和剛度遠高于螺旋彈簧，因而可以實現巖石的拉伸與壓縮循環荷載交替試驗，克服了目前巖石測試中僅能進行單向壓縮或拉伸試驗的不足，完善了單向加載中的巖石直接拉伸與壓縮荷載循環交替的組合測試方法。
[0011]2、由于本發明所述巖石試樣固定裝置的下位夾具和上位夾具中均設置有兩個中心限位機構和一個液壓機構，因而不僅能確保試驗中試件兩端加載剛度一致，更有效的測試巖石試驗峰值應力后的力學效應，而且通過下位夾具和上位夾具的中心限位機構中的三爪卡盤能確保試驗中巖石試樣固定裝置的中心線與試驗機的中心線重合，避免了附加偏心力的產生，有利于提高測試結果的準確性。
[0012]3、由于第一中心限位機構、第二中心限位機構、第三中心限位機構和第四中心限位機構中的支撐件為四根圓桿或兩個橫截面為圓弧形的板體，因而鏈條與端帽連接時，便于插入連接件插銷，安裝和拆卸操作簡單、便捷，同時有利于保護抗拉強度低的巖石在測試前的完整性，提高了測試成功率。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置的結構示意圖。
[0014]圖2為三爪卡盤的一種結構示意圖。
[0015]圖3為本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置中第一中心限位機構或第二中心限位機構或第三中心限位機構或第四中心限位機構的第一種結構示意圖(支撐件為圓桿)。
[0016]圖4為圖3的俯視圖。
[0017]圖5為本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置中第一中心限位機構或第二中心限位機構或第三中心限位機構或第四中心限位機構的第二種結構示意圖(支撐件為弧形板體)。
[0018]圖6為圖5的俯視圖。
[0019]圖7為本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置中第一液壓機構或第二液壓機構的結構示意圖。
[0020]圖8為圖7的俯視圖。
[0021]圖中，I一試驗機底部加載座，2一二爪卡盤，2-1一第一爪盤體，2-2一第二爪盤體，2-3一卡爪，2-4一小維齒輪，2-5一大維齒輪，2-5-1一平面螺紋，2-5-2一維齒，3一下接頭，4一支撐件，5—轉接板，6—下鏈條，7—下插銷，8—下端帽，9一巖石試樣，10—上端帽，11一上插銷，12—上鏈條，13—上接頭，14 一試驗機頂部加載座，15—圓環形活塞，16—圓環形油缸，17—活塞限位環，18—密封圈，19一輸油管，20—控制閥，21—壓力表。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例對本發明所述三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置做進一步說明。
[0023]本實施例中，三爪卡盤限位拉壓循環試驗巖石試樣固定裝置如圖1所示，由下位夾具和上位夾具組成。所述下位夾具包括與試驗機底部加載座I連接的下接頭3、固定試樣的下端帽8、連接下接頭與下端帽的下鏈條6、第一中心限位機構、第二中心限位機構和第一液壓機構，下端帽8由試樣固定槽和連接段構成；所述上位夾具包括與試驗機頂部加載座14連接的上接頭13、固定試樣的上端帽10、連接上接頭與上端帽的上鏈條12、第三中心限位機構、第四中心限位機構和第二液壓機構，上端帽10由試樣固定槽和連接段構成。
[0024]所述第一中心限位機構、第二中心限位機構、第三中心限位機構和第四中心限位機