[實用新型]電動大型應變控制式環剪儀

有效

• 申請號: 201120504708.2
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號: CN202453254U
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 藺曉燕;張常亮;李萍;李同錄;趙紀飛;邢鮮麗;王昌業;李振江;黃麗娟;李萍;王阿丹;張亞國
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本實用新型屬于巖土工程領域，具體涉及一種環剪儀，特別是一種電動大型高速應變控制式環剪儀。

背景技術

環剪儀是巖土工程領域室內實驗儀器的一種，主要用于巖土運動剪切強度參數的測定。對于天然滑坡的滑動面，土體會因多次滑動而產生相當大的變形，在分析滑坡的穩定性時，應采用殘余強度。環剪儀則可以測定巖土的抗剪強度隨位移增長的變化規律，特別適用于量測大位移后土的殘余強度。

環剪實驗是將土樣裝入環形試樣盒中，通過上部加壓板對試樣施加垂直壓力，在此基礎上給土樣施加一定的扭轉剪力使其發生破壞的過程。環剪儀按其結構特征分為兩種類型，即單環式環剪儀和雙環式環剪儀。其中，單環式環剪儀是將土樣裝入整體式單環圓筒形剪切盒中，通過加壓板對土樣施加垂直壓力的同時加以一定的扭轉剪力，使用此種環剪儀進行實驗的土樣其剪切破壞不是發生在土樣內部，而是出現于接近旋轉加壓板處，因此所測得的數據并不能反映土樣的真實力學指標。雙環式環剪儀是將整體式單環剪切盒設計成為上下分離的兩個環形剪切盒，使用此種環剪儀進行實驗的土樣沿上下環形盒接觸的預設面進行剪切，實現了真正意義上的環剪，但此種環剪儀上下剪切盒的間距較難控制，土樣在實驗過程中容易出現擠出現象。

目前，國內有關環剪儀研制與開發的成果尚少，所研制的環剪儀也多為小型環剪儀，此種環剪儀剪切盒尺寸偏小，由此產生的應力集中效應對實驗數據的影響比較大，其加載較小，剪切速度也較低，最大速度一般只能達到1r/min，因此其應用范圍非常有限，不能滿足科研以及工程實際的需要。相形之下，國外發達國家對環剪儀的研制已經進行了較長時間，大型環剪儀和高自動化環剪儀也相繼問世，但國外環剪儀的加壓系統和升降系統均采用液壓裝置，這種液壓裝置的工作性能穩定，可靠性較好，但其在使用過程中存在幾大缺陷，如在實驗過程中易產生滲漏，存在污染；不利于日常維護，且維護費用較高；安裝程序特別繁瑣，需要布設大量的管路，這些管路會給實驗過程帶來諸多不便，需要配備液壓源及相關配件，如液壓泵等。除此之外，國外環剪儀價格昂貴，其推廣應用也是舉步維艱，國內使用的寥寥無幾。

綜合上述情況可知，目前國內有關適合工程需要的大型高速環剪儀的自主研制與開發還屬空白，儀器的缺乏大大限制了相關參數的測定，對地質災害的深入研究造成了極大影響。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在于，提供一種電動大型高速應變控制式環剪儀，該環剪儀在上剪切盒、下剪切盒之間設置間隙控制結構，保證上下剪切盒的密封性，有效防止實驗過程中試樣滲漏；通過齒輪傳動及控制器實現速度控制，其最大剪切速度能達到588cm/s，相比國內1r/min的環剪速度，實現了真正意義上的高速環形剪切；通過齒輪機構傳動來實現剪切破壞，下剪切盒進行的是環形轉動，可實現試樣在連續的位移條件下進行剪切，即實現剪切位移不限。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術結局的方案：

一種電動大型應變控制式環剪儀，其特征在于，包括基礎底座和平臺；所述平臺通過支撐桿安裝在所述基礎底座上方；在平臺和基礎底座之間設置有控制器、剪切小齒輪控制單元和剪切盒間隙控制單元；在平臺上安裝有剪切單元和豎直單元；

所述剪切小齒輪控制單元包括減速箱、剪切小齒輪軸、剪切力矩傳感器、剪切小齒輪軸前端支承軸承、剪切小齒輪軸末端支承軸承、剪切錐齒輪副和剪切伺服電機；其中，剪切伺服電機固定在所述基礎底座上，剪切伺服電機的輸出端連接減速箱，減速箱的輸出端連接剪切錐齒輪副的一個齒輪，剪切錐齒輪副的另一個齒輪通過剪切小齒輪軸末端支承軸承安裝在基礎底座上；剪切錐齒輪副的上方依次安裝剪切小齒輪軸和剪切力矩傳感器；其中，剪切力矩傳感器上端的軸承向上穿過平臺與剪切小齒輪軸前端支承軸承相連接；

所述剪切盒間隙控制單元包括間隙傳感器、間隙控制伺服電機、間隙調整錐齒輪副和中軸，其中，中軸穿過平臺，中軸的下端依次安裝間歇傳感器、間隙調整錐齒輪副；基礎底座上還安裝有間隙控制伺服電機，該間隙控制伺服電機的輸出端和間隙調整錐齒輪副連接；

所述剪切單元包括上剪切盒、下剪切盒、上剪切盒安裝盤、下剪切盒安裝盤、剪切大齒輪、剪切小齒輪；其中，剪切大齒輪位于平臺中央，剪切大齒輪兩側的平臺上對稱安裝兩個固定桿，下剪切盒安裝盤固定在剪切大齒輪上，下剪切盒安裝盤的上方依次同軸安裝下剪切盒、上剪切盒和上剪切盒安裝盤；其中，下剪切盒安裝盤與下剪切盒之間通過螺栓相連接，上剪切盒與上剪切盒安裝盤之間也通過螺栓相連接；剪切小齒輪安裝在剪切小齒輪軸前端支承軸承上，且剪切小齒輪與剪切大齒輪嚙合；