[發(fā)明專利]一種剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410055022.8
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103822831A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張希巍;馮夏庭;郝慶澤
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué);長春市朝陽試驗儀器有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硬巖真三軸試驗機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可作為硬巖真三軸試驗機基本加載框架結(jié)構(gòu)的剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

對于現(xiàn)階段深部巖體工程領(lǐng)域，如采礦和水電硐室工程，受開挖影響，巷道近場的應(yīng)力狀態(tài)均在真三軸應(yīng)力空間內(nèi)變化，開展硬巖真三軸條件下的室內(nèi)力學(xué)試驗可以較好地研究實際深部巖體應(yīng)力場下的力學(xué)行為。

現(xiàn)有的硬巖真三軸試驗機所采用的各種加載框架結(jié)構(gòu)，在試驗過程中均無法實現(xiàn)巖石試樣幾何中心的不變，原因為巖石試樣在加載過程中會出現(xiàn)壓縮變形，進(jìn)而使巖石試樣的幾何中心產(chǎn)生偏移，而現(xiàn)有的硬巖真三軸試驗機均無法有效的將偏移消除，以至于如何實現(xiàn)巖石試樣的幾何中心不變的難題至今仍未得到解決。

按照常規(guī)設(shè)計思路，相關(guān)技術(shù)人員可能會選擇在同一個加載軸系上采用兩個作動器單元進(jìn)行加載，首先這種設(shè)計思路會極大的增加硬巖真三軸試驗機的制造成本，其次為了保證兩個作動器的加載力保持一致，就需要對兩個作動器的控制器單元進(jìn)行精密設(shè)計，但是現(xiàn)在還沒有現(xiàn)成的解決辦法，來解決作動器的控制問題，所以這種設(shè)計思路也是很難實現(xiàn)，即使實現(xiàn)，所花費的成本也會非常之高。

再有，現(xiàn)階段的硬巖真三軸試驗機所采用的各種加載框架結(jié)構(gòu)，其加載框架結(jié)構(gòu)普遍采用低剛度的拉桿，或者采用立柱式框架結(jié)構(gòu)，但是傳統(tǒng)的加載框架結(jié)構(gòu)在面對幾百噸的加載力時，根本無法滿足硬巖峰后破壞的需要，硬巖峰后破壞會直接導(dǎo)致試驗的失敗及試驗結(jié)果的嚴(yán)重失真，也無法為實際深部巖體應(yīng)力研究提供理論依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)，采用該加載框架結(jié)構(gòu)的硬巖真三軸試驗機，在不增加試驗機制造成本的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石試樣幾何中心的不變，摒棄了傳統(tǒng)的加載框架結(jié)構(gòu)采用的低剛度拉桿和立柱式框架結(jié)構(gòu)，采用整體鑄造工藝制造，完全滿足了硬巖峰后破壞的需要。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)，包括框架單元和氣動液壓平衡單元，所述框架單元包括豎直框架、水平框架、上支撐平臺、下支撐平臺及平臺間支撐立柱，所述氣動液壓平衡單元包括支撐油缸、蓄能器、氮氣瓶及電子調(diào)壓閥；

所述水平框架設(shè)置在上支撐平臺上方，水平框架與上支撐平臺之間為滑動配合；所述上支撐平臺通過平臺間支撐立柱固定在下支撐平臺上方，下支撐平臺固裝在地面上；

所述豎直框架設(shè)置在下支撐平臺上方，豎直框架通過支撐油缸與下支撐平臺相連接，支撐油缸固定在下支撐平臺上，支撐油缸的活塞與豎直框架相連接；所述支撐油缸與蓄能器出氣口相連通，蓄能器進(jìn)氣口通過電子調(diào)壓閥與氮氣瓶出氣口相連通，電子調(diào)壓閥信號控制端與主控計算機相連。

所述豎直框架和水平框架均采用整體鑄造工藝制造。

在所述水平框架下部設(shè)置有滑塊，在上支撐平臺上表面設(shè)置有導(dǎo)軌，水平框架通過滑塊和導(dǎo)軌與上支撐平臺相配合。

在所述滑塊內(nèi)設(shè)置有鋼珠，滑塊通過鋼珠與導(dǎo)軌滾動摩擦配合。

在所述下支撐平臺上設(shè)置有豎向滑軌，豎直框架與豎向滑軌之間滑動接觸配合。

在所述支撐油缸的活塞與豎直框架之間設(shè)置有鋼珠，支撐油缸與豎直框架之間通過鋼珠點接觸配合。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了本發(fā)明的剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)的硬巖真三軸試驗機，通過豎直框架和水平框架的隨動方式，即隨動對中的方法，實現(xiàn)了巖石試樣幾何中心不變的目的，而采用傳統(tǒng)加載框架結(jié)構(gòu)的硬巖真三軸試驗機是無法實現(xiàn)的；在實現(xiàn)巖石試樣幾何中心不變的同時，只需一個作動器及控制器單元，并不會增加硬巖真三軸試驗機制造成本，相對而言反倒降低了制造成本；本發(fā)明的豎直框架和水平框架摒棄了傳統(tǒng)加載框架結(jié)構(gòu)采用的低剛度拉桿和立柱式框架結(jié)構(gòu)，均采用了整體鑄造工藝制造，同時滿足高剛度和大載荷輸出的要求，特別是豎直框架的剛度超過5GN/m，使硬巖真三軸試驗機完全能夠滿足硬巖峰后破壞的需要，進(jìn)而為硬巖峰后試驗數(shù)據(jù)的獲得提供了保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種剛性隨動加載框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明安裝支撐油缸后的框架單元立體圖；

圖4為巖石試樣在水平方向的變形量與水平框架隨動位移的關(guān)系曲線圖；

圖5為巖石試樣在豎直方向的變形量及豎直框架隨動位移的關(guān)系曲線圖；