適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀的制作方法
【專利摘要】一種適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀，包括框架、垂直加載機構、加載移動機構、橫向載荷支撐機構、剪切加載機構、試樣高度調(diào)節(jié)機構和下試樣約束機構；垂直加載機構與加載移動機構的上端連接，加載移動機構的兩側(cè)分別于橫向載荷支撐機構連接，試樣高度調(diào)節(jié)機構位于加載移動機構的下方且兩者之間為用以放置待檢測試樣的檢測工位，試樣高度調(diào)節(jié)機構的下方與下試樣約束機構連接，檢測工位的側(cè)邊設置剪切加載機構，垂直加載機構安裝在框架上部，橫向載荷支撐機構安裝在框架的中上部，剪切加載機構安裝在框架的中下部，下試樣約束機構安裝在框架的下部。本實用新型有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好。
【專利說明】適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種直剪儀。
【背景技術】
[0002]目前國內(nèi)外巖體結構面抗剪強度的確定方法主要有直剪試驗法、室內(nèi)模型試驗法和經(jīng)驗估算方法等。通過直剪試驗，結合工程地質(zhì)勘測資料綜合求取結構面抗剪強度的方法為國內(nèi)巖體力學工作者所常用。從資料的檢索看，國內(nèi)外的直剪儀設備很多:如美國Durham Geo公司生產(chǎn)的LG-140大型高性能接觸面直剪儀，英國ELE公司生產(chǎn)的大型直剪儀，美國GCTS公司生產(chǎn)的伺服控制直剪測試系統(tǒng)，清華大學研制的TH-20t大型土與結構接觸面循環(huán)加載剪切儀，長江科學研究院土工研究所的室內(nèi)DHJ60型疊環(huán)式剪切試驗機，四川大學水電學院研制的粗粒土直剪儀，南京土壤儀器有限公司的NHR1-4000型高性能大接觸面直剪儀。這些直剪儀都沒考慮多尺度試樣問題，即無法滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試。專利號為CN200910155107.2的大型巖體結構面直剪試驗儀的多尺度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)無法消除橫向載荷對法向液壓缸的影響，人為因素影響剪切摩擦力值較大，無法實現(xiàn)試樣定向移動和往復剪切，整體設備操作自動化低等缺點。解決現(xiàn)有直剪試驗儀器只能測定單一試樣的巖體結構面抗剪強度的缺點，但是受到設備的制約，小型系列試樣在小型設備中進行測試，中型系列試樣在中型設備中測試，大型系列試樣在大型設備中測試。導致的后果是各設備的測試結果無法有效銜接。主要原因在于設備的制造精度不一，甚至加載方式不一，這必然影響到結果的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有直剪儀的無法滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性較差的不足，本實用新型提供了一種有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]—種適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀，包括框架、垂直加載機構、力口載移動機構、橫向載荷支撐機構、剪切加載機構、試樣高度調(diào)節(jié)機構和下試樣約束機構；所述垂直加載機構與所述加載移動機構的上端連接，所述加載移動機構的兩側(cè)分別于所述橫向載荷支撐機構連接，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構位于所述加載移動機構的下方且兩者之間為用以放置待檢測試樣的檢測工位，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構的下方與所述下試樣約束機構連接，所述檢測工位的側(cè)邊設置所述剪切加載機構，所述垂直加載機構安裝在所述框架上部，所述橫向載荷支撐機構安裝在所述框架的中上部，所述剪切加載機構安裝在所述框架的中下部，所述下試樣約束機構安裝在所述框架的下部；
[0006]所述的剪切加載機構包括復位支撐桿、限位架、剪切框、軸承、端蓋、導向桿、第一力傳感器、第一液壓缸、轉(zhuǎn)動臺、導桿、固定座、移動座、電機、錐齒輪對、螺紋桿和推桿，所述第一液壓缸固定在框架上，所述第一液壓缸活塞桿上固定第一力傳感器的一段，所述第一力傳感器另一端固定轉(zhuǎn)動臺，所述轉(zhuǎn)動臺與所述剪切框通過銷連接并可轉(zhuǎn)動，所述剪切框兩端固定I對導向桿，所述導向桿與所述框架上的導向孔配合并可沿著其移動，所述剪切框上安裝導桿，所述剪切框上安裝兩個固定座，所述固定座與所述剪切框一側(cè)安裝螺紋桿，所述螺紋桿分別與固定座和剪切框通過軸承連接并可繞它們轉(zhuǎn)動，2根螺紋桿一端分別固定錐齒輪，所述電機安裝在兩個固定座之間，轉(zhuǎn)軸上安裝錐齒輪，3個錐齒輪形成錐齒輪對，所述限位架分別與螺紋桿和導桿連接，且通過螺紋桿轉(zhuǎn)動可沿著導桿和螺紋桿水平移動；2個限位架在電機轉(zhuǎn)動下可同時沿著相反方向移動，螺紋桿一端和導桿兩端安裝端蓋，所述限位架上設置定位孔，根據(jù)試樣大小安裝復位支撐桿和推桿，所述試樣在復位支撐桿和推桿之間。
[0007]進一步，所述的垂直加載系統(tǒng)包括作動器、連接件、轉(zhuǎn)動件、第二力傳感器和承載板，所述作動器與連接件固定，所述轉(zhuǎn)動件與第二力傳感器一端固定，所述轉(zhuǎn)動件另一端和連接件通過銷連接并可互相轉(zhuǎn)動，所述第二力傳感器另一端與承載板固定。
[0008]更進一步，所述的加載移動機構包括滾動導軌塊和加載板，多根滾動導軌塊安裝在垂直加載機構的承載板下端并保持平行，滾動導軌塊的移動塊與加載板固定，加載板可沿著滾動導軌塊移動。
[0009]所述的橫向載荷支撐機構包括輪子、輪子安裝架、第三力傳感器、承載板、第二液壓缸和連接座，輪子沿著框架的所述框架的限位條上下移動，輪子通過連接座安裝在輪子安裝架上，輪子安裝架與第三力傳感器固定，第三力傳感器與液壓缸活塞桿端部固定，液壓缸固定在承載板的側(cè)板上；
[0010]所述的橫向載荷支撐機構在承載板的兩邊的框架上對稱安裝。
[0011]所述的下試樣約束機構包括左右向壓緊液壓缸、液壓缸安裝板、壓緊塊、試樣輸送小車和車輪組，所述左右向壓緊液壓缸安裝在液壓缸安裝板上，所述液壓缸安裝板固定在框架上，左右向壓緊液壓缸的活塞桿上固定壓緊塊，所述壓緊塊下安裝有車輪組，車輪組通過安裝在框架上的導向條限位并沿著它運動，所述壓緊塊垂向方向設置銷孔。
[0012]所述的試樣高度調(diào)節(jié)機構包括前后向壓緊液壓缸、壓緊板、試樣安放臺、銷和升降液壓缸，2個前后向壓緊液壓缸前后對稱安裝在試樣安放臺，壓緊板安裝在前后向壓緊液壓缸的活塞桿上，試樣安放臺底部安裝有升降液壓缸，試樣安放臺側(cè)邊有設置銷孔的凸板，凸板上的銷孔根據(jù)試樣大小和高度與下試樣約束機構的壓緊塊的銷孔對應并可安放銷。
[0013]所述的框架包括基梁、左梁、右梁和上梁，所述基梁的左端與左梁的下端固定連接，所述左梁的上端與所述上梁的左端固定連接，所述上梁的右端與右梁的上端固定連接，所述右梁的下端與所述基梁的右端固定連接。
[0014]所述直剪儀還包括液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)與第一液壓缸、第二液壓缸和作動器連接。
[0015]本實用新型的技術構思:常規(guī)的巖體結構面直剪儀由于試驗的結構面尺寸有限且無法進行多尺度的結構面直剪試驗，因此不能分析巖體結構面抗剪強度尺寸效應的變化規(guī)律，也就不能得到穩(wěn)定的抗剪強度力學參數(shù)，基于此提出了一種大跨度載荷試樣多尺度的巖石直剪儀，它可測量大范圍載荷和大范圍尺寸試樣。垂直加載機構和剪切加載機構滿足一定精度要求內(nèi)的載荷加載，并通過橫向載荷支撐機構監(jiān)控上下試樣剪切的載荷。試樣高度調(diào)節(jié)機構和下試樣約束機構可以將不同尺寸的下試樣的剪切面調(diào)整到同一高度并且進行壓緊固定。剪切加載機構可以根據(jù)上試樣大小調(diào)整限位架間距實現(xiàn)對上試樣的定向移動和往復剪切運動，另外這種機構可大幅減小第一液壓缸的行程而保護其壽命。
[0016]本實用新型具有的有益效果:1、有效滿足大跨度載荷和試樣尺寸的測試、可靠性良好；2、本多尺度直剪儀具有適應性強，功能多樣、自動化程度高等特點，適合試樣尺寸比較大的情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為安裝最小試樣的總體結構圖。
[0018]圖2為安裝最大試樣的總體結構圖。
[0019]圖3為垂直加載機構和加載移動機構側(cè)視圖。
[0020]圖4為橫向載荷支撐機構。
[0021]圖5為橫向載荷支撐機構與左梁或右梁連接處的俯視圖。
[0022]圖6為剪切加載機構俯視圖。
[0023]圖7為剪切加載機構主視圖。
[0024]圖8為下試樣約束機構主視圖。
[0025]圖9為試樣高度調(diào)節(jié)機構俯視圖。
[0026]圖10為試樣高度調(diào)節(jié)機構主視圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0028]參照圖1?圖10, —種適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,可測量一定噸位范圍和一定尺寸范圍的巖石試樣，巖石直剪儀主要由垂直加載機構1、加載移動機構
2、橫向載荷支撐機構3、剪切加載機構4、試樣高度調(diào)節(jié)機構5、下試樣約束機構6、框架7、液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成。所述的框架由基梁、左梁、右梁和上梁組成，各梁之間可通過螺栓和焊接等固定。
[0029]所述垂直加載機構I與所述加載移動機構2的上端連接，所述加載移動機構2的兩側(cè)分別于所述橫向載荷支撐機構3連接，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構5位于所述加載移動機構3的下方且兩者之間為用以放置待檢測試樣的檢測工位，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構5的下方與所述下試樣約束機構6連接，所述檢測工位的側(cè)邊設置所述剪切加載機構4，所述垂直加載機構I安裝在所述框架上部，所述橫向載荷支撐機3構安裝在所述框架的中上部，所述剪切加載機構4安裝在所述框架的中下部，所述下試樣約束機構6安裝在所述框架的下部;
[0030]所述的剪切加載機構4主要由復位支撐桿23、限位架24、剪切框25、軸承26、端蓋27、導向桿28、第一力傳感器29、第一液壓缸30、轉(zhuǎn)動臺31、導桿32、固定座33、移動座34、電機35、錐齒輪對36、螺紋桿37、推桿38組成。第一液壓缸30固定在右梁上,第一液壓缸30活塞桿上固定第一力傳感器29，第一力傳感器29另一端固定轉(zhuǎn)動臺31，轉(zhuǎn)動臺31與剪切框25通過銷39連接并可轉(zhuǎn)動。剪切框25兩端固定I對導向桿28，導向桿28與右梁40上的導向孔配合并可沿著其移動。剪切框25上安裝導桿32，剪切框25上安裝2個固定座33，固定座33與剪切框25 —側(cè)安裝螺紋桿37，螺紋桿37分別與固定座33和剪切框25通過軸承26連接并可繞它們轉(zhuǎn)動。2根螺紋桿37 —端分別固定錐齒輪，電機35安裝在兩個固定座33之間，轉(zhuǎn)軸上安裝錐齒輪，3個錐齒輪形成錐齒輪對36。限位架24分別與螺紋桿37和導桿32連接，通過螺紋桿37轉(zhuǎn)動可沿著導桿32和螺紋桿37水平移動。2根限位架24在電機35轉(zhuǎn)動下可同時沿著相反方向移動。螺紋桿37 —端和導桿32兩端安裝端蓋27。限位架24上設置許多定位孔，根據(jù)試樣大小安裝復位支撐桿23和推桿38。試樣8在復位支撐桿23和推桿38之間。
[0031]所述的垂直加載機構由作動器9、連接件10、銷11、轉(zhuǎn)動件12、第二力傳感器13和承載板14組成。作動器9與連接件10固定，轉(zhuǎn)動件12與第二力傳感器13 —端固定，轉(zhuǎn)動件12和連接件10通過銷11連接并可互相轉(zhuǎn)動，力傳感器13另一端與承載板14固定。
[0032]所述的加載移動機構2由滾動導軌塊15和加載板16組成。多根滾動導軌塊15安裝在承載板14下端并保持平行，數(shù)量有載荷大小決定。滾動導軌塊15的移動塊與加載板16固定,加載板16可沿著滾動導軌塊15移動。
[0033]所述的橫向載荷支撐機構3由輪子17、輪子安裝架18、第三力傳感器19、承載板14、第二液壓缸20和連接座21組成。I對或2對輪子17沿著框架的左梁上的限位條22移動。輪子17通過連接座21安裝在輪子安裝架18上，輪子安裝架18與第三力傳感器19固定，第三力傳感器19與第二液壓缸20活塞桿端部固定。第二液壓缸20固定在承載板14的側(cè)板上。
[0034]所述的橫向載荷支撐機構3在承載板14的兩邊側(cè)板上對稱安裝η對，η取2_10。
[0035]所述的下試樣約束機構6主要由左右向壓緊液壓缸41、液壓缸安裝板42、壓緊塊43、試樣輸送小車44和車輪組45組成。左右向壓緊液壓缸41安裝在液壓缸安裝板42上，液壓缸安裝板42固定在框架7的基梁上。左右向壓緊液壓缸41的活塞桿上固定壓緊塊43，壓緊塊43下安裝有車輪組45。車輪組45通過安裝在基梁上的導向條限位并沿著它運動。壓緊塊43垂向方向設置多個銷孔。
[0036]所述的試樣高度調(diào)節(jié)機構5主要由前后向壓緊液壓缸46、壓緊板47、試樣安放臺48、銷49和升降液壓缸50組成。2個前后向壓緊液壓缸46前后對稱安裝在試樣安放臺48，壓緊板47安裝在前后向壓緊液壓缸46的活塞桿上，試樣安放臺48底部安裝有升降液壓缸50。試樣安放臺48側(cè)邊有設置多個銷孔的凸板，凸板上的銷孔根據(jù)試樣大小和高度與下試樣約束機構6的壓緊塊43的銷孔對應并可安放銷49。
[0037]所述的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)為液壓缸和作動器提供動力和實現(xiàn)控制要求。
[0038]本實施例的工作過程如下:上下兩個試樣8安放在小車上，上試樣上安放L型板。調(diào)節(jié)下試樣約束機構6的2個壓緊塊上的凸臺間距滿足放試樣小車下車輪的距離。當試樣8安放在小車上后，推入到下試樣約束機構6的2個壓緊塊上的凸臺上，試樣高度調(diào)節(jié)機構5的升降液壓缸根據(jù)試樣大小將試樣和小車抬高到試樣上表面達到某一設定高度后停止，此時試樣安放臺側(cè)邊凸板上的銷孔與下試樣約束機構6的壓緊塊的銷孔對應并放入銷進行高度鎖定。下試樣約束機構6的壓緊塊壓緊下試樣。剪切加載機構4上調(diào)節(jié)2個限位架使得試樣不能在前后方向移動，安裝推桿。垂直加載機構I下降使得加載移動機構2的加載板達到L型板并加載到某一壓力值。多個橫向載荷支撐機構3的液壓缸撐開防止垂直加載機構I在試樣剪切過程中偏轉(zhuǎn)和抵消橫向力。剪切加載機構4工作使得推桿推動上試樣移動做剪切運動，這個過程中橫向載荷支撐機構3的第三傳感器時時讀取橫向力值，垂直加載機構I中的數(shù)顯壓力表讀取垂向載荷值。剪切到一定位置后卸載橫向載荷支撐機構3的第二液壓缸，隨后卸載垂直加載機構I的作動器，安裝剪切加載機構4的復位支撐桿，并由剪切加載機構4得作動器將其拉回初始位置。接著可以繼續(xù)做剪切運動。
[0039]如果需要做往復剪切過程，在垂直加載機構I完成加載和橫向載荷支撐機構3工作后，橫向載荷支撐機構3的推桿移動到試樣表面并停止，安裝剪切加載機構的復位支撐桿，此時在垂向載荷加載的情況下做往復剪切的過程并時時跟蹤剪切載荷。
【權利要求】
1.一種適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀，其特征在于:包括框架、垂直加載機構、加載移動機構、橫向載荷支撐機構、剪切加載機構、試樣高度調(diào)節(jié)機構和下試樣約束機構；所述垂直加載機構與所述加載移動機構的上端連接，所述加載移動機構的兩側(cè)分別于所述橫向載荷支撐機構連接，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構位于所述加載移動機構的下方且兩者之間為用以放置待檢測試樣的檢測工位，所述試樣高度調(diào)節(jié)機構的下方與所述下試樣約束機構連接，所述檢測工位的側(cè)邊設置所述剪切加載機構，所述垂直加載機構安裝在所述框架上部，所述橫向載荷支撐機構安裝在所述框架的中上部，所述剪切加載機構安裝在所述框架的中下部，所述下試樣約束機構安裝在所述框架的下部； 所述的剪切加載機構包括復位支撐桿、限位架、剪切框、軸承、端蓋、導向桿、第一力傳感器、第一液壓缸、轉(zhuǎn)動臺、導桿、固定座、移動座、電機、錐齒輪對、螺紋桿和推桿，所述第一液壓缸固定在框架上，所述第一液壓缸活塞桿上固定第一力傳感器的一段，所述第一力傳感器另一端固定轉(zhuǎn)動臺，所述轉(zhuǎn)動臺與所述剪切框通過銷連接并可轉(zhuǎn)動，所述剪切框兩端固定I對導向桿，所述導向桿與所述框架上的導向孔配合并可沿著其移動，所述剪切框上安裝導桿，所述剪切框上安裝兩個固定座，所述固定座與所述剪切框一側(cè)安裝螺紋桿，所述螺紋桿分別與固定座和剪切框通過軸承連接并可繞它們轉(zhuǎn)動，2根螺紋桿一端分別固定錐齒輪，所述電機安裝在兩個固定座之間，轉(zhuǎn)軸上安裝錐齒輪，3個錐齒輪形成錐齒輪對，所述限位架分別與螺紋桿和導桿連接，且通過螺紋桿轉(zhuǎn)動可沿著導桿和螺紋桿水平移動；2個限位架在電機轉(zhuǎn)動下可同時沿著相反方向移動，螺紋桿一端和導桿兩端安裝端蓋，所述限位架上設置定位孔，根據(jù)試樣大小安裝復位支撐桿和推桿，所述試樣在復位支撐桿和推桿之間。
2.如權利要求1所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀，其特征在于:所述的垂直加載系統(tǒng)包括作動器、連接件、轉(zhuǎn)動件、第二力傳感器和承載板，所述作動器與連接件固定，所述轉(zhuǎn)動件與第二力傳感器一端固定，所述轉(zhuǎn)動件另一端和連接件通過銷連接并可互相轉(zhuǎn)動，所述第二力傳感器另一端與承載板固定。
3.如權利要求2所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀，其特征在于:所述的加載移動機構包括滾動導軌塊和加載板，多根滾動導軌塊安裝在垂直加載機構的承載板下端并保持平行，滾動導軌塊的移動塊與加載板固定，加載板可沿著滾動導軌塊移動。
4.如權利要求1~3之一所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,其特征在于:所述的橫向載荷支撐機構包括輪子、輪子安裝架、第三力傳感器、承載板、第二液壓缸和連接座，輪子沿著框架的所述框架的限位條上下移動，輪子通過連接座安裝在輪子安裝架上，輪子安裝架與第三力傳感器固定，第三力傳感器與液壓缸活塞桿端部固定，液壓缸固定在承載板的側(cè)板上； 所述的橫向載荷支撐機構在承載板的兩邊的框架上對稱安裝。
5.如權利要求1~3之一所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,其特征在于:所述的下試樣約束機構包括左右向壓緊液壓缸、液壓缸安裝板、壓緊塊、試樣輸送小車和車輪組，所述左右向壓緊液壓缸安裝在液壓缸安裝板上，所述液壓缸安裝板固定在框架上，左右向壓緊液壓缸的活塞桿上固定壓緊塊，所述壓緊塊下安裝有車輪組，車輪組通過安裝在框架上的導向條限位并沿著它運動，所述壓緊塊垂向方向設置銷孔。
6.如權利要求1~3之一所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,其特征在于:所述的試樣高度調(diào)節(jié)機構包括前后向壓緊液壓缸、壓緊板、試樣安放臺、銷和升降液壓缸，2個前后向壓緊液壓缸前后對稱安裝在試樣安放臺，壓緊板安裝在前后向壓緊液壓缸的活塞桿上，試樣安放臺底部安裝有升降液壓缸，試樣安放臺側(cè)邊有設置銷孔的凸板，凸板上的銷孔根據(jù)試樣大小和高度與下試樣約束機構的壓緊塊的銷孔對應并可安放銷。
7. 如權利要求1~3之一所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,其特征在于:所述的框架包括基梁、左梁、右梁和上梁，所述基梁的左端與左梁的下端固定連接，所述左梁的上端與所述上梁的左端固定連接，所述上梁的右端與右梁的上端固定連接，所述右梁的下端與所述基梁的右端固定連接。
8.如權利要求1~3之一所述的適用于大跨度載荷和多尺度試樣的巖石直剪儀,其特征在于:所述直剪儀還包括液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)，所述的液壓系統(tǒng)和測控系統(tǒng)與第一液壓缸、第二液壓缸和作動器連接。
【文檔編號】G01N3/24GK203376215SQ201320383078
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2013年6月28日
【發(fā)明者】杜時貴, 呂原君, 黃曼, 仲志成, 陳瓊, 張曉鶯 申請人:紹興文理學院