專利名稱：一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，尤其適用于巖石在不同軸 向壓力下的蠕變?cè)囼?yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果可廣泛應(yīng)用于巖石的蠕變破壞研究中，這對(duì)巖體工程 的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
背景技術(shù)：
巖石蠕變一般指巖石在恒定應(yīng)力條件下變形隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的力學(xué)現(xiàn)象。巖石的 蠕變研究對(duì)于合理評(píng)價(jià)巖體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即巖石力學(xué)行為的時(shí)間效應(yīng)是必不可少的。 蠕變現(xiàn)象廣泛存在于各類巖石工程中，大量的工程失穩(wěn)都與巖石的蠕變特征密切相關(guān)。 在軟巖巷道中的蠕變現(xiàn)象更為明顯，巷道周邊圍巖在支架的維護(hù)下巖石的應(yīng)力并不明顯 增大，但其變形隨著時(shí)間推移增大。巖石蠕變特征的研究對(duì)巖體工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析 具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
因此，蠕變現(xiàn)象已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，從現(xiàn)場(chǎng)的蠕變位移監(jiān)測(cè)、室內(nèi)蠕變實(shí)驗(yàn)到 進(jìn)行考慮蠕變的穩(wěn)定性數(shù)值模擬，人們從各個(gè)方面來(lái)揭示蠕變機(jī)理?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)具有費(fèi)用 大、數(shù)據(jù)處理不方便、受外界干擾大等缺點(diǎn)，數(shù)值模擬雖然簡(jiǎn)單，但需要建立蠕變模型， 必須進(jìn)行室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)獲得相應(yīng)的蠕變模型及相應(yīng)的參數(shù)。因此，蠕變?cè)囼?yàn)成為研究 巖土蠕變特性的必需的手段。
蠕變?cè)囼?yàn)有分別加載和分級(jí)加載兩種，分別加載就是對(duì)于同一種巖樣的若干試樣， 在完全相同的儀器和完全相同的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行不同應(yīng)力水平下的蠕變?cè)嚺?，從而?br> 到不同應(yīng)力應(yīng)變水平下的蠕變曲線；從理論上說(shuō)，分別加載能較好符合蠕變?cè)囼?yàn)所需的 條件,且能直接得到蠕變?nèi)^(guò)程曲線，但要做到嚴(yán)格的分別加載需要保證在完全相同的 實(shí)驗(yàn)條件下和多套完全相同的儀器同時(shí)來(lái)做長(zhǎng)時(shí)間的蠕變實(shí)驗(yàn)，這是很難滿足的，因此 分別加載只適用于有多臺(tái)相同試驗(yàn)儀器且試驗(yàn)條件可以保證相同的蠕變?cè)囼?yàn)。分級(jí)加載 就是在同一試樣上逐級(jí)加上不同的應(yīng)力，即在某一級(jí)應(yīng)力水平下讓巖樣蠕變給定的時(shí) 間，然后將應(yīng)力水平提高到下一級(jí)的水平，直到預(yù)定的應(yīng)力水平。可見(jiàn)，巖石蠕變?cè)囼?yàn)過(guò)程中，如何使巖樣始終處于恒定的預(yù)定應(yīng)力水平下是關(guān)鍵。 目前國(guó)內(nèi)外主要通過(guò)以下三種方法提供恒載
(1) 利用電液伺服控制系統(tǒng)提供恒載該方法壓力的輸出有波動(dòng)、難以保證真正
的恒載，能耗大、試驗(yàn)成本高， 一些周期長(zhǎng)的試驗(yàn)很難完成。
(2) 利用杠桿原理提供恒載該方法受外界影響較大，在試驗(yàn)過(guò)程中，杠桿容易 出現(xiàn)傾斜等現(xiàn)象，此時(shí)擴(kuò)力比就會(huì)發(fā)生變化，不能保證恒載。
(3) 利用砝碼直接堆砌提供恒載該方法不能增壓，笨重，搡作不便，效率不高。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是在于提供了 一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，該裝置結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝緊湊、可擴(kuò)充性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)，性能穩(wěn)定、不需要?jiǎng)恿υ?，可?shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期 恒力加載，搡作方便。具體地說(shuō)，其一是不管外部條件如何變化，如溫度變化、振動(dòng)影 響等，該裝置始終能輸出恒定的液壓；其二是該裝置是純機(jī)械式的，不需要任何動(dòng)力源， 便于移動(dòng)；其三是該裝置采用了增壓器，能提供連續(xù)的、不同級(jí)別的恒定液壓。
該試驗(yàn)裝置主要包括螺桿、平衡塊、支座、軸承支架、墊板、圓柱塊、增壓器、支 架、支撐桿、滑塊、吊架、移動(dòng)螺桿、滾軸、連接螺桿、圓盤、吊籃等主要部件，其連 接關(guān)系如下圓柱塊、滑塊、滾軸、增壓器是本試驗(yàn)裝置的核心部件。墊板通過(guò)螺栓固 定在支架上，支座和增壓器通過(guò)螺栓固定在墊板上，軸承支架通過(guò)螺栓固定在支座上， 支撐桿通過(guò)軸與軸承支架相連，螺桿連在支撐桿一端，平衡塊套在螺桿上，圓柱塊通過(guò) 螺栓固定在支撐桿上并與增壓器接觸，滑塊通過(guò)壓塊卡在支撐桿上，壓塊通過(guò)沉頭螺釘 與支撐桿相連，移動(dòng)螺桿前端通過(guò)螺母座與支撐桿相連，移動(dòng)螺桿后端通過(guò)圓壓板和沉 頭螺釘與滑塊相連，滾軸可在滑塊上面滾動(dòng)，吊架通過(guò)滾動(dòng)軸承與滾軸相連，圓盤通過(guò) 連接螺桿與吊架相連，吊籃與圓盤相連，水平儀置于支撐桿上方。
圓柱塊、滑塊是該裝置自動(dòng)維持恒定壓力的兩個(gè)關(guān)鍵部件，只要這兩個(gè)部件的幾何 尺寸滿足一定的幾何關(guān)系，即使支撐桿發(fā)生一定程度的傾斜，該裝置輸出的壓力仍然恒 定。如果支撐桿發(fā)生一定程度的傾斜，圓柱塊與增壓器上活塞的接觸點(diǎn)就會(huì)發(fā)生改變， 滾軸也會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，與滑塊上新的點(diǎn)接觸，從而使得兩個(gè)新的接觸點(diǎn)與軸承支架的水平 距離發(fā)生改變，只要保證這兩個(gè)距離的比值恒定，就可以實(shí)現(xiàn)恒定加載。本裝置就是利 用圓柱塊、滑塊兩個(gè)關(guān)鍵部件來(lái)保證這兩個(gè)比值恒定。
該裝置與現(xiàn)有的提供恒定壓力的設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) ，
(1) 本裝置可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒定加載，輸出的液壓不會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，保證了試驗(yàn) 結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確度；
(2) 可以方便快捷地輸出不同的恒定液壓，便于操作，可擴(kuò)充性強(qiáng)、應(yīng)用性
強(qiáng)；
(3) 該裝置是純機(jī)械式的，不需要任何動(dòng)力源，便于移動(dòng)。


圖1為一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置示意圖
圖2為支座和軸承支架配合示意圖
圖3為滑塊結(jié)構(gòu)意圖
圖4為增壓器結(jié)構(gòu)示意圖
圖5A、 5B為支撐桿發(fā)生傾斜后示意圖
圖6A、 6B為圓柱塊結(jié)構(gòu)示意圖
圖7A、 7B為滑塊結(jié)構(gòu)示意圖
圖8為滾軸結(jié)構(gòu)示意圖
其中1-螺桿；2-平衡塊；3-六角螺母；4-六角螺母；5-支座；6-軸承支架； 7-墊板；8-六角螺栓；9-圓柱塊；10-六角螺栓；11-增壓器；12-六角螺栓；13 -六角螺栓；14-支架；15-水平儀；16-支撐桿；17-滑塊；18-吊架；19-沉頭螺 釘；20-壓塊；21-沉頭螺釘；22-圓壓板；23-螺母座；24-移動(dòng)螺桿；25-圓柱頭 螺釘；26-六角螺母；27-連接螺桿；28-圓盤；29-六角螺母；30-吊籃；31 -軸 承蓋I; 32-滾動(dòng)軸承；33-鉗端緊定螺釘；34-軸；35 -軸承蓋II; 36-滾動(dòng)軸承； 37-滾軸；38-沉頭螺釘；39-上活塞；40-上油缸；41-擋圈；42-O型密封圈；43 -螺紋接頭；44-墊圈；45-螺栓；46-墊圈；47-下油fe; 48-O型密封圈；49-擋 圈；50-O型密封圈；51-下活塞；52-墊圈；53-螺紋接頭；54-擋圈；5^-0型密 封圈；56-螺紋接頭；57-螺紋接頭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
如附圖l所示，該試驗(yàn)裝置主要包括螺桿l、平衡塊2、支座5、軸承支架6、墊板 7、圓柱塊9、增壓器ll、六角螺母13、支架14、支撐桿16、滑塊17、吊架18、移動(dòng)
螺桿24、連接螺桿27、圓盤28、吊籃30、軸承蓋I31、軸承蓋I135、滾動(dòng)軸承36、滾 軸37等部件，其中圓柱塊9、滑塊17、滾軸37、增壓器ll是本試驗(yàn)裝置的核心部件。 根據(jù)圖l可知，墊板7通過(guò)六角螺母13固定在支架14上，支座5通過(guò)六角螺栓8固定 在墊板7上，軸承支架6通過(guò)六角螺栓3固定在支座5上，支撐桿16通過(guò)軸34與軸承 支架6相連，螺桿1連在支撐桿16—端，平衡塊2套在螺桿1上，圓柱塊9通過(guò)螺栓 固定在支撐桿16上并與增壓器11接觸，滑塊17通過(guò)壓塊20卡在支撐桿16上，壓塊 20通過(guò)沉頭螺釘21與支撐桿16相連，移動(dòng)螺桿24前端通過(guò)螺母座23與支撐桿16相 連，移動(dòng)螺桿24后端通過(guò)圓壓板22和沉頭螺釘38與滑塊17相連，滾軸37可在滑塊 17上面滾動(dòng)，吊架18通過(guò)滾動(dòng)軸承36與滾軸37相連，圓盤28通過(guò)連接螺桿27與吊 架18相連，吊籃30與圓盤28相連，水平儀15置于支撐桿16上方，增壓器ll通過(guò)六 角螺栓12固定在墊板7上。支架14承擔(dān)著整個(gè)裝置及其試驗(yàn)過(guò)程中所加砝碼和用于微 調(diào)的細(xì)沙的自重；平衡塊2用于平衡自身及螺桿1、六角螺母4、圓柱塊9、六角螺栓 10、水平儀15、支撐桿16、滑塊17、吊架18、沉頭螺釘19、壓塊20、沉頭螺釘21、 圓壓板22、螺母座23、移動(dòng)螺桿24、圓柱頭螺釘25、六角螺母26、滾軸37、連接螺 桿27、圓盤28、六角螺母29、吊籃30等的自重；滾動(dòng)軸承32用于連接支撐桿16與軸 承支架5;用六角螺栓10將圓柱塊9固定于支撐桿16下部；水平儀15置于支撐桿16 上部；壓塊20卡住滑塊17使其只能在沿支撐桿16方向移動(dòng)，不能前后、上下活動(dòng)， 通過(guò)移動(dòng)螺桿24調(diào)節(jié)滑塊17在支撐桿16上面的位置；連接螺桿27通過(guò)六角螺母26 與吊架18相連；圓盤28、吊籃30通過(guò)六角螺母29與連接螺桿27相連，圓盤28上面 用于放置砝碼，吊籃30用于裝細(xì)沙來(lái)微調(diào)重量。
如附圖2所示，軸承蓋I 31位于軸21外面，起保護(hù)作用；鉗端緊定螺釘33將軸 21固定于軸承支架6上面；軸承支架6通過(guò)滾動(dòng)軸承32與軸34相連。
如附圖3所示，軸承蓋II35位于滾動(dòng)軸承36外面，起保護(hù)作用；滑塊17通過(guò)壓塊 20卡在支撐桿16上；壓塊20通過(guò)沉頭螺釘21與支撐桿16相連；吊架18通過(guò)滾動(dòng)軸 承36與滾軸37相連；滾軸37可以在滑塊17上自由滾動(dòng)。
如附圖4所示，增壓器11主要包括上活塞39、上油缸40、擋圈41、 44、 49、 54、 0型密封圈42、 48、 50、 55、螺紋接頭43、 53、 56、 57、螺栓45、墊圈46、 52、下油 缸47、下活塞51。上活塞39位于增壓器11的最上端與圓柱塊9的圓弧面想接觸；螺 紋接頭43的接口位于上活塞39下部，用于排凈空氣；螺紋接頭53的接口位于上油缸 40下部偏上，用于向上油缸40內(nèi)打油，防止上活塞39往下移動(dòng)位移過(guò)大，碰到擋圈 41和0型密封圈42;螺紋接頭56的接口位于下活塞51下部，用于排凈空氣；螺紋接 頭52的接口位于下油缸47下部偏上，用于向下油缸47內(nèi)打油，防止下活塞51往下移 動(dòng)位移過(guò)大，碰到擋圈54和0型密封圈55;螺紋接頭57接口位于增壓器11最底部， 直接與下油缸47相連，用于輸出穩(wěn)定的液壓。
結(jié)合圖5A、圖5B,圖6A、 6B,圖7A、 7B,圖8，對(duì)本裝置自動(dòng)提供恒定液壓的 原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下
其中支撐桿16與軸34的鉸接處用J點(diǎn)表示，支撐桿16未發(fā)生傾斜前，圓柱塊9 與上活塞39的接觸點(diǎn)用P表示，圓柱塊9與滑塊17的接觸點(diǎn)用Q表示，P點(diǎn)與J點(diǎn)的 水平距離用A表示，Q點(diǎn)與J點(diǎn)的水平距離用^表示；支撐桿16發(fā)生傾斜后，圓柱塊
9與上活塞39的接觸點(diǎn)用P表示，圓柱塊9與滑塊17的接觸點(diǎn)用Q表示，P點(diǎn)與J點(diǎn) 的水平距離用A表示，Q點(diǎn)與J點(diǎn)的水平距離用^表示。
砝碼及裝沙微調(diào)的重量用G表示，其它重量已通過(guò)平衡塊2調(diào)平，圓柱塊9施加在 上活塞上的壓力用F表示。
支撐桿16未發(fā)生傾斜前，通過(guò)對(duì)J點(diǎn)取矩得到 ZMC/) = 0,即 F,A—G*￡2=0,從而得到
(1)
支撐桿16發(fā)生傾斜后，圓柱塊9施加在上活塞上的壓力用F'，砝碼及裝沙微調(diào)的 重量不變?nèi)詾镚，同理通過(guò)對(duì)J點(diǎn)取矩得到
(2)
顯然為了保證本裝置能自動(dòng)提供恒定壓力，支撐桿16發(fā)生傾斜前后施加在上活塞 的壓力必須相等，也就是
F'-F (3) 由式(1)、 (2)和(3)可以得到
<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
根據(jù)附圖6可以知道
<formula>formula see original document page 8</formula>
<formula>formula see original document page 9</formula>
同樣的道理，可以得到
<formula>formula see original document page 9</formula>
把式(5)和(6)代入式(4)得到<formula>formula see original document page 9</formula>
化簡(jiǎn)后得到
其中，A、 A分別為圓柱塊9、滑塊17圓弧的半徑，&、 ^分別為圓柱塊9、滑塊17 圓弧的最大深度。
由以上詳細(xì)的理論推導(dǎo)可以知道，只要圓柱塊9、滑塊17的幾何尺寸滿足式(7) 的比例關(guān)系，本裝置在就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒定液壓輸出。 本裝置使用簡(jiǎn)單，操作方便，主要分以下幾個(gè)步驟
(1) 首先明確試驗(yàn)需要的輸出的恒定液壓，然后根據(jù)增壓器12的增壓比，計(jì)
算出滑塊施加在上活塞39上面的壓力值尸； (2 ) 調(diào)節(jié)滑塊17在支撐桿16上面的位置，以確定Z^的值，A的值固定不變；
(3) 把F、 A、丄2的值代入前文所述的式(1),計(jì)算得到圓盤28和吊籃30 所需要施加的重量G;
(4) 根據(jù)G的數(shù)值在圓盤28上放置砝碼，不足部分用吊籃40裝細(xì)沙進(jìn)行微 調(diào)；
(5 ) 合理規(guī)范地操作增壓器11后即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒定的液壓輸出。
權(quán)利要求1、一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，它包括支座(5)、軸承支架(6)、墊板(7)，六角螺母(3)、滑塊(17)、吊架(18)、圓盤(28)、滾動(dòng)軸承(32)、軸承蓋I(31)，軸承蓋II(35)、滾軸(37)，其特征在于:墊板(7)通過(guò)六角螺母(13)固定在支架(14)上，支座(5)通過(guò)六角螺栓(8)固定在墊板(7)上，軸承支架(6)通過(guò)六角螺栓(8)固定在支座(5)上，支撐桿(16)通過(guò)軸(34)與軸承支架(6)相連，螺桿(1)連在支撐桿(16)一端，平衡塊(2)套在螺桿(1)上，圓柱塊(9)通過(guò)螺栓固定在支撐桿(16)上并與增壓器(11)接觸，滑塊(17)通過(guò)壓塊(20)卡在支撐桿(16)上，壓塊(20)通過(guò)沉頭螺釘(38)與支撐桿(16)相連，移動(dòng)螺桿(24)前端通過(guò)螺母座(23)與支撐桿(16)相連，移動(dòng)螺桿(24)后端通過(guò)圓壓板(22)和沉頭螺釘(21)與滑塊(17)相連，滾軸(37)在滑塊(17)上面，吊架(18)通過(guò)滾動(dòng)軸承(36)與滾軸(37)相連，圓盤(28)通過(guò)連接螺桿(27)與吊架(18)相連，吊籃(30)與圓盤(28)相連，水平儀(15)置于支撐桿(16)上方，增壓器(11)通過(guò)六角螺栓(12)固定在墊板(7)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，其特征在于 滾動(dòng)軸承(32)用于連接支撐桿(16)與軸承支架(6)，六角螺栓(10)將圓柱塊(9) 固定于支撐桿(16)下部，水平儀(15)置于支撐桿(16)上部，滑塊(17)通過(guò)壓塊(20)卡在支撐桿(16)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，其特征在于 連接螺桿(27)通過(guò)六角螺母(26)與吊架(18)相連；圓盤(28)、吊籃(30)通過(guò) 六角螺母(29)與連接螺桿(27)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，其特征在于 軸承蓋I (31)位于軸(34)外面，螺釘(33)將軸(34)固定于軸承支架(6)上面， 軸承支架(6)通過(guò)滾動(dòng)軸承(32)與軸(34)相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，其特征在于 軸承蓋II (35)位于滾動(dòng)軸承(36)外面，滑塊(17)通過(guò)壓塊(20)卡在支撐桿(16) 上，壓塊(20)通過(guò)沉頭螺釕(38)與支撐桿(16)相連，吊架(18)通過(guò)滾動(dòng)軸承(36) 與滾軸(37)相連，滾軸(37)在滑塊(17)上。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，其特征在于 增壓器(11)包括上活塞(39)、上油缸(40),上活塞(39)位于增壓器(11)的上端 與圓柱塊(9)的圓弧面相接觸，螺紋接頭(43)的接口位于上活塞(39)下部，螺紋 接頭(53)的接口位于上油缸(40)下部，螺紋接頭(56)的接口位于下活塞(51)下 部，螺紋接頭(52)的接口位于下油缸(47)下部，螺紋接頭(57)接口位于增壓器(11) 底部，直接與下油缸(47)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種機(jī)械式自動(dòng)維持恒定液壓試驗(yàn)裝置，包括支座、軸承支架、滾軸，墊板通過(guò)螺母固定在支架上，支座、增壓器通過(guò)螺栓固定在墊板上，軸承支架通過(guò)螺栓固定在支座上，支撐桿通過(guò)軸與軸承支架相連，螺桿連在支撐桿一端，平衡塊套在螺桿上，圓柱塊通過(guò)螺栓固定在支撐桿上并與增壓器接觸，滑塊通過(guò)壓塊卡在支撐桿上，壓塊通過(guò)沉頭螺釘與支撐桿相連，移動(dòng)螺桿前端通過(guò)螺母座與支撐桿相連，后端通過(guò)圓壓板和沉頭螺釘與滑塊相連，滾軸在滑塊上面，吊架通過(guò)滾動(dòng)軸承與滾軸相連，圓盤通過(guò)連接螺桿與吊架相連，吊籃與圓盤相連，水平儀置于支撐桿上方。本實(shí)用新型可長(zhǎng)周期提供恒定液壓源，不受外界影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，操作方便。
文檔編號(hào)G01N33/24GK201203554SQ20082006780
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者劉繼光, 輝 周, 幸志堅(jiān), 凱 張, 房敬年, 鑫 楊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所