[發明專利]一種巖石三軸多元同步加載系統

有效

• 申請號: 201210384122.6
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102854057A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 周翠英;劉鎮;陸儀啟;江超;張磊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工程機械中的試驗機領域，特別涉及一種巖石三軸多元同步加載系統，適用于同步對四套壓力室進行軸向、徑向圍壓的加載與精確控制。

技術背景

大型科學儀器設備的研制是工程地質學科領域中特別值得關注的前沿基礎性課題，也是重大工程災害研究的迫切需求。最能直接反應巖石在賦存水溶液環境中變形破壞全過程的基礎性試驗研究，開展的較少，處于探索性階段，主要體現在對現有試驗手段的改進和針對脆性巖石的小尺度試驗設備研制上。由于試驗條件的限制，嚴重制約了軟巖軟化機制等的研究。

現有的巖石三軸加載試驗裝置，主要包括軸向荷載加載系統、圍壓加載系統、伺服控制系統等部分，其主要不足在于：一套伺服器只能控制一個加載裝置對一個壓力室進行控制，無法通過由一套伺服器控制加載時實現對多個壓力室的控制，因而，不能實現巖石變形破壞全過程同步試驗研究。

因此，研制發明一種經濟高效的、能實現對四套壓力室多元同步施加軸向、徑向圍壓的加載系統，具有非常廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是，針對現有巖石三軸試驗中形破壞全過程同步試驗研究的需求，提供一種經濟高效的、能實現對四套壓力室多元同步施加軸向、徑向圍壓的加載系統。

本發明涉及的一種巖石多元同步加載系統由軸向加載系統、圍壓加載系統及控制計算機組成，利用一套伺服器，多元同步對四套壓力室進行軸向荷載、圍壓的加載控制，實現同一時段內多種不同溶液、不同壓力、不同流變階段的三軸試驗。

1)軸向加載系統

軸向加載系統由剛性底座、頂板、頂板支柱、軸壓分加壓缸、軸壓加載軸、總加壓缸、滾珠絲桿、伺服電機、伺服控制器、減速器、齒輪組等部分組成。其中，剛性底座支承頂板支柱，頂板與支柱相連接，總加壓缸位于頂板內與頂板一體，滾珠絲桿一頭與總加壓缸內的活塞相連接，一頭與伺服電機相連。總加壓缸前開有油嘴，通過耐壓管與各軸壓分加壓缸相連。各軸壓分加壓缸前也開有油嘴，通過耐壓管與各自的壓力室相連。

2)圍壓加載系統

圍壓加載系統由剛性支座、滾珠絲桿、伺服電機、伺服控制器、增壓倉、分加壓缸、活塞、精密壓力表、耐壓管、轉換器、減速器、齒輪組、工作液體等部分組成。其中，剛性支座支承滾珠絲桿和增壓倉，滾珠絲桿一端與增壓倉的活塞相連，增壓倉前開有油嘴，通過耐壓管與各分加壓缸相連，各分加壓缸與相對應的巖石三軸壓力室相連。

其中計算機分別與軸向加載系統伺服控制器、圍壓加載系統伺服控制器通訊，通過和分別控制軸向壓力和圍壓加載。

本發明具有以下優點：

1、控制精度高，利用伺服控制器及滾珠絲桿技術控制軸向荷載與徑向圍壓的加載，精度可達±18000步。

2、試驗周期短，利用一套伺服控制器實現對四套壓力倉的軸向、徑向圍壓的多元同步地精確控制，能顯著縮減試驗周期。

3、成本低廉，利用一套伺服控制器實現對四套壓力倉試驗工作的控制。

4、對比試驗實時性強，通過在四套壓力倉中添加不同的工作溶液，實現同種巖樣在不同賦存壞境中的流變實時對比試驗。

5、工作液體相互獨立，互不干擾，互不污染。

6、實現同一試驗環境，即同一時間、同一環境溫度、同一大氣壓強等，排除不必要的干擾。

附圖說明

圖1是本發明的組成結構示意框圖；

其中：

A1-剛性底座A2-壓力室A3-頂板支柱

A4-軸壓加載軸A5-軸壓分壓缸A6-頂板

A7-軸壓總加壓缸A8-圍壓耐壓管道

A9-圍壓分加壓缸A10-圍壓總加壓缸

A11-圍壓伺服控制器A12-軸壓伺服控制器

A13-數據線A14-擴展式導軌

A15-控制計算機

圖2是本發明中的軸向加載系統組成結構示意圖；

其中：

B1-總加壓缸B2-滾珠絲桿B3-加壓活塞

B4-增壓倉B5-精密壓力表B6-伺服電機

B7-減速器B8-齒輪組B9-分加壓缸

B10-分加壓缸活塞及加壓軸B11-軸壓伺服控制器

B12-控制計算機

圖3是本發明中的徑向圍壓加載系統結構示意圖；

其中：

C1-剛性支座C2-伺服控制器C3-滾珠絲杠

C4-齒輪組C5-減速器C6-伺服電機

C7-活塞C8-精密壓力表C9-增壓倉

C10-耐壓管C11-分加壓缸加壓室