CN108106943B - 一种三轴压缩试验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三轴压缩试验设备技术领域,公开了一种三轴压缩试验仪,包括:刚性框架、围压缸上盖、***压缸、内围压缸、围压缸底座、液压缸、上压头、压力传感器以及直线位移传感器;围压缸上盖固定在刚性框架的上部,***压缸顶端匹配固定在围压缸上盖上,内围压缸嵌于与***压缸内,围压缸底座匹配固定在内围压缸底端;液压缸固定在刚性框架的下部,且液压缸的活塞杆顶端固定在围压缸底座的底端;上压头设置在***压缸内,且固定在围压缸上盖底端;压力传感器设置在上压头与围压缸上盖的底端之间;直线位移传感器连接在上压头与围压缸底座之间。本发明提供一种操作简便高效的三轴压缩试验仪。
Description
技术领域
本发明涉及三轴压缩试验设备技术领域,特别涉及一种三轴压缩试验仪。
背景技术
三轴压缩试验是研究岩土材料力学特性的必要手段,通过三轴压缩试验,可以得到不同围压条件下岩土材料的力学强度及变形特征,并计算出内摩擦角与粘聚力,绘制出岩石的强度曲线,还可以计算出弹性模量、泊松比等基本力学参数。而这些基本参数对于实际工程和研究都至关重要。
现有的三轴压缩试验仪种类繁多,存在的共性问题是体积庞大,由相互独立的若干部分组成,在进行试验时需依次进行组装。试验工序复杂,导致进行三轴压缩试验耗时长、效率低。
发明内容
本发明提供一种三轴压缩试验仪,解决现有技术中三轴压缩试验操作复杂,耗时长,效率低的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种三轴压缩试验仪,包括:刚性框架、围压缸上盖、***压缸、内围压缸、围压缸底座、液压缸、上压头、压力传感器以及直线位移传感器;
所述围压缸上盖固定在所述刚性框架的上部,所述***压缸顶端匹配固定在所述围压缸上盖上,所述内围压缸嵌于与所述***压缸内,所述围压缸底座匹配固定在所述内围压缸底端;
所述液压缸固定在所述刚性框架的下部,且所述液压缸的活塞杆顶端固定在所述围压缸底座的底端;
所述上压头设置在所述***压缸内,且固定在所述围压缸上盖底端;
所述压力传感器设置在所述上压头与所述围压缸上盖的底端之间;
所述直线位移传感器连接在所述上压头与所述围压缸底座之间。
进一步地,所述围压缸上盖内设置排气孔,所述围压缸底座内开设围压油孔。
进一步地,所述***压缸的底端设置朝向缸内的第一径向凸缘,所述第一径向凸缘抵靠在所述内围压缸的外侧壁上;
所述内围压缸的顶端设置朝向缸外的第二径向凸缘,所述第二径向凸缘抵靠在所述***压缸的内侧壁上。
进一步地,所述第一径向凸缘的径向端部开设第一密封圈槽,所述第一密封圈槽内设置第一密封圈密封所述第一径向凸缘与所述内围压缸的外侧壁之间的间隙;
所述第二径向凸缘的径向端部开设第二密封圈槽,所述第二密封圈槽内设置第二密封圈密封所述第二径向凸缘与所述***压缸的内侧壁之间的间隙。
进一步地,所述围压缸底座包括:底座主体以及设置在其顶端的轴向凸台;
所述轴向凸台嵌于所述内围压缸的底端口内;
所述底座主体的顶端面抵靠在所述内围压缸的底端面上。
进一步地,所述轴向凸台的侧壁上开设第三密封圈槽,所述第三密封圈槽内设置第三密封圈密封所述轴向凸台与所述内围压缸的内侧壁之间的间隙。
进一步地,所述第三密封圈槽包括:上密封圈槽和下密封圈槽,所述上密封圈槽和所述下密封圈槽内均设置密封圈。
进一步地,所述轴向凸台上设置试样载台,所述试样载台与所述上压头相对设置。
进一步地,所述内围压缸的外壁上设置牵拉手柄。
进一步地,所述***压缸的底端设置手柄限位结构;
所述手柄限位结构包括:限位钩;
所述限位钩设置在所述***压缸的底端;
所述限位钩上开设与所述牵拉手柄匹配的卡槽。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本申请实施例中提供的三轴压缩试验仪,通过嵌套的***压缸和内围压缸以及围压缸上盖和围压缸底座形成可轴向伸缩的围压腔结构,一方面,使得围压腔的结构整体较小,可根据实际需要调整;另一方面,伸缩围压缸结构的设计能够配合液压缸实现轴向施力,操作简便高效。而后,通过压力传感器,上压头能够实时监测并反馈控制轴向施力;直线位移传感器实现试样的轴向应变监测,整体高效便捷。较现有三轴压缩试验仪的体积大大减小,节省空间。同时,从人性化角度出发,内、***压缸组合形成的可伸缩结构,有效避免了试验准备工作中反复拆卸围压室的繁杂工序,提高了试验效率,在一定程度上减轻了做试验的体力劳动。
附图说明
图1为本发明提供的三轴压缩试验仪的结构示意图;
图2为本发明提供的***压缸和内围压缸的配合结构示意图;
图3为本发明提供的试样轴向施力结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种三轴压缩试验仪,解决现有技术中三轴压缩试验操作复杂,耗时长,效率低的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明,应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明,而不是对本申请技术方案的限定,在不冲突的情况下,本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1、图2和图3,一种三轴压缩试验仪,包括:刚性框架23、围压缸上盖3、***压缸4、内围压缸5、围压缸底座18、液压缸19、上压头13、压力传感器12以及直线位移传感器15。
其中,所述围压缸上盖3固定在所述刚性框架23的上部,所述***压缸4的顶端匹配固定在所述围压缸上盖3上,所述内围压缸5嵌于与所述***压缸4内,所述围压缸底座18匹配固定在所述内围压缸5的底端;所述液压缸19固定在所述刚性框架23的下部,且所述液压缸19的活塞杆20的顶端固定在所述围压缸底座18的底端。从而可形成可伸缩的围压缸结构,大大降低围压结构的体积,同时,从人性化角度出发,内、***压缸组合形成的可伸缩结构,有效避免了试验准备工作中反复拆卸围压室的繁杂工序,提高了试验效率,在一定程度上减轻了做试验的体力劳动。
也就是说,通过液压缸19推动所述围压缸底座18向上移动施加轴向力,过程中,所述内围压缸5跟随所述围压缸底座18轴向运动,从而保证围压腔的密封状态稳定。相对于现有的三轴试验结构,施力结构和方式更为简便可靠。
一般来说,在所述围压缸底座18的底端设置一板形结构件,并通过所述板形结构件连接所述液压缸19的活塞杆20。通过板形结构件能够承载轴向力,并均匀分散给所述围压缸底座18,实现稳定,均匀的轴向力,保证轴向施力的可靠性。
具体来说,所述上压头12设置在所述***压缸4内,且固定在所述围压缸上盖3的底端;所述压力传感器12设置在所述上压头13与所述围压缸上盖3的底端之间;从而形成轴向压力检测结构,便于液压缸19的轴向施力。
所述直线位移传感器15连接在所述上压头13与所述围压缸底座18之间。从而用于检测试样14的轴向形变。
其中围压缸上盖3通过紧固螺栓1固定在所述刚性框架23顶部,提升围压缸的结构强度。
一般来说,所述直线位移传感器15可采用线性可变差动变压器LVDT将试样14的轴向形变转换成电信号输出。
通常,所述刚性框架23作为三轴试验的施力基础,具备足够的刚度和结构强度。
为了便于在内围压缸5和***压缸4形成围压环境,所述围压缸上盖3内设置排气孔2,用于排气;所述围压缸底座18内开设围压油孔17,用于外接油泵,便于围压油的注入。
进一步地,所述***压缸4的底端设置朝向缸内的第一径向凸缘,所述第一径向凸缘抵靠在所述内围压缸5的外侧壁上;所述内围压缸5的顶端设置朝向缸外的第二径向凸缘,所述第二径向凸缘抵靠在所述***压缸4的内侧壁上。从而形成轴向限位结构,限制围压腔的高度;同时也一定程度上形成了密封结构。
一般来说,所述第一径向凸缘的径向端部开设第一密封圈槽,所述第一密封圈槽内设置第一密封圈7密封所述第一径向凸缘与所述内围压缸5的外侧壁之间的间隙。
所述第二径向凸缘的径向端部开设第二密封圈槽,所述第二密封圈槽内设置第二密封圈6密封所述第二径向凸缘与所述***压缸4的内侧壁之间的间隙,进一步提升密封效果。
所述围压缸底座18包括:底座主体以及设置在其顶端的轴向凸台;所述轴向凸台嵌于所述内围压缸5的底端口内,封堵所述内围压缸5的底端口。
所述底座主体的顶端面抵靠在所述内围压缸5的底端面上,下密封可伸缩围压缸结构。
进一步地,所述轴向凸台的侧壁上开设第三密封圈槽,所述第三密封圈槽内设置第三密封圈10密封所述轴向凸台与所述内围压缸5的内侧壁之间的间隙。
一般来说,所述第三密封圈槽包括:上密封圈槽和下密封圈槽,所述上密封圈槽和所述下密封圈槽内均设置密封圈;即,形成上下两圈密封圈结构。
进一步地,所述轴向凸台上设置试样载台,所述试样载台与所述上压头13相对设置,试样14设置在两者之间。一般来说,还可通过在试样14外套接橡胶套,并在橡胶套中部设置环向应变计16,用于测量试样14的环向应变。
为了便于围压缸的伸缩调节,所述内围压缸5的外壁上设置牵拉手柄11;从而牵拉或者推动内围压缸5轴向移动。
所述***压缸4的底端设置手柄限位结构;所述手柄限位结构包括:限位钩8;所述限位钩8设置在所述***压缸4的底端;所述限位钩8上开设与所述牵拉手柄11匹配的卡槽。
一般来说,通过转轴9将限位钩8与***压缸4底端枢转连接,从而便于限制牵拉手柄11或释放牵拉手柄11。
当牵拉手柄11到达限位钩8上方时,转动限位钩8从下方顶住牵拉手柄11,并通过卡槽限制其晃动,保证限位可靠性。
下面结合附图详细说明上述结构的工作情况,以以岩土材料常规三轴压缩试验为例说明。
包括如下步骤:
a.将标准圆柱形试样,一般为直径50mm,高度100mm,用橡胶套进行密封,放置于上压头13与围压缸底座18之间,且保证压力传感器12、上压头13、试样14、围压缸底座18的中心轴线重合。
b.在上压头13和围压缸底座18之间安装轴向LVDT,用于测量试样在加载过程中的轴向变形;在密封试样14的橡胶套外侧中间部位安装环向应变计16,用于测量试样14的环向变形。
c.试样安装完成后,旋转转轴9,使限位钩8离开牵拉手柄11,推动牵拉手柄11使内围压缸5缓慢下降。内围压缸5通过高性能的第二密封圈6与***压缸4的内壁接触,下部通过围压缸底座18上的第三密封圈10紧密接触。因内围压缸5在每次试验开始和结束均需要进行升降操作,所述第二密封圈6跟随内围压缸5进行上下移动,须具有良好的耐磨性能,且密封性好,尽量避免液压油进入内、***压缸形成的密闭空间。所述第三密封圈10起到密封作用,避免围压缸内的液压油外溢。***压缸4底部与内围压缸5的外壁通过第一密封圈7接触,所述第一密封圈7起到支撑内围压缸5上下移动的作用,防止内、***压缸直接接触产生摩擦,可以起到一定的保护作用。
d.内围压缸5伸出与围压缸底座18紧密接触,将试样14完全密封于围压缸内,此时,围压缸内部形成密闭空间。同时打开围压油孔17和排气孔2,通过试验仪外部的油泵迅速向围压缸内充油,当排气孔17有液压油溢出,说明围压缸内液压油已充满,及时关闭排气孔17,完成充油操作。
e.通过试验仪外部的伺服控制***继续向围压缸内排液,施加围压至预先设定值。
f.待围压稳定后,同时打开加载缸出油孔21和加载缸进油孔22,通过试验仪外部的伺服控制***向液压加载缸内排液,使活塞柱20逐渐上移,施加轴压。
g.待试样破坏后,伺服控制***通过吸液的方式,先卸载轴压,再卸载围压,围压缸内的压力卸载完成后,打开排气孔2、围压油孔17和试验仪外部的油泵,抽取围压缸内的液压油。
h.待围压缸内的液压油完全排出后,提升手柄11使内围压缸5回缩至***压缸4内部,旋转***压缸4底部的限位装置8,使内围压缸5的手柄11固定于限位装置8沟槽内,起到固定作用。
i.上述步骤完成后,取出试样即可,试验完成。
本发明公开的三轴压缩试验仪,通过内、***压缸两者组合的方式,实现了围压缸的可伸缩功能,且将围压缸上盖和底座分别固定于刚性框架内和液压加载缸上部,较现有三轴压缩试验仪体积大大减小,节省空间。同时,从人性化角度出发,内、***压缸组合形成的可伸缩结构,有效避免了试验准备工作中反复拆卸围压室的繁杂工序,提高了试验效率,在一定程度上减轻了做实验的体力劳动。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本申请实施例中提供的三轴压缩试验仪,通过嵌套的***压缸和内围压缸以及围压缸上盖和围压缸底座形成可轴向伸缩的围压腔结构,一方面,使得围压腔的结构整体较小,可根据实际需要调整;另一方面,伸缩围压缸结构的设计能够配合液压缸实现轴向施力,操作简便高效。而后,通过压力传感器,上压头能够实时监测并反馈控制轴向施力;直线位移传感器实现试样的轴向应变监测,整体高效便捷。较现有三轴压缩试验仪的体积大大减小,节省空间。同时,从人性化角度出发,内、***压缸组合形成的可伸缩结构,有效避免了试验准备工作中反复拆卸围压室的繁杂工序,提高了试验效率,在一定程度上减轻了做试验的体力劳动。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种三轴压缩试验仪,其特征在于,包括:刚性框架、围压缸上盖、***压缸、内围压缸、围压缸底座、液压缸、上压头、压力传感器以及直线位移传感器;
所述围压缸上盖固定在所述刚性框架的上部,所述***压缸的顶端匹配固定在所述围压缸上盖上,所述内围压缸嵌于所述***压缸内,所述围压缸底座匹配固定在所述内围压缸的底端;
所述液压缸固定在所述刚性框架的下部,且所述液压缸的活塞杆顶端固定在所述围压缸底座的底端;
所述上压头设置在所述***压缸内,且固定在所述围压缸上盖底端;
所述压力传感器设置在所述上压头与所述围压缸上盖的底端之间;
所述直线位移传感器连接在所述上压头与所述围压缸底座之间;
通过嵌套的所述***压缸和所述内围压缸以及所述围压缸上盖和所述围压缸底座形成可轴向伸缩的围压腔结构;将试样放置于所述上压头与所述围压缸底座之间;所述试样安装完成后,所述内围压缸伸出与所述围压缸底座紧密接触,将所述试样完全密封于所述围压缸内,此时,所述围压缸内部形成密闭空间;向所述围压缸内排液,施加围压至预先设定值;待围压稳定后,通过试验仪外部的伺服控制***向液压加载缸内排液,使活塞柱逐渐上移,施加轴压;
所述围压缸上盖内设置排气孔,所述围压缸底座内开设围压油孔;
所述***压缸的底端设置朝向缸内的第一径向凸缘,所述第一径向凸缘抵靠在所述内围压缸的外侧壁上;
所述内围压缸的顶端设置朝向缸外的第二径向凸缘,所述第二径向凸缘抵靠在所述***压缸的内侧壁上。
2.如权利要求1所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述第一径向凸缘的径向端部开设第一密封圈槽,所述第一密封圈槽内设置第一密封圈密封所述第一径向凸缘与所述内围压缸的外侧壁之间的间隙;
所述第二径向凸缘的径向端部开设第二密封圈槽,所述第二密封圈槽内设置第二密封圈密封所述第二径向凸缘与所述***压缸的内侧壁之间的间隙。
3.如权利要求1所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述围压缸底座包括:底座主体以及设置在其顶端的轴向凸台;
所述轴向凸台嵌于所述内围压缸的底端口内;
所述底座主体的顶端面抵靠在所述内围压缸的底端面上。
4.如权利要求3所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述轴向凸台的侧壁上开设第三密封圈槽,所述第三密封圈槽内设置第三密封圈密封所述轴向凸台与所述内围压缸的内侧壁之间的间隙。
5.如权利要求4所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述第三密封圈槽包括:上密封圈槽和下密封圈槽,所述上密封圈槽和所述下密封圈槽内均设置密封圈。
6.如权利要求3所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述轴向凸台上设置试样载台,所述试样载台与所述上压头相对设置。
7.如权利要求1~6任一项所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述内围压缸的外壁上设置牵拉手柄。
8.如权利要求7所述的三轴压缩试验仪,其特征在于,所述***压缸的底端设置手柄限位结构;
所述手柄限位结构包括:限位钩;
所述限位钩设置在所述***压缸的底端;
所述限位钩上开设与所述牵拉手柄匹配的卡槽。
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