本發(fā)明涉及巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng),尤其是涉及自動(dòng)化雙恒溫空間的巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
巖石凍融試驗(yàn)是采用極值方式模擬自然界環(huán)境溫度變化對(duì)巖石性能造成的影響,從而判定巖石是否能夠滿足工程應(yīng)用。
水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程中,巖石凍融試驗(yàn)的步驟可概述如下:將裝有試件的鐵皮容器在-20±2℃下凍結(jié),持續(xù)四個(gè)小時(shí)后,然后取出鐵皮容器,向鐵皮容器內(nèi)注水浸沒試件,水溫保持在20±2℃,持續(xù)融解四個(gè)小時(shí)為一個(gè)凍融循環(huán)。每進(jìn)行一個(gè)循環(huán),檢查試件有無掉塊、裂縫,觀察其破壞過程,循環(huán)次數(shù)不低于20次,嚴(yán)寒地區(qū)不應(yīng)少于25次。試驗(yàn)結(jié)束后通過試件質(zhì)量損失率、單軸抗壓強(qiáng)度、凍融系數(shù)等評(píng)定巖石性能。
現(xiàn)有巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng)存在的不足是:一、冷凍設(shè)備和融化設(shè)備是分開的,冷凍時(shí)需要人工放入冷凍機(jī)內(nèi),冷凍四小時(shí)后,人工從冷凍機(jī)內(nèi)取出放入水融箱內(nèi),反復(fù)循環(huán),費(fèi)工費(fèi)力,且冷凍溫度、融解溫度偏差較大。二、采用自動(dòng)化技術(shù)使用一體式試驗(yàn)機(jī),將冷凍和融化在一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)完成,但是從冷凍狀態(tài)結(jié)束時(shí)到升溫至20℃需要幾十分鐘,從融化狀態(tài)結(jié)束時(shí)再降溫至-20℃需要更長(zhǎng)時(shí)間,甚至幾小時(shí),浪費(fèi)大量時(shí)間和能耗,而且在轉(zhuǎn)換過程中需要水泵來回抽排水,試件雜質(zhì)易堵塞泵路,甚至損壞泵體。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明目的在于提供一種自動(dòng)化雙恒溫空間的巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)降低人力成本,提高試驗(yàn)準(zhǔn)確度,降低實(shí)驗(yàn)過程能耗,防止試驗(yàn)設(shè)備損壞。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述自動(dòng)化雙恒溫空間的巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng),包括冷凍試驗(yàn)控制柜和設(shè)置有側(cè)開門的保溫箱體;所述保溫箱體中部通過下翻對(duì)開式隔溫板將其內(nèi)腔分為上部的冷凍室和下部的融化室,所述側(cè)開門設(shè)置在所述冷凍室側(cè)壁上;位于所述側(cè)開門兩側(cè)的保溫箱體側(cè)壁夾層內(nèi)分別設(shè)置有豎向升降鏈輪副,兩個(gè)所述豎向升降鏈輪副的上鏈輪分別位于冷凍室側(cè)壁夾層的頂部而下鏈輪分別位于融化室側(cè)壁夾層的中部,保溫箱體側(cè)壁上沿兩個(gè)豎向升降鏈輪副的傳動(dòng)鏈分別開設(shè)有與對(duì)應(yīng)側(cè)壁夾層相通的豎向?qū)Р?,兩個(gè)所述傳動(dòng)鏈之間水平連接有承力試件梁,所述承力試件梁的兩端分別穿過對(duì)應(yīng)的所述豎向?qū)Р叟c對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)鏈相鉸接;沿兩個(gè)豎向?qū)Р鄯謩e設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的柔性密封帶。
所述下翻對(duì)開式隔溫板由鉸接在所述保溫箱體相對(duì)兩側(cè)壁上的兩塊水平板銜接組成,位于所述融化室相對(duì)兩側(cè)壁上分別開設(shè)有豎向滑槽,兩塊所述水平板的下板面分別與對(duì)應(yīng)的一個(gè)液壓伸縮桿或電動(dòng)推桿的活塞桿端部相鉸接,兩個(gè)所述液壓伸縮桿或電動(dòng)推桿的另一端通過滑塊分別滑動(dòng)設(shè)置在對(duì)應(yīng)一個(gè)所述豎向滑槽內(nèi)。
所述柔性密封帶由橫截面為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橡膠密封條構(gòu)成,兩個(gè)所述橡膠密封條內(nèi)均沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)軸,兩個(gè)所述轉(zhuǎn)軸的端部均設(shè)置有被動(dòng)齒輪,兩個(gè)所述被動(dòng)齒輪通過一個(gè)主動(dòng)齒輪與所述的電機(jī)傳動(dòng)連接。
所述冷凍室的側(cè)壁上設(shè)置有第一制冷蒸發(fā)器和第一蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)、第二制冷蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器風(fēng)機(jī),所述第一制冷蒸發(fā)器和第一蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)與所述冷凍試驗(yàn)控制柜內(nèi)的第一制冷壓縮機(jī)構(gòu)成第一制冷系統(tǒng),所述第二制冷蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)與冷凍試驗(yàn)控制柜內(nèi)的第二制冷壓縮機(jī)構(gòu)成第二制冷系統(tǒng),冷凍室內(nèi)設(shè)置有冷凍溫度檢測(cè)傳感器;所述融化室側(cè)壁上設(shè)置有第三制冷蒸發(fā)器,所述第三制冷蒸發(fā)器與冷凍試驗(yàn)控制柜內(nèi)的第三制冷壓縮機(jī)構(gòu)成第三制冷系統(tǒng),融化室內(nèi)位于第三制冷蒸發(fā)器下方設(shè)置有由冷凍試驗(yàn)控制柜控制開/關(guān)的電加熱器;融化室側(cè)壁下部開設(shè)有循環(huán)水口和進(jìn)/排水口,所述循環(huán)水口通過管道與設(shè)置在冷凍試驗(yàn)控制柜內(nèi)的循環(huán)水泵進(jìn)水口相連通,所述循環(huán)水泵出水口與融化室內(nèi)腔相連通,融化室內(nèi)設(shè)置有融化溫度檢測(cè)傳感器。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于提高試驗(yàn)準(zhǔn)確度,降低實(shí)驗(yàn)過程能耗,避免了采用一個(gè)空間進(jìn)行凍結(jié)、融化轉(zhuǎn)換的繁瑣復(fù)雜過程,防止了試驗(yàn)設(shè)備損壞。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述保溫箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明所述處于豎向?qū)Р鄞蜷_狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的冷凍試驗(yàn)控制柜原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明,本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。
如圖1-5所示,本發(fā)明所述自動(dòng)化雙恒溫空間的巖石凍融試驗(yàn)系統(tǒng),包括冷凍試驗(yàn)控制柜1和設(shè)置有側(cè)開門2的保溫箱體3;保溫箱體3中部通過下翻對(duì)開式隔溫板將其內(nèi)腔分為上部的冷凍室4和下部的融化室5,側(cè)開門2設(shè)置在冷凍室4側(cè)壁上。如圖2、3所示,下翻對(duì)開式隔溫板由鉸接在保溫箱體1前、后兩側(cè)壁上的兩塊水平板6.1、6.2銜接組成,位于融化室5前、后兩側(cè)壁上分別開設(shè)有豎向滑槽7.1、7.2,兩塊水平板6.1、6.2的下板面分別與對(duì)應(yīng)的一個(gè)液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿端部相鉸接,兩個(gè)液壓伸縮桿8.1、8.2的另一端通過滑塊分別滑動(dòng)設(shè)置在對(duì)應(yīng)的一個(gè)豎向滑槽7.1、7.2內(nèi);位于側(cè)開門2兩側(cè)的保溫箱體3側(cè)壁夾層內(nèi)分別設(shè)置有豎向升降鏈輪副,兩個(gè)豎向升降鏈輪副的上鏈輪9.1分別位于冷凍室4側(cè)壁夾層的頂部而下鏈輪9.2分別位于融化室側(cè)壁夾層的中部,保溫箱體3側(cè)壁上沿兩個(gè)豎向升降鏈輪副的傳動(dòng)鏈10.1、10.2分別開設(shè)有與對(duì)應(yīng)側(cè)壁夾層相通的豎向?qū)Р?1.1、11.2,兩個(gè)傳動(dòng)鏈10.1、10.2之間水平連接有承力試件梁12,承力試件梁12的兩端分別穿過對(duì)應(yīng)的豎向?qū)Р?1.2、11.2與對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)鏈10.1、10.2相鉸接;沿兩個(gè)豎向?qū)Р?1.1、11.2分別設(shè)置有由電機(jī)13.1、13.2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的柔性密封帶。
如圖1-5所示,設(shè)置在兩個(gè)豎向?qū)Р?1.1、11.2內(nèi)的柔性密封帶結(jié)構(gòu)相同,均由橫截面為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2構(gòu)成;兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2內(nèi)均沿長(zhǎng)度方向埋設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)軸,兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的端部均設(shè)置有被動(dòng)齒輪,兩個(gè)被動(dòng)齒輪通過一個(gè)主動(dòng)齒輪與對(duì)應(yīng)的電機(jī)13.1、13.2傳動(dòng)連接。
如圖1-5所示,冷凍室4的側(cè)壁上設(shè)置有第一制冷蒸發(fā)器15.1和第一蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)16.1、第二制冷蒸發(fā)器15.2和第二蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)16.2,第一制冷蒸發(fā)器15.1和第一蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)16.1與冷凍試驗(yàn)控制柜1內(nèi)的第一制冷壓縮機(jī)17.1構(gòu)成第一制冷系統(tǒng),第二制冷蒸發(fā)器15.2和第二蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)16.2與冷凍試驗(yàn)控制柜1內(nèi)的第二制冷壓縮機(jī)17.2構(gòu)成第二制冷系統(tǒng),冷凍室4內(nèi)設(shè)置有冷凍溫度檢測(cè)傳感器;融化室5側(cè)壁上設(shè)置有第三制冷蒸發(fā)器15.3,第三制冷蒸發(fā)器15.3與冷凍試驗(yàn)控制柜1內(nèi)的第三制冷壓縮機(jī)17.3構(gòu)成第三制冷系統(tǒng),融化室5內(nèi)位于第三制冷蒸發(fā)器15.3下方設(shè)置有由冷凍試驗(yàn)控制柜1控制開/關(guān)的電加熱器18;融化室5側(cè)壁下部開設(shè)有循環(huán)水口19和進(jìn)/排水口20,循環(huán)水口19通過管道與設(shè)置在冷凍試驗(yàn)控制柜1內(nèi)的循環(huán)水泵21進(jìn)水口相連通,循環(huán)水泵21出水口與融化室5內(nèi)腔相連通,在融化室5前側(cè)壁上設(shè)置有用于顯示融化室5內(nèi)水位的液位顯示器22,融化室內(nèi)設(shè)置有融化溫度檢測(cè)傳感器。
本發(fā)明采取上、下隔離的雙恒溫空間,上部空間用于巖石試件冷凍試驗(yàn),下部空間用于巖石試件融化試驗(yàn),上、下空間通過填充有巖棉的下翻對(duì)開式隔溫板分開,使兩個(gè)空間相對(duì)獨(dú)立,互不干擾,兩塊水平板6.1、6.2采用不導(dǎo)溫不生銹的有機(jī)玻璃板,中間填充絕熱巖棉。
為了保持融化室5內(nèi)水溫的均勻,在融化室5的兩側(cè)開有循環(huán)水對(duì)流口,通過循環(huán)水泵21抽取融化室5內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán),保持水溫均勻。融化室5底部設(shè)置的進(jìn)/排水口20用于向融化室5內(nèi)注入融化用水,試驗(yàn)結(jié)束后用于向外排泄試驗(yàn)用水。
開設(shè)在側(cè)開門2兩側(cè)保溫箱體3側(cè)壁上的豎向?qū)Р?1.2、11.2是承力試件梁12上、下滑動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)巖石試件的路線,通過兩個(gè)傳動(dòng)鏈10.1、10.2的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)完成承力試件梁12的升、降。
豎向?qū)Р鄣拇蜷_與密封,現(xiàn)以豎向?qū)Р?1.1進(jìn)行描述:如圖2、3所示,豎向?qū)Р?1.1通過由橫截面為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2進(jìn)行密封;兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2內(nèi)均沿長(zhǎng)度方向埋設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)軸,兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的端部均通過被動(dòng)齒輪與由微型電機(jī)13.1驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)齒輪傳動(dòng)連接。如圖4所示,當(dāng)兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2轉(zhuǎn)動(dòng)至長(zhǎng)方形橫截面的長(zhǎng)邊豎起位置時(shí)豎向?qū)Р?1.1打開,為承力試件梁12提供上、下滑動(dòng)通道;當(dāng)兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2轉(zhuǎn)動(dòng)至長(zhǎng)方形橫截面的短邊豎起位置時(shí)將豎向?qū)Р?1.1封閉;此時(shí),由于兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2為柔性材料制成,位于承力試件梁12位置處的兩個(gè)橡膠密封條14.1、14.2變形后緊貼承力試件梁12,將豎向?qū)Р?1.1封閉。
如圖1-6所示,本發(fā)明工作過程簡(jiǎn)述如下:
1、凍融試驗(yàn)開始之前,做好準(zhǔn)備工作,將巖石試樣按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行處理。
2、將浸泡完成的巖石試樣放入試樣盒內(nèi),打開冷凍室4的側(cè)開門2將試樣盒掛在承力試件梁12上,啟動(dòng)凍融試驗(yàn)控制器,開始制冷程序,并通過冷凍室4內(nèi)的三個(gè)冷凍溫度檢測(cè)傳感器采集空間內(nèi)溫度,保持冷凍室4在-20℃±2℃的溫度下,同時(shí)凍融試驗(yàn)控制器自動(dòng)計(jì)時(shí)四小時(shí),冷凍室4內(nèi)三個(gè)冷凍溫度檢測(cè)傳感器溫度偏差大于1℃時(shí),通過蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)16.1、16.2進(jìn)行對(duì)流風(fēng)循環(huán)1分鐘。
3、凍融試驗(yàn)控制器控制液壓伸縮桿8.1、8.2收縮,液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿帶動(dòng)兩塊水平板6.1、6.2向下翻轉(zhuǎn),同時(shí)液壓伸縮桿8.1、8.2沿豎向滑槽7.1、7.2緩慢沿向下滑動(dòng),使兩塊水平板6.1、6.2向下翻轉(zhuǎn)貼合在融化室5側(cè)壁上。
4、凍融試驗(yàn)控制器開啟電機(jī)13.1、13.2驅(qū)動(dòng)柔性密封帶將兩個(gè)豎向?qū)Р?1.1、11.2打開,形成承力試件梁12升降的通道。
5、凍融試驗(yàn)控制器開啟兩個(gè)豎向升降鏈輪副同步轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)承力試件梁12向下運(yùn)行,承力試件梁12帶動(dòng)試件盒一直向下運(yùn)行至浸沒入融化室5的水面以下,兩個(gè)豎向升降鏈輪副停止工作。
6、凍融試驗(yàn)控制器再次開啟電機(jī)13.1、13.2驅(qū)動(dòng)柔性密封帶將兩個(gè)豎向?qū)Р?1.1、11.2封閉,使冷凍室4恢復(fù)密閉空間。
7、凍融試驗(yàn)控制器再次控制液壓伸縮桿8.1、8.2伸長(zhǎng),液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿帶動(dòng)兩塊水平板6.1、6.2向上翻轉(zhuǎn),同時(shí)液壓伸縮桿8.1、8.2沿豎向滑槽7.1、7.2緩慢沿上滑動(dòng),使兩塊水平板6.1、6.2向上翻轉(zhuǎn)閉合,直至密封嚴(yán)實(shí)。
8、凍融試驗(yàn)控制器開始融化程序,并自動(dòng)計(jì)時(shí)直至4小時(shí),在溶解過程中,當(dāng)融化室5內(nèi)的三個(gè)融化溫度傳感器的溫差大于1℃時(shí)啟動(dòng)循環(huán)水泵21工作1分鐘。
上述過程完成一個(gè)完整的凍融循環(huán),凍融試驗(yàn)控制器設(shè)置凍融循環(huán)次數(shù)即可實(shí)現(xiàn)凍融自動(dòng)循環(huán)。
在本發(fā)明的描述中,需要說明的是,術(shù)語“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系是基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。