一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪制造技术

本发明专利技术公开了一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、测量土样变形的工业相机的自动移动和控制系统，适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室。本发明专利技术用砝码逐级施加恒定垂直荷载，同时进行三个土样的三轴试验，能一次完成相同围压不同轴压/不同围压相同轴压/不同围压不同轴压的三轴试验，且砝码加载自动化，同时集成了自动围压控制系统和土样变形数字图像测量系统。轴向加载采用砝码和杠杆加载，解决电机加载产生的载荷波动以及电机持续正反转降低寿命的问题。采用RC电路对电磁铁的通断电控制，实现砝码的全自动加卸载。

An intelligent triaxial three axle instrument for constant load loading or unloading

The present invention discloses a constant load or unload the intelligent triple geotechnical three axis instrument, including axial loading system, feedback control system and mobile type automatic control system, automatic pressure measurement of soil sample deformation of industrial cameras, suitable for three axis pressure chamber in soil deformation measurement of digital image. The present invention by applying a constant weight by vertical load, and three triaxial test of three soil samples, can complete the same confining pressure at different axial compression / different confining pressure the same axial compression / three triaxial test under different confining pressures of different axial pressure and weight loading time, automation, and integration with the pressure deformation control of digital image measurement the system automatically and soil around. The axial load is loaded with weights and levers to solve the load fluctuation caused by the motor loading and the continuous positive reverse of the motor to reduce the life expectancy. The RC circuit is used to control the on-off of the electromagnet, so as to realize the automatic loading and unloading of the weights.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程领域，涉及一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪。
技术介绍
三轴剪切试验和固结压缩试验是岩土力学和工程中最重要和最常用的试验。前者在均等的周围压力作用下测定轴向应力与应变之间的关系，以研究土的应力应变和强度性质，后者在无侧向变形的条件下测量轴向应力与变形(孔隙比)之间的关系，以研究土的压缩性质。两者所用的设备分别是土工三轴仪和固结压缩仪。常规三轴仪主要由三轴压力室、轴向加载系统、围压加载系统、力和变形测量等装置组成。轴向加载系统通常采用电机作为加载的动力源，能实现均匀等速加载、应力控制式加载和位移控制式加载。土样变形测量则多采用接触式测量方法，测量精度不够高。用常规三轴仪进行恒荷加卸载的三轴试验有以下问题：以交流电机作为动力源的传统三轴试验仪难以实现恒荷载控制；以步进电机或者伺服电机作为动力源的三轴试验仪在保持恒荷加卸载时会出现荷载波动，同时会损害电机的寿命。固结压缩试验是测定土的压缩性指标，主要包括土的压缩系数av、压缩指数Cc及固结系数Cv等。多联固结压缩仪是常规的土工仪器，能同时做三组土样的试验，其轴向载荷采用砝码和杠杆人工加载，可以实现恒荷加卸载。将固结压缩仪的加载方式与三轴试验结合起来，则可以很容易实现三轴试验的恒荷载分级加卸载和循环加卸载，且加载稳定无波动。另一方面，现有的三轴仪都只拥有一套试验系统，即每次只能完成一个试样的试验。三联三轴仪则可以一次完成三个试样的试验。综上所述，集成这两种土工仪器的优势，专利技术一种恒荷加卸载、多联三轴压力室、配套土样非接触全表面变形数字图像测量系统、具有多功能的智能全自动砝码加(卸)载的土工三轴仪可以支持土力学研究，也具有工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，该智能三联土工三轴仪采用三联三轴压力室，用砝码逐级施加恒定垂直荷载，可以同时进行三个土样的三轴试验，能一次完成相同围压不同轴压/不同围压相同轴压/不同围压不同轴压的三轴试验，且砝码加载自动化，同时集成了自动围压控制系统和土样变形数字图像测量系统。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，该智能三联土工三轴仪采用往复移动的工业相机实现对三个三轴压力室内土样变形的图像测量；轴向荷载的施加采用杠杆砝码加载，避免电机加载的载荷波动实现加载稳定。该智能三联土工三轴仪包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统、助力系统和适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室。该智能三联土工三轴仪包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统、助力系统和适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室；所述的轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统分别通过导线与计算机30相连。所述的助力系统包括一个电动葫芦11和一个实验桌。所述的实验桌分上层13、中层16和下层19；所述的实验桌的中层16的两个边角固定安装两个竖直梁15,所述的竖直梁15上分布多个通孔，所述的上层13的两侧拉杆与竖直梁15的通孔连接；所述的中层16和下层19通过四个实验桌的桌腿1固定；所述的电动葫芦11挂在两个竖直梁15之间的横梁12上，能够在横梁12上自由滑动。所述往复移动图像测量系统包括工业相机8、两个导轨A7、两个导轨B18、步进电机17、步进电机座6和激光对射开关5。所述的两个导轨B18固定安装在实验桌中层16上；所述的两个步进电机座6分别固定安装在导轨B18上；所述的步进电机17安装在步进电机座6上，随步进电机座6能够在导轨B18前后滑动；所述的两个导轨A7并排安装在两个步进电机座6之间；所述的工业相机8安装在导轨A7上，能够在导轨A7上往复滑动；所述的激光对射开关5成对对称安装在导轨A7的两侧，与三轴压力室9的中心处于同一平面，激光对射开关5用于工业相机8定位，所述的工业相机8在导轨A7上移动和定位，分别采集各个三轴压力室内土样的图像。所述的适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室9安装在实验桌的中层16上；所述的包裹橡皮膜的试样31安装三轴压力室9内，荷载经过加载杆10传递到试样31。所述的轴向加载系统包括砝码系统、杠杆4、加载杆10、力传感器14、传力杆件27、杠杆支持座28和传力梁29。所述的砝码系统包括砝码组件2和电磁铁组件3，所述的砝码系统的个数与三轴压力室9个数相同。所述的砝码组件2包括砝码托盘21、砝码22和砝码挂钩23，所述的砝码组件2通过砝码挂钩23与杠杆4的一侧相连，杠杆4的另一侧分别与传力梁29铰链接，与杠杆支持座28滑动连接，所述杠杆支持座28固定在实验桌的中层16下表面；所述传力梁29两侧与传力杆件27螺纹连接；所述传力杆件27上端与加载杆10螺纹连接，加载杆10通过螺纹实现位置可调；所述加载杆10中部与力传感器14固定连接，加载杆10下端与三轴压力室9内的试样帽连接，使荷载通过加载杆10传递到三轴压力室9内的试样上。所述的电磁铁组件3包括电磁铁24、电磁铁座25和电磁铁固定板26，用于实现砝码22的自动加载或卸载；所述的砝码系统通过电磁铁固定板26的下方固定在下层19，电磁铁座25的一侧固定在电磁铁固定板26上，电磁铁座25的下表面固定电磁铁24，砝码挂钩23穿过电磁铁座25和电磁铁24的中心悬挂在杠杆4上。所述反馈式自动围压控制系统包括一个水压强控制器20和管路；所述的水压强控制器20固定在实验桌的下层19，通过管路与三轴压力室9连接，用于提供围压。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术能逐级施加恒定垂直荷载，解决电机加载产生的载荷波动以及电机持续正反转降低寿命的问题，可以同时进行三个土样的三轴试验，能一次完成相同围压不同轴压/不同围压相同轴压/不同围压不同轴压的三轴试验，且砝码加载自动化。2)本专利技术同时集成了自动反馈围压控制系统和土样变形数字图像测量系统。采用RC电路对电磁铁的通断电控制，实现砝码的全自动加卸载，用单片机控制多个电磁铁实现砝码的全自动循环加卸载。围压动力源采用自主研发的反馈式自动水压强控制器，结构简单体积小。土样变形测量采用自主研发的全表面数字图像测量系统，由一个可以往复移动的工业相机采集土样图像数据，利用激光对射开关实现导轨上相机的精确定位。附图说明图1为本专利技术总体结构图；图2为砝码系统组成图；图3为电磁铁组件图；图4为砝码组件图；图5为轴向加载系统结构和组成图图6为数字图像测量系统图；图7为往复移动图像测量系统组成图；图中：1实验桌桌腿；2砝码组件；3电磁铁组件；4杠杆；5激光对射开关；6步进电机座；7导轨A；8工业相机；9三轴压力室；10加载杆；11电动葫芦；12横梁；13实验桌上层；14力传感器；15竖直梁；16实验桌中层；17步进电机；18导轨B；19实验桌下层；20水压强控制器；21砝码托盘；22砝码；23砝码挂钩；24电磁铁；25电磁铁座；26电磁铁固定板；27传力杆件；28杠杆支持座；29传力梁；30计算机；31试样。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做进一步阐述。一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统分别通过导线与计算机30相连。实验桌1中层16的两个边角固定安装两个竖直梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，其特征在于，该智能三联土工三轴仪包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统、助力系统和适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室(9)；所述的助力系统包括一个电动葫芦(11)和一个实验桌；所述的实验桌的中层(16)的两个边角分别安装两个表面分布通孔的竖直梁(15)；所述的实验桌的上层(13)的两侧拉杆与竖直梁(15)的通孔连接；所述的电动葫芦(11)挂在两个竖直梁(15)之间的横梁(12)上，能够在横梁(12)上自由滑动；所述往复移动图像测量系统通过导线与计算机(30)相连，包括工业相机(8)、两个导轨A(7)、两个导轨B(18)、步进电机(17)、步进电机座(6)和激光对射开关(5)；所述的两个导轨B(18)安装在实验桌的中层(16)上；所述的两个步进电机座(6)分别安装在导轨B(18)上；所述的步进电机(17)安装在步进电机座(6)上，能够在导轨B(18)前后滑动；所述的两个导轨A(7)并排安装在两个步进电机座(6)之间；所述的工业相机(8)安装在导轨A(7)上，能够在导轨A(7)上往复滑动；所述的激光对射开关(5)成对对称安装在导轨A(7)的两侧，与三轴压力室(9)的中心处于同一平面，激光对射开关(5)用于工业相机(8)的定位；所述的三轴压力室(9)安装在实验桌的中层(16)上，所述的包裹橡皮膜的试样(31)安装三轴压力室(9)内；所述的轴向加载系统通过导线与计算机(30)相连，包括砝码系统、杠杆(4)、加载杆(10)、力传感器(14)、传力杆件(27)、杠杆支持座(28)和传力梁(29)；所述的砝码系统包括砝码组件(2)和电磁铁组件(3)，所述的砝码系统的个数与三轴压力室(9)个数相同；所述的砝码组件(2)通过砝码挂钩(23)与杠杆(4)的一侧相连；杠杆(4)的另一侧与传力梁(29)铰链接，与杠杆支持座(28)滑动连接；所述杠杆支持座(28)固定在实验桌的中层(16)下表面；所述传力梁(29)两侧与传力杆件(27)连接；所述传力杆件(27)上端与加载杆(10)螺纹连接，加载杆(10)通过螺纹调整位置；所述加载杆(10)与力传感器(14)连接后，再与三轴压力室(9)内的试样帽连接，荷载经过加载杆(10)传递到试样(31)；所述的电磁铁组件(3)包括电磁铁(24)、电磁铁座(25)和电磁铁固定板(26)，用于实现砝码(22)的自动加载或卸载；所述的砝码系统通过电磁铁固定板(26)的下方固定在下层(19)，电磁铁座(25)的一侧固定在电磁铁固定板(26)上，电磁铁座(25)的下表面固定电磁铁(24)，砝码挂钩(23)穿过电磁铁座(25)和电磁铁(24)的中心悬挂在杠杆(4)上；所述反馈式自动围压控制系统的水压强控制器(20)固定在实验桌的下层(19)，通过管路与三轴压力室(9)连接，用于提供围压；反馈式自动围压控制系统通过通过导线与计算机(30)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种恒荷加载或卸载的智能三联土工三轴仪，其特征在于，该智能三联土工三轴仪包括轴向加载系统、反馈式自动围压控制系统、往复移动图像测量系统、助力系统和适用于土样变形数字图像测量的三轴压力室(9)；所述的助力系统包括一个电动葫芦(11)和一个实验桌；所述的实验桌的中层(16)的两个边角分别安装两个表面分布通孔的竖直梁(15)；所述的实验桌的上层(13)的两侧拉杆与竖直梁(15)的通孔连接；所述的电动葫芦(11)挂在两个竖直梁(15)之间的横梁(12)上，能够在横梁(12)上自由滑动；所述往复移动图像测量系统通过导线与计算机(30)相连，包括工业相机(8)、两个导轨A(7)、两个导轨B(18)、步进电机(17)、步进电机座(6)和激光对射开关(5)；所述的两个导轨B(18)安装在实验桌的中层(16)上；所述的两个步进电机座(6)分别安装在导轨B(18)上；所述的步进电机(17)安装在步进电机座(6)上，能够在导轨B(18)前后滑动；所述的两个导轨A(7)并排安装在两个步进电机座(6)之间；所述的工业相机(8)安装在导轨A(7)上，能够在导轨A(7)上往复滑动；所述的激光对射开关(5)成对对称安装在导轨A(7)的两侧，与三轴压力室(9)的中心处于同一平面，激光对射开关(5)用于工业相机(8)的定位；所述的三轴压力室(9)安装在实验桌的中层(16)上，所述的包裹橡皮膜的试样(31)安装三轴压力室(9)内；所述的轴向加...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏平心，邵龙潭，王鹏鹏，李希成，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21