專利名稱：一種多功能巖石三軸試驗加載系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于工程機械中的試驗機領域，特別涉及一種多功能巖石 三軸試驗加載系統，適用于多種工作液體施加圍壓。
背景技術：
建筑、交通、水利等土木工程領域常涉及巖土體與水的相互作用， 水是影響巖土體物理力學性質的最重要因素之一。巖土體與水相互作 用，通常是指與地下水相互作用，這是因為地下水分布廣，無處不在。 巖土體與水相互作用是目前巖土工程界的研究熱點及前沿課題。
然而，不同地區的地下水含有不同的化學成分，不同的化學成分 對巖土體的作用不同。實際工程中的巖土體與水相互作用時，還受到 水(含有各種化學成分的水溶液)的壓力作用。研究不同圍壓、不同 化學成分下的巖土體與水相互作用的機理、機制十分迫切。
現有的用于研究巖土體與水相互作用的試驗裝置，主要包括軸向 荷載系統、圍壓系統、伺服控制系統等部分，其主要不足在于圍壓 加載系統使用一臺伺服控制器，只能使用一種工作水溶液施加圍壓， 不便于在同一試驗條件下研究不同化學成分水溶液對巖土體的作用。
因此，研制發明一種經濟的能夠使用多種工作液體施加圍壓的加 載系統，具有非常廣闊的應用前景。
發明內容
本發明的目的是，針對現有三軸試驗中巖石與水相互作用試驗施 加荷載的需求，提供一種經濟的、能實現多種工作液體施加圍壓的加 載系統。
本發明涉及的一種多功能巖石三軸試驗加載系統由軸向加載系 統、圍壓加載系統及控制計算機組成，利用電機伺服技術，實現軸向 荷載、圍壓的加載及其精確控制，并實現多種圍壓工作液體的轉換。
1) 軸向加載系統
軸向加載系統由剛性底座、立柱、滾珠絲桿、橫梁、加載壓頭、 伺服電機、伺服控制器、減速器、齒輪組等部分組成。其中，剛性底 座支承立柱，橫梁架在立柱之間并與滾珠絲桿咬合，加載壓頭位于橫 梁下與橫梁一體。
2) 圍壓加載系統
圍壓加載系統由剛性支座、滾珠絲桿、伺服電機、伺服控制器、 增壓倉、活塞、精密壓力表、管路、轉換器、減速器、齒輪組、工作 液體等部分組成。增壓倉置于剛性支座一側，剛性支座支承滾珠絲桿， 滾珠絲桿一端與活塞相連，活塞位于增壓倉內，增壓倉前開有油嘴， 通過管路、轉換器與巖石三軸試驗壓力室等連接。
其中計算機分別與軸向加載系統伺服控制器、圍壓加載系統伺服 控制器通訊，通過和分別控制軸向壓力和圍壓加載。
本發明具有以下優點
1、控制精度高，利用伺服控制器控制軸向荷載與圍壓的加載，精度可達士18000步。
2、 成本低廉，利用一臺控制器實現多種工作液體施加圍壓的控制。
3、 工作液體轉換方便，使用開關閥門即可控制不同工作液體的 切換。
4、 工作液體相互獨立，互不干擾，互不污染。
5、 擴展能力強，添加轉換器即可擴展工作液體的種類。
6、 實現同一試驗環境，即同一時間、同一環境溫度、同一大氣 壓強等，排除不必要的干擾。
圖l是本發明的組成結構示意框圖； 其中
A—軸向荷載加載系統，包括
Al —剛性底座A2 —立柱A3—滾珠絲桿
A4—橫梁A5 —加載壓頭A6—伺服電機
A7 —伺服控制器A8—減速器A9 —齒輪組
B—圍壓加載系統，包括
Bl —剛性支座B2—滾珠絲桿B3 —伺服電機
B4—伺服控制器B5—增壓倉B6—活塞
B7—精密壓力表B8 —管路B9—轉換器
B10—減速器Bll—齒輪組B12 —工作液體(不
同種類)5c一控制計算機
圖2是本發明中的轉換器結構示意圖； 其中-
Dl-隔板 D2 —工作液體1 D3 —工作液體具體實施方式
以下結合附圖對本發明的技術方案進一步說明
一、 軸向荷載的施加
剛性底座Al支承立柱A2，橫梁A4架在立柱A2之間并與滾珠絲 桿A3咬合，加載壓頭A5位于橫梁A4下與橫梁A4—體。工作時，計 算機C控制伺服控制器A7，伺服控制器A7發送控制指令給伺服電機 A6，伺服電機A6通過減速器A8驅動齒輪組A9，齒輪組A9驅動滾珠 絲桿A3,滾珠絲桿A3驅動橫梁A4，加載壓頭A5隨橫梁A4上下移動， 完成軸向荷載的施加。
二、 軸向荷載的施加
增壓倉B5置于剛性支座Bl —側，剛性支座Bl支承滾珠絲桿B2， 滾珠絲桿B2 —端與活塞B6相連，活塞B6位于增壓倉B5內，增壓倉 B5前開有油嘴，通過管路B8、轉換器B9與巖石三軸試驗壓力室等連 接。計算機C控制伺服控制器B4，伺服控制器B4發送控制指令給伺 服電機B3，伺服電機B3通過減速器B10驅動齒輪組Bll，齒輪組Bll 驅動滾珠絲桿B2，滾珠絲桿B2帶動活塞B6，擠壓增壓倉B5內的工 作液體B12，工作液體B12受壓由油嘴流出，經過管路B8、轉換器 B9后向巖石三軸試驗壓力室施加圍壓。三、工作液體的轉換
隔板Dl將整個轉換器D分割成兩部分，隔板Dl兩側分別存有不 同的工作液體D2和D3。隔板一側工作液體D3經過管路B8與增壓倉 B5連通，另一側工作液體D3經過管路B8與壓力室連通。增壓倉B6 內壓力工作液體B12連通D2推動隔板Dl，隔板Dl推動另一側工作 液體D3向巖石三軸試驗壓力室施加圍壓。
由軸向荷載加載系統及圍壓加載系統可實現三軸壓力的施加。連 接多個轉換器，可將各轉換器D3中的工作液體換成不同的液體，實 現不同的工作液體的轉換、切換。
權利要求
1、一種多功能巖石三軸試驗加載系統，包括軸向加載系統、圍壓加載系統、控制計算機。其特征在于利用電機伺服技術，實現軸向荷載、圍壓的加載及其精確控制，并實現多種圍壓工作液體的轉換。
2、 根據權利要求1所述軸向加載系統，由剛性底座、立柱、滾 珠絲桿、橫梁、加載壓頭、伺服電機、伺服控制器、減速器、齒輪組等部分組成。其特征在于所述的剛性底座支承立柱，橫梁架在立柱 之間并與滾珠絲桿咬合，加載壓頭位于橫梁下與橫梁一體。
3、 根據權利要求1所述的圍壓加載系統，由剛性支座、滾珠絲 桿、伺服電機、伺服控制器、增壓倉、活塞、精密壓力表、管路、轉 換器、減速器、齒輪組、工作液體等部分組成。其特征在于所述增 壓倉置于剛性支座一側，剛性支座支承滾珠絲桿，滾珠絲桿一端與活 塞相連，活塞位于增壓倉內，增壓倉前開有油嘴，通過管路、轉換器 與巖石三軸試驗壓力室等連接。
4、 根據權利要求3所述的圍壓加載系統，其特征在于利用一 個伺服控制器，通過轉換器向兩個或以上壓力室施加圍壓，實現多種 工作液體的一體化控制。所述的轉換器由隔板、外殼組成。隔板將整 個轉換器分割成兩部分，分別存有不同的工作液體。隔板一側工作液 體經過管路與增壓倉連通，另 一側工作液體經過管路與壓力室連通。
全文摘要
本發明涉及一種多功能巖石三軸試驗加載裝置，該加載裝置由軸向加載系統、圍壓加載系統及控制計算機組成，利用電機伺服技術，實現軸向荷載、圍壓的加載及其精確控制，并實現多種圍壓工作液體的轉換。本發明具有控制精度高，成本低廉，工作液體轉換方便，工作液體相互獨立，互不干擾，互不污染，擴展能力強等優點，具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N19/00GK101477028SQ20091003662
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月13日 優先權日2009年1月13日
發明者動 劉, 周翠英, 磊 張, 朱鳳賢, 煒 黃 申請人:中山大學