亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：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：
岩土试验机是为研究岩土的应力、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扫描方法只适合于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。
发明专利申请号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。发明内容
本发明旨在解决的技术问题是岩土试样轴向加载过程中的旋转问题。
本发明的技术方案如下
一种可旋转岩土试验机，可旋转岩土试验机包括安装在底座内部空腔中心的液压缸、液压加载系统、试样筒、上顶板；四根立柱的下端固接在底座四角的四个立柱孔内，下顶板活动套接在四根立柱的下部，可以沿着四个立柱在竖直方向滑动，四根立柱的上部固定套接在上顶板四角的四个立柱孔内。
在试样筒下部的筒内依次放置筒内下柱塞、下垫片、岩土试样、上垫片，将筒内上柱塞从试样筒上端的孔放入试样筒，其下端面与上垫片接触，筒内上柱塞的外圆面与试样筒上端的孔配合，其间设橡胶密封圈，筒内下柱塞的外圆面与试样筒的内壁之间设橡胶密封圈。
下推力调心滚子轴承的外圈安装在下顶板中心设置的轴承座孔内；筒下底座的短轴端安装在下推力调心滚子轴承的内圈中。
筒下底座上面中心处的方形定位槽与试样筒下端的方形法兰间隙配合。上顶板的上表面和下表面上分别安装调心球轴承和上推力调心滚子轴承；主轴为一台阶轴，第一台阶轴的一段与调心球轴承配合，第二台阶轴与上推力调心滚子轴承配合。在第三台阶轴下表面上对称安装左侧板和右侧板，二者与试样筒上端方形法兰相对的两个侧面间隙配合。套筒套在主轴的第一台阶轴上，与调心球轴承内圈接触。第一台阶轴的轴端通过键与大齿轮连接，大齿轮的下端面压住套筒。第一台阶轴的端面上通过螺钉安装主轴端挡板。主轴与筒内上柱塞、岩土试样、筒内下柱塞同轴。下滚珠轴承安装在上顶板上，调心球轴承轴承座孔的右边的轴承座孔内；小齿轮轴的一端与下滚珠轴承配合。在上端盖上设一台阶孔，其上安装上滚珠轴承，将上端盖通过螺栓与上顶板固定， 并使小齿轮轴的另一端与上滚珠轴承配合，大齿轮与小齿轮轴啮合。电机的轴接减速箱的输入轴，减速箱固定在电机支架上，电机支架固定在上端盖上；小齿轮轴通过联轴器与减速箱的输出轴连接。所述的筒内下柱塞的上端面的中心处，设一锥形凹槽；所述的下垫片的中心处设一圆锥凸起，下垫片的圆锥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端面的中心处，设一锥形凹槽；所述的上垫片的中心处设一圆锥凸起，上垫片的圆锥凸起与筒内上柱塞的锥形凹槽配合。所述的试样筒为一台阶孔，大小孔端的法兰均为相同的正方形，其中部径向截面为一圆环所述的左侧板和右侧板为一直角形，并设三根加强筋。所述的筒下底座的一面为一短轴，另一面为一方形凹槽。本发明与现有技术相比，具有以下的效果岩土试样在实现轴向加载的同时，还实现了旋转，并且旋转的力矩由试样筒承担， 保证了岩土试样只承受轴向力。同时，在垫片上设置的锥形凸起保证了岩土试样在旋转中心；一对推力调心滚子轴承承受了轴向载荷，并保证了对岩土试样轴向加载的均勻性。这样便于应用工业CT连续扫描岩土试样在轴向加载的情况下的内部动态，有利于深化岩土力学的研究。


图1可旋转岩土试验机正面视图。图2图1的A-A剖视图。图3图1中I处局部放大图。图4侧板正视图。图5侧板左视图。图6试样筒正面剖视图。图7图6的B-B剖视图。图8筒下底座正面剖视图。
图9筒下底座俯视图。
图10上、下垫片正视图。
图11主轴正视图。
图中电机1、大齿轮2、小齿轮轴3、主轴4、上推力调心滚子轴承5、右侧板6、筒内上柱塞7、岩土试样8、筒内下柱塞9、筒下底座10、下顶板11、底座12、液压加载系统13、液压缸14、下推力调心滚子轴承15、四根立柱16、下垫片17、试样筒18、上垫片19、左侧板20、 上顶板21、调心球轴承22、主轴端挡板23、上端盖对、套筒25、下滚珠轴承沈、上滚珠轴承 27、电机支架观、联轴器四、减速箱30、第一台阶轴d、第二台阶轴C、第三台阶轴b。
具体实施方式
下面结合附图1 图11及实施例对本发明作进一步详细说明。
一种可旋转岩土试验机，可旋转岩土试验机包括安装在底座12内部空腔中心的液压缸14、液压加载系统13、试样筒18、上顶板21。四根立柱16的下端固接在底座12四角的四个立柱孔内，下顶板11活动套接在四根立柱16的下部，可以沿着四根立柱16在竖直方向滑动，四根立柱16对下顶板11起到导向作用，如图1所示。四根立柱16的上部固定套接在上顶板21四角的四个立柱孔内。
在试样筒18下部的筒内依次放置筒内下柱塞9、下垫片17、岩土试样8、上垫片 19，将筒内上柱塞7从试样筒18上端的孔放入试样筒18，其下端面与上垫片19接触，筒内上柱塞7的外圆面与试样筒18上端的孔配合，其间设橡胶密封圈，筒内下柱塞9的外圆面与试样筒18的内壁之间设橡胶密封圈。
下推力调心滚子轴承15的外圈安装在下顶板11中心设置的轴承座孔内；筒下底座10的短轴端安装在下推力调心滚子轴承15的内圈中。
筒下底座10上面中心处的方形定位槽与试样筒18下端的方形法兰间隙配合。
上顶板21的上表面和下表面上分别安装调心球轴承22和上推力调心滚子轴承5 ； 主轴4为一台阶轴，第一台阶轴d的一段与调心球轴承22配合，第二台阶轴c与上推力调心滚子轴承5配合。
在第三台阶轴b的下表面上对称安装左侧板20和右侧板6，二者与试样筒18上端方形法兰相对的两个侧面间隙配合。这样保证岩土试样8与试样筒18同轴并一起旋转，且转动扭矩由试样筒18承担，保证岩土试样8只受轴向力作用，不承受扭矩作用。
套筒25套在主轴4的第一台阶轴d上，与调心球轴承22内圈接触。
第一台阶轴d的轴端通过键与大齿轮2连接，大齿轮2的下端面压住套筒25。
第一台阶轴d的端面上通过螺钉安装主轴端挡板23。
主轴4与筒内上柱塞7、岩土试样8、筒内下柱塞9同轴。
下滚珠轴承沈安装在上顶板21上，位于调心球轴承22轴承座孔的右边的轴承座孔内；小齿轮轴3的一端与下滚珠轴承沈配合。
上端盖M是截面轮廓为η字型的圆形端盖，在上端盖M上设一台阶孔，其上安装上滚珠轴承27，通过螺栓将上端盖M与上顶板21固定连接，并使小齿轮轴3的另一端与上滚珠轴承27配合，大齿轮2与小齿轮轴3啮合。
电机1的轴接减速箱30的输入轴，减速箱30固定在电机支架28上，电机支架28固定在上端盖M上；小齿轮轴3通过联轴器四与减速箱30的输出轴连接。
筒内下柱塞9的上端面的中心处，设一锥形凹槽；所述的下垫片17的中心处设一圆锥凸起，下垫片17的圆锥凸起与筒内下柱塞9的锥形凹槽配合；所述的筒内上柱塞7的下端面的中心处，设一锥形凹槽；上垫片19的中心处设一圆锥凸起，上垫片19的圆锥凸起与筒内上柱塞7的锥形凹槽配合。
底座12内部为空腔，上表面四个角处各设一个盲孔，见图1。
下顶板11为上表面中心开有轴承座孔，四个角各设一个通孔的矩形钢板，见图1、 2。
筒下底座10为圆盘形状，其下表面中心设有一短轴，上表面中心开有方形定位槽，见图8和图9。
试样筒18为上下两端都有方形法兰的圆筒，试样筒18为一台阶孔，试样筒18上部通孔圆周内表面上开有截面为矩形的环形密封槽，大小孔端的法兰均为相同的正方形， 其中部径向截面为一圆环，见图6和图7。
上下垫片19、17均为一侧带有圆锥凸起的圆盘，见图10。
左侧板20和右侧板6为倒L形的钢板，并设三根筋板加强，见图4和图5。
上顶板21的四角上各设一个通孔，其中心设一台阶通孔，其两端的孔为轴承座孔，在其一面上的右边又设一轴承座孔。
通过螺栓将液压缸14安装在底座12的内部空腔内的中心处。
岩土试样8精加工成圆柱状。
液压缸14的推力通过下顶板11、筒下底座10、筒内下柱塞9、以及下垫片17、筒内上柱塞7、主轴4作用在岩土试样8上。
本发明的工作原理，叙述如下
当电机1带动减速箱30转动，带动小齿轮轴3旋转，并驱动大齿轮2旋转，从而带动主轴4旋转；主轴两侧的左右侧板20、6内表面与试样筒18上端的方形法兰的两个相对的侧面平齐，从而带动试样筒18 —起旋转；试样筒18下端的方形法兰装入筒下底座10 的方形定位槽中，从而带动筒下底座10 —起旋转；当液压缸14启动，向上的推力作用在下顶板11上并使之沿四根立柱16向上滑动，轴向推力传递给岩土试样8，轴向推力由下顶板 11、上顶板21上安装的上下推力调心滚子轴承5、15承担。从而实现对岩土试样8的轴向加载并且加载机构旋转，以便实现对试样筒18内岩土试样8的在线检测。
权利要求
1.一种可旋转岩土试验机，可旋转岩土试验机包括安装在底座(1 内部空腔中心的液压缸(14)、液压加载系统(13)、试样筒(18)、上顶板(21)；四根立柱(16)的下端固接在底座(1 四角的四个立柱孔内，下顶板(11)活动套接在四根立柱(16)的下部，四根立柱 (16)的上部固定套接在上顶板四角的四个立柱孔内，试样筒(18)位于下顶板(11)和上顶板之间；在试样筒(18)下部的筒内依次放置筒内下柱塞(9)、下垫片(17)、岩土试样(8)、上垫片(19)，将筒内上柱塞(7)从试样筒(18)上端的孔放入试样筒(18)，其下端面与上垫片 (19)接触，筒内上柱塞(7)的外圆面与试样筒(18)上端的孔配合，其间设橡胶密封圈，筒内下柱塞(9)的外圆面与试样筒(18)的内壁之间设橡胶密封圈； 其特征在于下推力调心滚子轴承(1 的外圈安装在下顶板(11)中心设置的轴承座孔内；筒下底座(10)的短轴端安装在下推力调心滚子轴承(15)的内圈中；筒下底座(10)上面中心处的方形定位槽与试样筒(18)下端的方形法兰间隙配合； 上顶板的上表面和下表面上分别安装调心球轴承0 和上推力调心滚子轴承 (5)；主轴(4)为一台阶轴，第一台阶轴(d)的一段与调心球轴承0 配合，第二台阶轴(c) 与上推力调心滚子轴承( 配合；在第三台阶轴(b)下表面上对称安装左侧板OO)和右侧板(6)，二者与试样筒(18)上端方形法兰相对的两个侧面间隙配合；套筒0 套在主轴的第一台阶轴(d)上，与调心球轴承0 内圈接触； 第一台阶轴(d)的轴端通过键与大齿轮( 连接，大齿轮( 的下端面压住套筒05)； 第一台阶轴(d)的端面上通过螺钉安装主轴端挡板03)； 主轴⑷与筒内上柱塞(7)、岩土试样(8)、筒内下柱塞(9)同轴； 下滚珠轴承06)安装在上顶板上，调心球轴承0 轴承座孔的右边的轴承座孔内；小齿轮轴(3)的一端与下滚珠轴承06)配合；在上端盖04)上设一台阶孔，其上安装上滚珠轴承(27)，通过螺栓将上端盖04)与上顶板固定连接，并使小齿轮轴C3)的另一端与上滚珠轴承07)配合，大齿轮( 与小齿轮轴⑶啮合；电机(1)的轴接减速箱(30)的输入轴，减速箱(30)固定在电机支架08)上，电机支架08)固定在上端盖04)上；小齿轮轴( 通过联轴器09)与减速箱(30)的输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种可旋转岩土试验机，其特征在于所述的筒内下柱塞(9)的上端面的中心处，设一锥形凹槽；所述的下垫片(17)的中心处设一圆锥凸起，下垫片(17)的圆锥凸起与筒内下柱塞(9)的锥形凹槽配合；所述的筒内上柱塞(7)的下端面的中心处，设一锥形凹槽；所述的上垫片(19)的中心处设一圆锥凸起， 上垫片(19)的圆锥凸起与筒内上柱塞(7)的锥形凹槽配合。
3.根据权利要求1所述的一种可旋转岩土试验机，其特征在于所述的试样筒(18)为一台阶孔，大小孔端的法兰均为相同的正方形，其中部径向截面为一圆环；所述的左侧板00)和右侧板(6)为一直角形，并设三根加强筋。
4.根据权利要求1所述的一种可旋转岩土试验机，其特征在于 所述的筒下底座(10)的一面为一短轴，另一面为一方形凹槽。
全文摘要
一种可旋转岩土试验机，涉及一种岩土试验机设备。试样筒(18)的下端法兰通过筒下底座(10)与下推力调心滚子轴承(15)连接，试样筒(18)的上端法兰通过左右侧板(20、16)和主轴(4)连接，大齿轮(2)与主轴连接，大齿轮与小齿轮轴(3)上的齿轮啮合，电机(1)通过减速箱(30)、联轴器(29)与小齿轮轴连接。主轴(4)的转动带动试样筒(18)、筒下底座(10)一起旋转实现岩土试样(8)的旋转。解决了岩土试样(8)轴向加载过程中的旋转问题。这样便于应用工业CT连续扫描岩土试样在轴向加载的情况下的内部动态，有利于深化岩土力学的研究。
文档编号G01N3/12GK102494951SQ20111036217
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者何忠良, 刘庭伟, 周明连, 梁彤芬, 武璐 申请人:北京交通大学