一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及環(huán)剪儀，具體涉及一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，包括機架，機架上部設有第一支撐架，機架下部設有第二支撐架，第二支撐架中間處設有中軸，環(huán)剪試驗機還包括測試機構、旋轉機構、加壓機構和剪切面控制機構；本實用新型所提供的技術方案能夠實現(xiàn)在大剪切位移條件下對土體相關力學和微觀結構的觀測，在試驗過程中還可以對剪切面的位置進行調整，并對土體所受應力和環(huán)剪扭矩加以控制，使得整個試驗能夠更接近于實際，此外，借助各高精度測量系統(tǒng)可以得到更加精確的試驗結果。
【專利說明】
一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機
技術領域
[0001]本實用新型涉及環(huán)剪儀，具體涉及一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機。
【背景技術】
[0002]土是由母巖在長期風化作用下形成的松散物集合體，土體的宏觀工程性質雖然不像巖體那樣主要由微觀結構狀態(tài)和變化規(guī)律控制，但是土體的微觀結構狀態(tài)和變化規(guī)律對宏觀工程性質也有一定的影響。具體表現(xiàn)為:土體微觀結構的多樣性和易變性決定了土體工程性質在宏觀上的非連續(xù)性、不均勻性、各向異性和非確定性。土體細微結構的變化規(guī)律及其對宏觀力學行為影響的研究是近年來巖土學術界和工程界的前沿課題，也是未來巖土工程研究的方向。
[0003]有文獻指出:特殊土的本構關系，應考慮其獨特的微結構。觀測巖土材料中結構損傷的試驗方法是建立結構性模型的基礎，這已成為目前巖土力學研究的熱門課題之一。從最初的壓汞法、顯微鏡切片法和X射線衍射法、掃描電鏡法，逐步發(fā)展到現(xiàn)階段的超聲波法、計算機斷面成相技術(CT技術)，這些試驗方法從定性到定量，從間接到直接，從靜態(tài)量測到動態(tài)即時量測，使得觀測巖土材料內部缺陷的技術逐漸完善。
[0004]作為一種主要用于研究土在大剪切位移條件下力學特性的土工試驗設備一一大型高速環(huán)剪試驗機具有其獨特的設計構造和試驗功能。不僅能夠模擬現(xiàn)場的地質條件進行環(huán)剪試驗，再現(xiàn)滑坡的滑動過程，而且可以測定相應的力學參數(shù)，用于研究滑坡、泥石流的形成機制。
[0005]雖然在宏觀層面上可以觀測到環(huán)剪試驗機對作用對象進行環(huán)向剪切的整個過程，但是在微觀層面上我們并不能了解作用對象在整個受力過程中內部結構的變化情況。因此開發(fā)一種可以動態(tài)觀測剪切過程中土體內部結構的變化情況并且為空間規(guī)模預測提供更實際、更可靠參數(shù)的多功能環(huán)剪實驗裝置就具有十分重要的現(xiàn)實意義。
【實用新型內容】
[0006](一)解決的技術問題
[0007]針對現(xiàn)有技術所存在的上述缺點，本實用新型提供了一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，能夠有效克服現(xiàn)有技術所存在的無法改變剪切面的位置、不能動態(tài)觀測剪切過程中土體內部結構的變化情況、采用的測量手段過于陳舊造成測量結果不夠準確等缺陷。
[0008](二)技術方案
[0009]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型通過以下技術方案予以實現(xiàn):
[0010]—種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，包括機架，所述機架上部設有第一支撐架，所述機架下部設有第二支撐架，所述第二支撐架中間處設有中軸，所述中軸下方兩側對稱設有測試機構，所述測試機構包括上剪切盒和下剪切盒、以及設于所述上剪切盒和下剪切盒靠近中軸一側的CT信號發(fā)射裝置、設于另一側的CT信號接收裝置、設于上剪切盒頂部的摩擦力傳感器、設于上剪切盒側壁和下剪切盒側壁之間的水壓傳感器，所述環(huán)剪試驗機還包括旋轉機構，所述旋轉機構包括設于環(huán)剪試驗機底部的剪切伺服電機、變頻器和減速器、以及設于所述減速器頂部的傳動軸、設于所述傳動軸上的力矩傳感器、設于所述傳動軸頂部的法蘭，所述環(huán)剪試驗機還包括加壓機構和剪切面控制機構。
[0011]優(yōu)選地，所述加壓機構包括活塞、與所述活塞相連的負載加載臂、設于所述負載加載臂上的垂直負載傳感器、與所述負載加載臂相連的承壓板、以及與所述承壓板通過連桿相連的加壓板。
[0012]優(yōu)選地，所述剪切面控制機構包括置物板、設于所述置物板上方的剪切面控制伺服電機、設于所述剪切面控制伺服電機上方的位移傳感器和負載傳感器、以及設于所述下剪切盒內的升降板。
[0013]優(yōu)選地，所述上剪切盒和下剪切盒均采用高耐磨、高硬度的無機非金屬材料制成，并且X射線可以穿透上剪切盒和下剪切盒。
[0014]優(yōu)選地，所述上剪切盒側壁和下剪切盒側壁之間還設有透水網(wǎng)和集水裝置。
[0015]優(yōu)選地，所述剪切伺服電機、變頻器和減速器通過聯(lián)軸器相連。
[0016](三)有益效果
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所提供的一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機實現(xiàn)了在大剪切位移條件下對土體相關力學和微觀結構的觀測，在試驗過程中還可以對剪切面的位置進行調整，并對土體所受應力和環(huán)剪扭矩加以控制，使得整個試驗能夠更接近于實際，此外，借助各高精度測量系統(tǒng)可以得到更加精確的試驗結果。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0020]圖中:
[0021]1、機架;2、第一支撐架;3、第二支撐架;4、中軸;5、上剪切盒;6、下剪切盒;7、加壓板;8、升降板;9、CT信號發(fā)射裝置;10、CT信號接收裝置;11、摩擦力傳感器;12、水壓傳感器；13、活塞；14、負載加載臂；15、垂直負載傳感器;16、承壓板;17、連桿；18、剪切伺服電機;19、變頻器;20、減速器;21、傳動軸；22、力矩傳感器;23、法蘭；24、置物板;25、剪切面控制伺服電機;26、位移傳感器;27、負載傳感器。
【具體實施方式】
[0022]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023]一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，如圖1所示，包括機架I，機架I上部設有第一支撐架2，機架I下部設有第二支撐架3，第二支撐架3中間處設有中軸4，中軸4下方兩側對稱設有測試機構;測試機構包括上剪切盒5和下剪切盒6、以及設于上剪切盒5和下剪切盒
6靠近中軸4 一側的CT信號發(fā)射裝置9、設于另一側的CT信號接收裝置10、設于上剪切盒5頂部的摩擦力傳感器11、設于上剪切盒5側壁和下剪切盒6側壁之間的水壓傳感器12;旋轉機構包括設于環(huán)剪試驗機底部通過聯(lián)軸器相連的剪切伺服電機18、變頻器19和減速器20、以及設于減速器20頂部的傳動軸21、設于傳動軸21上的力矩傳感器22、設于傳動軸21頂部的法蘭23;加壓機構包括活塞13、與活塞13相連的負載加載臂14、設于負載加載臂14上的垂直負載傳感器15、與負載加載臂14相連的承壓板16、以及與承壓板16通過連桿17相連的加壓板7;剪切面控制機構包括置物板24、設于置物板24上方的剪切面控制伺服電機25、設于剪切面控制伺服電機25上方的位移傳感器26和負載傳感器27、以及設于下剪切盒6內的升降板8。上剪切盒5和下剪切盒6均采用高耐磨、高硬度的無機非金屬材料制成，并且X射線可以穿透上剪切盒5和下剪切盒6;上剪切盒5側壁和下剪切盒6側壁之間還設有透水網(wǎng)和集水裝置。
[0024]使用前，將需要進行試驗的土體放入上剪切盒5和下剪切盒6內部。使用時，如果需要向土體施加壓力，可以通過加壓機構實現(xiàn)，先對活塞13施加壓力，壓力通過負載加載臂14傳遞到承壓板16上，連桿17可以將壓力繼續(xù)向加壓板7傳遞，加壓板7會向土體施加壓力，施加壓力的大小可以通過對活塞13施加的壓力進行調整，垂直負載傳感器15能夠測出加壓板7給予土體的壓力Fi。
[0025]如果需要調整剪切面位置，可以通過剪切面控制機構實現(xiàn)，置物板24上方的剪切面控制伺服電機25可以調節(jié)升降板8的高低，從而實現(xiàn)對剪切面位置的調節(jié)，位移傳感器26可以測出剪切面位移大小，負載傳感器27可以測出升降板8給予土體的壓力^，由此可以得出土體在豎直方向上所受的壓力F = Fi_F2。
[0026]如果需要調整環(huán)剪扭矩，可以通過旋轉機構實現(xiàn)，剪切伺服電機18可以將力傳遞給傳動軸21，再通過傳動軸21頂部的法蘭23可以將力傳遞給下剪切盒6，從而實現(xiàn)對土體產(chǎn)生扭矩，變頻器19和減速器20綜合作用，可以實現(xiàn)對扭轉速度的控制，力矩傳感器22可以測出對土體所施加的扭矩大小。
[0027]測試機構可以測出土體的各種參數(shù)，值得注意的是，上剪切盒5時固定不動的，旋轉機構通過對下剪切盒6進行轉動來實現(xiàn)對土體施加扭矩。摩擦力傳感器11可以測出施加扭矩時剪切面處的摩擦阻力，水壓傳感器12可以測量上剪切盒5側壁和下剪切盒6側壁之間集水裝置處的水壓。CT信號發(fā)射裝置9可以發(fā)射X射線，X射線穿過試驗土體被CT信號接收裝置10接收，并轉化為電信號傳遞到主控系統(tǒng)中，即可提供試驗土體中的內部物質組成以及微觀結構等信息，便于對樣品的分析研究，建立土體材料的數(shù)值模型。
[0028]本實用新型所提供的一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機能夠實現(xiàn)在大剪切位移條件下對土體相關力學和微觀結構的觀測，在試驗過程中還可以對剪切面的位置進行調整，并對土體所受應力和環(huán)剪扭矩加以控制，使得整個試驗能夠更接近于實際，此外，借助各高精度測量系統(tǒng)可以得到更加精確的試驗結果。
[0029]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不會使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:包括機架(I)，所述機架(I)上部設有第一支撐架(2)，所述機架(I)下部設有第二支撐架(3)，所述第二支撐架(3)中間處設有中軸(4)，所述中軸(4)下方兩側對稱設有測試機構，所述測試機構包括上剪切盒(5)和下剪切盒(6)、以及設于所述上剪切盒(5)和下剪切盒(6)靠近中軸(4) 一側的CT信號發(fā)射裝置(9)、設于另一側的CT信號接收裝置(10)、設于上剪切盒(5)頂部的摩擦力傳感器(11)、設于上剪切盒(5)側壁和下剪切盒(6)側壁之間的水壓傳感器(12)，所述環(huán)剪試驗機還包括旋轉機構，所述旋轉機構包括設于環(huán)剪試驗機底部的剪切伺服電機(18)、變頻器(19)和減速器(20)、以及設于所述減速器(20)頂部的傳動軸(21)、設于所述傳動軸(21)上的力矩傳感器(22)、設于所述傳動軸(21)頂部的法蘭(23)，所述環(huán)剪試驗機還包括加壓機構和剪切面控制機構。2.根據(jù)權利要求1所述的改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:所述加壓機構包括活塞(13)、與所述活塞(13)相連的負載加載臂(14)、設于所述負載加載臂(14)上的垂直負載傳感器(15)、與所述負載加載臂(14)相連的承壓板(16)、以及與所述承壓板(16)通過連桿(17)相連的加壓板(7)。3.根據(jù)權利要求1所述的改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:所述剪切面控制機構包括置物板(24)、設于所述置物板(24)上方的剪切面控制伺服電機(25)、設于所述剪切面控制伺服電機(25)上方的位移傳感器(26)和負載傳感器(27)、以及設于所述下剪切盒(6)內的升降板(8)。4.根據(jù)權利要求1所述的改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:所述上剪切盒(5)和下剪切盒(6)均采用高耐磨、高硬度的無機非金屬材料制成，并且X射線可以穿透上剪切盒(5)和下剪切盒(6)。5.根據(jù)權利要求1所述的改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:所述上剪切盒(5)側壁和下剪切盒(6)側壁之間還設有透水網(wǎng)和集水裝置。6.根據(jù)權利要求1所述的改進的大型多功能高速環(huán)剪試驗機，其特征在于:所述剪切伺服電機(18)、變頻器(19)和減速器(20)通過聯(lián)軸器相連。
【文檔編號】G01N3/02GK205538501SQ201620354884
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】任永佳, 楊志雙, 付曉彤, 付露露, 楊志, 呂晉志
【申請人】吉林大學