一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪制造技术

本发明专利技术属于岩体力学试验设备技术领域，公开了一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器。本方明提供了一种能够保证扭矩施加精度和可靠性的扭剪仪。

A hollow cylinder torsional shear apparatus for lifting torque application accuracy

The invention belongs to the technical field of rock mechanics test equipment, and discloses a lifting torque precision rock hollow cylinder apparatus, which comprises a frame, a lifting device, a base, an upper seat, confining pressure barrel, transmission shaft group, transmission shaft bracket, torque structure, torque sensor, coupling and controller. The present invention provides a torsional shear apparatus capable of ensuring the accuracy and reliability of torque application.

【技术实现步骤摘要】
一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪
本专利技术涉及岩体力学试验设备
，特别涉及一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪。
技术介绍
在交通、水利水电、采矿等基础工程建设和资源/能源开发领域需要建设大量深埋长大隧道(隧洞、巷道)，TBM(全断面岩石隧道掘进机)以其安全、高效、经济等独特优势成为深埋长大隧道(隧洞、巷道)施工的最佳选择和必然发展方向。TBM开挖过程会引起围岩应力发生持续调整，其突出特点是：主应力量值大幅度改变同时伴随应力主轴大角度旋转。在深埋高应力条件下，围岩应力的上述变化常导致高强度岩爆、大变形卡机等重大工程灾害频发，严重威胁人员和施工安全，经济损失巨大。因此，深入揭示深部地层TBM掘进围岩主应力量值改变和应力主轴旋转组合条件下围岩破坏机理和力学特征是进行上述重大工程灾害准确预测与可靠防控的基本前提和科学依据，也是深部地层TBM选型和系统适应性设计需要重点考虑的关键因素。国内外现有的岩石力学试验仪器中，可以模拟复杂应力路径的包括：岩石空心圆柱扭剪仪。但是在其工作过程中，施加的扭矩是通过扭矩施加动力原件反算得到的，但是由于机械传导结构本身的缝隙间隙，摩擦等因素等，导致实际作用在终端试样上的值损失了部分，从而导致实验数据严重失真。
技术实现思路
本专利技术提供一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，解决现有技术中扭矩施力过程结构性扭矩损失，导致试验可靠性和精度的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器；所述传力轴组包括：通过所述联轴器连接的第一联轴器和第二联轴器；所述扭矩传感器设置在所述联轴器上，用于检测传力轴组上的扭矩；所述升降装置固定在所述框架上，所述底座固定在所述升降装置上；所述围压桶固定在所述底座上，所述底座上，围压桶内腔中设置一用于固定试样底端的下压头；所述上座固定在所述围压桶上部，与所述围压桶以及所述底座围成试样反应空间；所述第一传力轴中部嵌于所述上座内，底部位于所述反应空间内，所述第一传力轴底端设置一用于固定试样顶端的上压头；所述第一传力轴中部位于所述上座内的杆身上设置一活塞，所述上座内设置一与所述活塞匹配的施力油腔，所述活塞将所述施力油腔分隔成上施力油腔和下施力油腔；所述传力轴组通过所述传力轴支架固定在所述框架上，相对所述框架保持轴向和径向静止；所述扭矩施加结构固定在所述框架上，与所述第二传力轴上部相连，用于施加扭矩；所述围压桶、所述上施力油腔和所述下施力油腔均设置用于与外部液压元件连接的输油通道；所述控制器分别与所述扭矩施加结构、所述升降结构、液压元件以及所述扭矩传感器相连；其中，所述扭矩传感器经由所述控制器控制所述扭矩施加结构；所述控制器对所述升降结构以及所述液压元件实现连锁控制，当所述液压原向所述施力油腔供油或者泄油，驱动所述反应空间相对于所述传力轴上下移动时，所述升降装置跟所述反应空间移动。进一步地，所述升降装置包括：液压动力元件、导轨以及升降支座；所述导轨固定在所述框架上，所述升降支座通过与所述导轨匹配的滑块固定在所述导轨上；所述液压动力元件固定在所述框架与所述升降支座之间，驱动所述升降支座沿所述导轨移动。进一步地，所述液压动力元件包括：液压千斤顶。进一步地，所述围压桶内开设的输油通道包括：位于所述上座以及底座上，连通所述围压桶内腔的输油通道；位于所述底座上，连通岩石空心圆柱试样内腔的输油通道。进一步地，所述上压头以及所述下压头上设置粘连结构，用于将所述试样的端部分别粘接在所述上压头和下压头上。进一步地，传力轴支架包括：第一支架以及第一法兰丝扣；所述第一支架一端固定在所述框架上，另一端通过所述第一法兰丝扣与所述第一传力轴相连。进一步地，所述传力轴支架还包括：第二支架以及第二法兰丝扣；所述第二支架一端固定在所述框架上，另一端通过所述第二法兰丝扣与所述第二传力轴相连。进一步地，所述扭矩施加结构包括：扭矩传力杆、扭矩施加油缸以及油缸固定基座；所述扭矩传力杆一端与所述传力杆上部相连，另一端通过关节轴承与所述扭矩施加油缸的活塞头相连。进一步地，所述扭矩传力杆固定在所述第二传力轴上。进一步地，所述底座与所述围压桶之间、所述上座与所述围压桶之间以及所述上座与所述传力轴之间均设置密封圈。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请实施例中提供的提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，通过在与试样直接接触的传力轴组上设置终端扭矩传感器，检测作用在试样的实际扭矩，反馈控制扭矩施加动力元件，从而保证作用在力学传导结构终端的试样上的扭矩是试验要求的值，充分保证了实验数据的可靠性。进一步地，本扭剪仪还革新扭剪仪的扭矩和轴向施力方式，协调两个操作过程，避免其相互干扰；具体来说，通过将传力轴固定在框架上，保持轴向和径向相对于框架静止；将扭矩施加结构固定在所述框架上，以其为施力支点；设置升降结构，执行抬升主体反应空间操作，使得轴向施力过程的动件由常规的传力轴改成主体反应空间；从而使得传力轴在轴向和径向都不存在位移的情况下完成轴向施力，同时扭矩施力操作由于传力轴在轴向和径向上相对于框架静止，而扭矩施力组件只向传力轴施加切向扭矩，在轴向和切向上相对静止，从而实现了施加扭矩操作与轴向施力操作的，相对独立，从而避免了相互干扰；保证了试验可靠性和精度。克服了现有结构中扭矩施加结构与传力轴的刚性连接，避免了产生由于运动趋势产生的结构应力，而影响施力精度，角度和稳定性的问题。附图说明图1为本专利技术提供的提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪的结构示意图；图2为本专利技术提供的提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪的外形图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，解决现有技术中扭矩施力过程扭矩结构性损失，导致试验可靠性和精度的技术问题；达到了提升试验可靠性和精度的技术效果。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本专利技术实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。参见图1和图2，一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，包括：框架1、升降装置(2、3)、底座4、围压桶10、上座18、传力轴26、传力轴支架(29、30、34、38)、扭矩施加结构和控制器。具体来说，所述传力轴组包括：通过所述联轴器连接的第一联轴器26和第二联轴器33；所述扭矩传感器32设置在所述联轴器31上，用于检测传力轴组上的扭矩；所述扭矩传感器与控制相连，所述控制与扭矩施加结构相连；从而通过实施检测终端试样的实际扭矩，来反馈控制扭矩施加结构的输出，保证处于力学传导结构终端的实验所受到的施加扭矩为试验要求值，保证试验的精度和可靠性。所述升降装置固定在所述框架1上，所述底座4通过底座固定螺栓5固定在所述升降装置上；从而实现底座的抬升下降控制。所述围压桶10固定在所述底座4上，所述底座4上，围压桶内腔17中设置一用于固定试样11底端的下压头9，通过下压头固定螺栓8固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，其特征在于，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器；所述传力轴组包括：通过所述联轴器连接的第一联轴器和第二联轴器；所述扭矩传感器设置在所述联轴器上，用于检测传力轴组上的扭矩；所述升降装置固定在所述框架上，所述底座固定在所述升降装置上；所述围压桶固定在所述底座上，所述底座上，围压桶内腔中设置一用于固定试样底端的下压头；所述上座固定在所述围压桶上部，与所述围压桶以及所述底座围成试样反应空间；所述第一传力轴中部嵌于所述上座内，底部位于所述反应空间内，所述第一传力轴底端设置一用于固定试样顶端的上压头；所述第一传力轴中部位于所述上座内的杆身上设置一活塞，所述上座内设置一与所述活塞匹配的施力油腔，所述活塞将所述施力油腔分隔成上施力油腔和下施力油腔；所述传力轴组通过所述传力轴支架固定在所述框架上，相对所述框架保持轴向和径向静止；所述扭矩施加结构固定在所述框架上，与所述第二传力轴上部相连，用于施加扭矩；所述围压桶、所述上施力油腔和所述下施力油腔均设置用于与外部液压元件连接的输油通道；所述控制器分别与所述扭矩施加结构、所述升降结构、液压元件以及所述扭矩传感器相连；其中，所述扭矩传感器经由所述控制器控制所述扭矩施加结构；所述控制器对所述升降结构以及所述液压元件实现连锁控制，当所述液压原向所述施力油腔供油或者泄油，驱动所述反应空间相对于所述传力轴上下移动时，所述升降装置跟所述反应空间移动。...

【技术特征摘要】
1.一种提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，其特征在于，包括：框架、升降装置、底座、围压桶、上座、传力轴组、传力轴支架、扭矩施加结构、扭矩传感器、联轴器和控制器；所述传力轴组包括：通过所述联轴器连接的第一联轴器和第二联轴器；所述扭矩传感器设置在所述联轴器上，用于检测传力轴组上的扭矩；所述升降装置固定在所述框架上，所述底座固定在所述升降装置上；所述围压桶固定在所述底座上，所述底座上，围压桶内腔中设置一用于固定试样底端的下压头；所述上座固定在所述围压桶上部，与所述围压桶以及所述底座围成试样反应空间；所述第一传力轴中部嵌于所述上座内，底部位于所述反应空间内，所述第一传力轴底端设置一用于固定试样顶端的上压头；所述第一传力轴中部位于所述上座内的杆身上设置一活塞，所述上座内设置一与所述活塞匹配的施力油腔，所述活塞将所述施力油腔分隔成上施力油腔和下施力油腔；所述传力轴组通过所述传力轴支架固定在所述框架上，相对所述框架保持轴向和径向静止；所述扭矩施加结构固定在所述框架上，与所述第二传力轴上部相连，用于施加扭矩；所述围压桶、所述上施力油腔和所述下施力油腔均设置用于与外部液压元件连接的输油通道；所述控制器分别与所述扭矩施加结构、所述升降结构、液压元件以及所述扭矩传感器相连；其中，所述扭矩传感器经由所述控制器控制所述扭矩施加结构；所述控制器对所述升降结构以及所述液压元件实现连锁控制，当所述液压原向所述施力油腔供油或者泄油，驱动所述反应空间相对于所述传力轴上下移动时，所述升降装置跟所述反应空间移动。2.如权利要求1所述的提升扭矩施加精度的岩石空心圆柱扭剪仪，其特征在于，所述升降装置包括：液压动力元件、导轨以及升降支座；所述导轨固定在所述框架上，所述升降支座通过与所述导轨匹配的滑块固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，黄磊，卢景景，胡大伟，姜玥，胡明明，高阳，刘海涛，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42