專利名稱:巖土三軸試驗(yàn)圍壓力、反壓力裝置的制作方法
本實(shí)用新型是一種巖土三軸試驗(yàn)圍壓力、反壓力裝置，特別是圍壓力穩(wěn)定、反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力的裝置，屬于土工三軸儀中應(yīng)用液壓加壓的裝置。
對(duì)巖土試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，先要對(duì)試樣進(jìn)行反壓力飽和，在這個(gè)過程中，要求反壓力始終小于圍壓力。然后，在對(duì)試樣施加試驗(yàn)所需的圍壓力時(shí)，要求圍壓力、反壓力保持穩(wěn)定。目前三軸儀中常用的加壓裝置有水銀加壓、空氣調(diào)壓閥加壓、油壓泵加壓、電動(dòng)調(diào)壓筒－壓力傳感器電路控制加壓等。水銀加壓裝置產(chǎn)生壓力低，常發(fā)生試驗(yàn)人員汞中毒?？諝庹{(diào)壓閥裝置耗氣大，空氣壓縮機(jī)工作噪聲大，國內(nèi)研制的高壓力空氣調(diào)壓閥裝置，最大壓力2.5MPa(1MPa≈10公斤力／(厘米)2)，在使用中發(fā)現(xiàn)，如果裝置的出口壓力高于試驗(yàn)所需壓力，則不能將其調(diào)回到試驗(yàn)壓力，因此不適用于三軸試驗(yàn)。油壓泵裝置雖然產(chǎn)生壓力高且可調(diào)，但構(gòu)造復(fù)雜，輸出壓力有抖動(dòng)現(xiàn)象。英國GEOSESTEM公司生產(chǎn)的與三軸儀主機(jī)配套的電動(dòng)調(diào)壓筒——壓力傳感器電路控制加壓裝置，由于壓力傳感器受溫度影響很大，輸出壓力的穩(wěn)定性仍不理想。還需要說明一點(diǎn)，對(duì)試樣進(jìn)行反壓力飽和時(shí)，要求反壓力跟蹤圍壓力，如果采用微機(jī)系統(tǒng)控制，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但是這樣的裝置構(gòu)造很復(fù)雜，造價(jià)很高。
本實(shí)用新型的任務(wù)是給出一種應(yīng)用液壓加壓、不采用微機(jī)控制、構(gòu)造比較簡單的三軸試驗(yàn)圍壓力、反壓力裝置，根據(jù)試驗(yàn)需要，圍壓力足夠高并且可作大幅度調(diào)整，在對(duì)試樣進(jìn)行反壓力飽和過程中，反壓力能自動(dòng)跟蹤圍壓力、始終小于圍壓力一個(gè)固定值，當(dāng)需要施加一定的圍壓力時(shí)，圍壓力、反壓力均能保持穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于選取理想的壓力源、調(diào)壓裝置和實(shí)現(xiàn)反壓力自動(dòng)跟蹤的裝置。
本實(shí)用新型由壓力室、油水交換器、圍壓力系統(tǒng)和反壓力系統(tǒng)組成，壓力系統(tǒng)除包括壓力源和調(diào)壓裝置外，還包括控制電路、油壓輸出管路、閥門等，所產(chǎn)生的圍壓力和反壓力經(jīng)過各自的油水交換器，將油壓轉(zhuǎn)換為水壓，作用于壓力室內(nèi)的試樣，其特征是圍壓力系統(tǒng)以砝碼壓力計(jì)作為壓力源，以電動(dòng)調(diào)壓筒調(diào)節(jié)壓力，反壓力系統(tǒng)包括電動(dòng)調(diào)壓筒和壓力傳感器，在圍壓力、反壓力兩系統(tǒng)的油壓輸出管路之間連接一個(gè)壓差傳感器，經(jīng)過相應(yīng)的電路控制，實(shí)現(xiàn)反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力。
下面參照附圖并結(jié)合一個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型構(gòu)成示意圖。
圖2為圍壓力系統(tǒng)電路框圖。
圖3為反壓力系統(tǒng)及反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力電路框圖。
如圖1所示，圍壓力系統(tǒng)包括砝碼壓力計(jì)(26)和電動(dòng)調(diào)壓筒(27)，反壓力系統(tǒng)包括電動(dòng)調(diào)壓筒(31)和壓力傳感器(24)。砝碼壓力計(jì)(26)和電動(dòng)調(diào)壓筒(27)之間油壓管路(通過閥門)是連通的，電動(dòng)調(diào)壓筒(31)和壓力傳感器(24)之間油壓管路(通過閥門)也是連通的。產(chǎn)生的圍壓力由油壓管路經(jīng)油水交換器(28)進(jìn)入壓力室(30)，作用在包裹巖土試樣(20)的乳膠膜(21)上，而反壓力則由油壓管路經(jīng)油水交換器(29)進(jìn)入壓力室，作用在巖土試樣內(nèi)。設(shè)置了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力表(12、13、14)來測(cè)試實(shí)際施加的圍壓力、反壓力值。表(13)與表(14)量程相同，表(12)量程大。
下面描述圍壓力系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。在砝碼壓力計(jì)的砝碼框架(7)上掛砝碼(8)，就產(chǎn)生一定的圍壓力。砝碼壓力計(jì)活塞(5)上連接一觸桿(2)，觸桿隨活塞升降分別與上、中、下三只微動(dòng)開關(guān)(1)碰觸，通過繼電器控制電動(dòng)調(diào)壓筒(27)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(11)正、反運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，得到穩(wěn)定的圍壓力。圍壓力系統(tǒng)微動(dòng)開關(guān)閉環(huán)控制電路框圖如圖2所示。為了減小圍壓力的誤差，采取以下三個(gè)措施a、由電機(jī)(4)通過圓柱直齒輪付(3)帶動(dòng)砝碼壓力計(jì)活塞(5)以一定速度(例如20～30轉(zhuǎn)／分鐘)旋轉(zhuǎn)，使活塞與活塞套(6)之間為動(dòng)摩擦。整個(gè)試驗(yàn)過程中，電機(jī)(4)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，以減小活塞運(yùn)動(dòng)的摩擦力。b、選用碰觸力小于20克的微動(dòng)開關(guān)(1)。c、設(shè)置平衡塊(9)，用以克服活塞(5)和砝碼框架(7)的自重，使圍壓力起始值為零。
接著描述反壓力跟蹤圍壓力部分。在圍壓力、反壓力兩系統(tǒng)油壓輸出管路之間連接一個(gè)壓差傳感器(18)。由于試樣(20)周圍有乳膠膜(21)包裹，對(duì)試樣所加的圍壓力與試樣內(nèi)的反壓力是隔離的。預(yù)先給壓差傳感器一個(gè)固定差值(例如0.02MPa)，當(dāng)圍壓力作用于壓差傳感器時(shí)，壓差傳感器輸出相應(yīng)電壓訊號(hào)，訊號(hào)被放大后經(jīng)由繼電器控制反壓力調(diào)壓筒(31)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(25)正、反運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，使反壓力與圍壓力之間保持給定的差值，實(shí)現(xiàn)反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力。反壓力及反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力的電路框圖如圖3所示。為了保護(hù)壓差傳感器正常工作，對(duì)其設(shè)置了電磁閥(19)保護(hù)管路。
下面簡要說明本實(shí)用新型用于土工三軸儀加壓試驗(yàn)的步驟。a、對(duì)土試樣進(jìn)行反壓力飽和裝置各系統(tǒng)調(diào)零后，開閥門(16)、(17)、關(guān)閥門(15)。在壓力室內(nèi)裝土試樣，將包裹試樣的乳膠膜兩端扎緊，并使壓力室內(nèi)充滿水。在砝碼壓力計(jì)上加砝碼，使圍壓力壓力表(13)讀數(shù)為0.02MPa，對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)壓，由裝在壓力室底座(32)處的壓力傳感器(22)測(cè)記試樣孔隙水壓力值。再根據(jù)不同試樣的要求在砝碼壓力計(jì)上增加某級(jí)增量的砝碼，直至圍壓力增量與孔隙水壓增量相等。然后關(guān)閥門(23)，開閥門(15)，關(guān)閥門(17)，若此時(shí)再增加的圍壓力增量仍與孔隙水壓增量相等，表明試樣反壓力已飽和，否則繼續(xù)進(jìn)行前一步驟直至試樣反壓力飽和。b、施加圍壓力打開閥門(23)，由反壓力系統(tǒng)保持試樣飽和時(shí)的反壓力值，關(guān)閥門(16)，檢查閥門(17)是否關(guān)閉，然后增加砝碼，將圍壓力升高到試驗(yàn)所需的值，此時(shí)由壓力表(12)測(cè)讀壓力值，并穩(wěn)定在試驗(yàn)所需的壓力值。
本實(shí)用新型將圍壓力、反壓力及反壓力自動(dòng)跟蹤合為一套裝置，構(gòu)造簡單，造價(jià)低，最大圍壓力可達(dá)7.5MPa，最大反壓力為1.5MPa，壓力穩(wěn)定，不受溫度等因素影響，尤其適用于三軸試驗(yàn)過程較長的固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種巖土三軸試驗(yàn)圍壓力、反壓力裝置，由圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、油水交換器和壓力室組成，壓力系統(tǒng)包括壓力源、調(diào)壓裝置、控制電路、油壓輸出管路和閥門，其特征是(1)圍壓力系統(tǒng)由電動(dòng)調(diào)壓筒和砝碼壓力計(jì)組成，二者之間有油壓管路連通，砝碼壓力計(jì)上的上、中、下三只微動(dòng)開關(guān)和繼電器、圍壓力調(diào)壓筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成閉環(huán)控制電路，砝碼壓力計(jì)的活塞上連有一觸桿，觸桿隨活塞升降可分別與微動(dòng)開關(guān)相碰觸，(2)反壓力系統(tǒng)由電動(dòng)調(diào)壓筒和壓力傳感器組成，二者之間有油壓管路連通，(3)圍壓力、反壓力兩系統(tǒng)的油壓輸出管路之間連接一個(gè)壓差傳感器，(4)反壓力及反壓力跟蹤圍壓力控制電路由壓差傳感器、壓力傳感器、放大電路、繼電器、反壓力調(diào)壓筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的圍壓力、反壓力裝置，其特征是砝碼壓力計(jì)的活塞被一電機(jī)通過圓柱直齒輪付帶動(dòng)以一定的速度旋轉(zhuǎn)，微動(dòng)開關(guān)碰觸力小于20克，在砝碼壓力計(jì)上設(shè)置一平衡塊，用以平衡活塞和砝碼框架的自重。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的圍壓力、反壓力裝置，其特征是設(shè)置壓差傳感器電磁閥保護(hù)電路。
專利摘要
一種采用液壓加壓的巖土三軸試驗(yàn)圍壓力、反壓力裝置，其圍壓力系統(tǒng)包括電動(dòng)調(diào)壓筒和砝碼壓力計(jì)，反壓力系統(tǒng)包括電動(dòng)調(diào)壓筒和壓力傳感器，在兩系統(tǒng)的油壓輸出管路之間連接一個(gè)壓差傳感器。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)生壓力高，調(diào)節(jié)幅度大，實(shí)現(xiàn)反壓力自動(dòng)跟蹤圍壓力，施加圍壓力穩(wěn)定，尤其適用于三軸試驗(yàn)過程較長的固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01L1/02GK87206481SQ87206481
公開日1988年5月11日 申請(qǐng)日期1987年4月15日
發(fā)明者黃煒, 張彭壽, 朱愛華, 卞又新, 陳東民 申請(qǐng)人:水利電力部南京自動(dòng)化研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan