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专利名称：单电机驱动可旋转岩土试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩土试验机设备，属于实验装置技术领域，特别涉及一种利用CT 扫描技术对岩土的力学性能及变形过程进行测试的岩土试验机。
背景技术：
岩土试验机是研究岩土的应力、应变关系的一种基础科学试验仪器，由轴压系统、 围压系统和温度控制系统组成，工作原理是通过轴压系统对试样施加轴向试样力，通过压力室对试样施加围压，同时通过温度控制系统使试样的上、下端面、试样中部分别处在不同的温度环境下，从而模拟试样在不同温度下的多种实际工况。但是传统的岩土试验机难以观测到材料的内部结构因而更无法测得岩体内部不同性质材料的真实几何分布情况。随着计算机技术的不断完善和发展，CT识别技术被应用到岩土试验中来。为了在试验过程中对岩土试样各个纵向截面的变形情况进行动态观测，就要解决岩土试样与CT扫描仪的相对转动问题。中国科学院兰州冰川冻土研究所曾采用CT测试技术开展过岩土三轴试验。他们采用的是将应变式三轴压力室直接放到CT机中进行扫描，这种CT扫描方法只适合与压力室轴向压力和周围压力较低的场合，对大型岩土试验机不适用。发明专利CN 200620096213. X公开了一种全方位扫描岩土 CT三轴仪，它是一种全非金属制作的三轴仪，不但能进行横向断面的扫描，而且能进行纵向(轴向)断面的扫描。 但也只适用于轴压和围压较小的场合，对大型岩土试验机不适用。大型岩土试验机的轴压、 围压较大，须使用金属制作试样筒，这样必须相应的使用高能CT机。由于大型岩土试验机体积较大，不能直接放入高能CT机中扫描，所以须将试验机的试样筒部分设计为可旋转部件。针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。

发明内容
本发明旨在解决的技术问题是岩土试样的轴向加载并且旋转问题。鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种解决岩土试样旋转加载问题的单电机驱动可旋转岩土试验机，从而便于利用CT技术全方位扫描岩土试样在加载条件下的变形情况。为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是一种单电机驱动可旋转岩土试验机，包括底座，底座上固定有四根立柱，立柱套有下顶板、上顶板，其中下顶板可在立柱上滑动，上顶板和下顶板之间放置试样筒，底座内部为空腔，液压缸固定在底座的空腔内，并正对试样筒下方；所述的试样筒上、下两端分别设有上回转支承和下回转支承，上回转支承和下回转支承分别与伸缩轴上的上驱动齿轮、下驱动齿轮啮合。所述的下顶板位于试样筒的一侧开有一通孔，电机固定在下顶板下表面，电机输出轴穿越通孔连接一活动轴，活动轴下端安装有一与下回转支承啮合的下驱动齿轮，活动轴的上端与一固定轴连接，固定轴固定在上顶板上。
所述的固定轴的下端设有容纳活动轴上端插入连接的空腔。所述固定轴的下端与活动轴上端的配合为四方孔轴配合或六方孔轴配合或花键孔轴配合中之一形式。所述的固定轴为阶梯轴，通过轴肩定位安装有一与上回转支承啮合的上驱动齿轮，上驱动齿轮上端面通过套筒压紧在第二滚珠轴承内圈上，第二滚珠轴承外圈与上顶板下表面的轴承座配合，固定轴的上端通过第一滚珠轴承和顶端盖板固定在上顶板上。所述的活动轴为阶梯轴，所述的通孔的上端开有轴承座，第三滚珠轴承外圈安装在轴承座中，内圈与活动轴下端配合；所述的下驱动齿轮上端面由活动轴的轴肩定位。所述的试样筒的上端设有筒上顶板，上回转支承外圈通过螺栓固定筒上顶板，上回转支承内圈通过螺栓固定在上顶板的下表面；所述的试样筒的下端设有筒下底座，下回转支承外圈通过螺栓固定在筒下底座上，下回转支承内圈通过螺栓固定在下顶板的上表面。所述的上顶板的下表面中心有圆柱凸起，上回转支承的内圈与凸起配合实现上回转支承的轴向定位；所述的下顶板的上表面中心有圆柱凸起，下回转支承的内圈与凸起配合实现下回转支承的轴向定位。所述的筒下底座上表面有方形定位槽，与试样筒下端的方形法兰相配合。所述的试样筒的上部通孔内安装有筒内上柱塞，筒内上柱塞的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈，试样筒下部圆筒内安装有筒内下柱塞，筒内下柱塞的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈。所述的筒内下柱塞的上表面中心开有锥形凹槽，下垫片的下表面设有锥形凸起， 下垫片的锥形凸起与筒内下柱塞的锥形凹槽配合；所述的筒内上柱塞的下表面中心开有锥形凹槽，上垫片的上表面设有锥形凸起，上垫片的锥形凸起与筒内上柱塞的锥形凹槽配合。本发明的有益效果是本发明通过电机驱动岩土试样旋转，同时液压缸对岩土试样进行轴向加载，从而实现了岩土试样的旋转和轴向加载。


当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中图1为本发明单电机驱动可旋转岩土试验机正面剖视图；图2为图1中固定轴正面剖视图；图3为图1中固定轴仰视图；图4为图1中活动轴正面剖视图；图5为图1中活动轴仰视图；附图标记顶端盖板1，第一滚珠轴承2，上顶板3，固定轴4，第二滚珠轴承5，第一套筒6，上驱动齿轮7，立柱8，活动轴9，下驱动齿轮10，第二套筒11，第三滚珠轴承12，下顶板13，电机14，底座15，液压缸16，下回转支承17，筒下底座18，筒内下柱塞19，试样筒20， 下垫片21，岩土试样22，上垫片23，筒内上柱塞24，筒上顶板25，上回转支承26。
具体实施例方式以下结合图1、图2、图3、图4、图5对本发明的实施例进行说明，本发明的单电机驱动可旋转岩土试验机，底座15内部为空腔，液压缸16固接在空腔内，底座15上表面四个角各有一个不通圆孔，四根立柱8插入底座15的四个不通圆孔内，并与底座15固接；下顶板13活动套接在四根立柱8上，并能沿着立柱8上下滑动；上顶板3固定套接在四根立柱 8上，不可以相对移动；在下顶板13 —侧开有通孔，通孔下端安装电机14，通孔的上端开有轴承座，第三滚珠轴承12外圈安装在轴承座中，内圈与活动轴9下端配合，下驱动齿轮10 套接在活动轴9上，通过键连接实现圆周向定位，下驱动齿轮10上端面由轴肩定位，下端面压紧套筒11实现轴向定位，套筒11下端面压紧在第三滚珠轴承12内圈上，活动轴9上端的方形柱体插入固定轴4方形空腔内，固定轴4的方形内腔侧面与活动轴9的方形柱体侧面配合，固定轴4上端安装有上驱动齿轮7，上驱动齿轮7下端面由轴肩轴向定位，上端面通过套筒6压紧在第二滚珠轴承5内圈上，第二滚珠轴承5外圈与上顶板3下表面的轴承座配合，固定轴4顶端与第一滚珠轴承2内圈配合，第一滚珠轴承2外圈与上顶板3上表面的轴承座配合，顶端盖板1通过螺栓固定在固定轴4顶端，对固定轴4实现轴向定位。在下顶板13上表面有圆柱凸起，下回转支承17内圈与凸起配合实现下回转支承 17的轴向定位，且内圈通过螺栓安装在下顶板13上表面，外圈通过螺栓与筒下底座18固连，筒下底座18上表面有方形定位槽，与试样筒20下端的方形法兰相配合。试样筒20的上部通孔和筒内上柱塞M的圆柱外表面相配合，筒内上柱塞M的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈，试样筒20下部圆筒内表面和筒内下柱塞19的圆柱外表面相配合，筒内下柱塞19的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈。岩土试样22精加工成圆柱状，上下两端分别与下垫片21、上垫片23配合，下垫片 21置于筒内下柱塞19上，筒内下柱塞19的上表面中心开有锥形凹槽，下垫片21的下表面设有锥形凸起，下垫片21的锥形凸起与筒内下柱塞19的锥形凹槽配合，实现轴向定位，上部上垫片23顶上筒内上柱塞对，筒内上柱塞M的下表面中心开有锥形凹槽，上垫片23的上表面设有锥形凸起，上垫片23的锥形凸起与筒内上柱塞M的锥形凹槽配合，实现轴向定位。上顶板3下表面中心有圆柱凸起，上回转支承沈内圈与凸起配合实现上回转支承 26的轴向定位，且内圈通过螺栓安装在上顶板3下表面，外圈通过螺栓与筒上顶板25固连。本实施例的具体工作原理，叙述如下电机14驱动活动轴9旋转，活动轴9带动固定轴4同时旋转，从而同步驱动下回转支承17和上回转支承沈外圈旋转，带动试样筒20旋转，进而筒内上柱塞M、筒内下柱塞 19、岩土试样22随着试样筒20 —起旋转；当液压缸16启动，向上的推力作用在下顶板13 上并使之沿四个立柱8向上滑动，轴向推力传递给岩土试样22。从而实现对岩土试样22的轴向加载并且加载机构旋转，以便实现对试样筒20内岩土试样22的在线检测。如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种单电机驱动可旋转岩土试验机，包括底座(15)，底座(1 上固定有四根立柱 (8)，立柱⑶套有下顶板(13)、上顶板(3)，其中下顶板(13)可在立柱⑶上滑动，上顶板 (3)和下顶板(1 之间放置试样筒(20)，其特征在于，所述的底座(1 内部为空腔，液压缸(16)固定在底座(15)的空腔内，并正对试样筒00)下方；所述的试样筒00)上、下两端分别设有上回转支承06)和下回转支承(17)，上回转支承06)和/或下回转支承(17) 与电机(14)输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的下顶板(1 位于试样筒OO)的侧边开有一通孔，电机(14)固定在下顶板(1 下表面，电机 (14)输出轴穿越通孔连接一活动轴(9)，活动轴(9)下端安装有一与下回转支承(17)啮合的下驱动齿轮(10)，活动轴(9)的上端与一固定轴(4)连接，固定轴(4)固定在上顶板(3) 上。
3.根据权利要求2所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的固定轴的下端设有容纳活动轴(9)上端插入连接的空腔。
4.根据权利要求3所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述固定轴(4)的下端与活动轴(9)上端的配合为四方孔轴配合或六方孔轴配合或花键孔轴配合中之一形式。
5.根据权利要求4所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的固定轴(4)为阶梯轴，通过轴肩定位安装有一与上回转支承06)啮合的上驱动齿轮(7)，上驱动齿轮(7)上端面通过套筒(6)压紧在第二滚珠轴承(5)内圈上，第二滚珠轴承( 外圈与上顶板C3)下表面的轴承座配合，固定轴的上端通过第一滚珠轴承( 和顶端盖板 (1)固定在上顶板(3)上。
6.根据权利要求2所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的活动轴(9)为阶梯轴，所述的通孔的上端开有轴承座，第三滚珠轴承(1 外圈安装在轴承座中，内圈与活动轴(9)下端配合；所述的下驱动齿轮(10)上端面由活动轴(9)的轴肩定位。
7.根据权利要求1所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的试样筒OO)的上端设有筒上顶板(25)，上回转支承06)外圈通过螺栓固定筒上顶板05)， 上回转支承06)内圈通过螺栓固定在上顶板(3)的下表面；所述的试样筒OO)的下端设有筒下底座(18)，下回转支承(17)外圈通过螺栓固定在筒下底座(18)上，下回转支承 (17)内圈通过螺栓固定在下顶板(1 的上表面。
8.根据权利要求7所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的上顶板(3)的下表面中心有圆柱凸起，上回转支承06)的内圈与凸起配合实现上回转支承 (26)的轴向定位；所述的下顶板(13)的上表面中心有圆柱凸起，下回转支承(17)的内圈与凸起配合实现下回转支承(17)的轴向定位；所述的筒下底座(18)上表面有方形定位槽， 与试样筒OO)下端的方形法兰相配合。
9.根据权利要求1所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的试样筒OO)的上部通孔内安装有筒内上柱塞(M)，筒内上柱塞04)的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈，试样筒OO)下部圆筒内安装有筒内下柱塞(19)，筒内下柱塞(19)的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽，环形密封槽内装有密封圈。
10.根据权利要求9所述的一种单电机驱动可旋转岩土试验机，其特征在于，所述的筒内下柱塞(19)的上表面中心开有锥形凹槽，该锥形凹槽内设有与其配合的具有锥形凸起的下部垫片；所述的筒内上柱塞04)的下表面中心开有锥形凹槽，该锥形凹槽内设有与其配合的具有锥形凸起的上部垫片03)。
全文摘要
本发明公开了一种单电机驱动可旋转岩土试验机，包括底座，底座上固定有四根立柱，立柱套有下顶板、上顶板，其中下顶板可在立柱上滑动，上顶板和下顶板之间放置试样筒，底座内部为空腔，液压缸固定在底座的空腔内，并正对试样筒下方；所述的试样筒上、下两端分别设有上回转支承和下回转支承，上回转支承和/或下回转支承与电机输出轴连接。本发明通过单个电机驱动岩土试样旋转，同时液压缸对岩土试样进行轴向加载，从而实现了岩土试样的旋转和轴向加载。
文档编号G01N3/12GK102519795SQ20111039216
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者何忠良, 刘庭伟, 周明连, 文剑, 梁彤芬, 武璐 申请人:北京交通大学