一种全自动冻胀仪制造技术

本发明专利技术公开了一种全自动冻胀仪，包括主机加载框架(1)，位于主机加载框架(1)上的冻结压力室(2)，与冻结压力室(2)相连接的高低温循环控制系统(3)，连接在冻结压力室(3)顶部的水位控制系统(4)，与水位控制系统(4)相连的计算机(5)；所述的计算机(5)与主机加载框架(1)和高低温循环控制系统(3)相连接。可通过计算机(5)对本发明专利技术进行试验控制和采集。本发明专利技术所述的全自动冻胀仪可实现对试验过程的自动化控制和采集，并采用伺服闭环控制，可有效地保证试验中对试验控制的高精度要求，稳定性能高，使用寿命长。

Full automatic frost heaving instrument

The invention discloses an automatic freezing instrument, including the host loading frame (1), located in the main loading frame (1) on the freezing pressure chamber (2), and the freezing pressure chamber (2) high temperature cycle control system is connected with the (3), connected to the freezing pressure chamber (3) control system at the top level (4), and the water level control system (4) is connected to the computer (5); the host computer (5) and loading frame (1) and high temperature cycle control system (3) connected. The invention can be used for trial control and collection of the invention by means of a computer (5). Automatic freezing apparatus of the invention can realize the automatic control of the acquisition and the test process, and adopts the servo closed-loop control, which can effectively guarantee the requirements of high precision test control test, high stability, long service life.

【技术实现步骤摘要】
一种全自动冻胀仪
本专利技术涉及一种全自动冻胀仪，尤其涉及一种能够研究冻结过程中岩土材料的冻胀力和冻胀量以及水分迁移情况的试验设备。
技术介绍
土是自然界岩石风化的产物，其物理力学特性受到其形成过程和区域的影响而表现出很大的不同，通常在多年冻土和季节性冻土地区，由于复杂的环境地理条件限制，土的物理力学性能指标往往难以掌握。与一般土体相比，多年冻土和季节性冻土地区的土体多受到冻胀力、冻胀量等物理力学指标的影响。据统计我国西部永久性冻土与季节性冻土区域面积占国土总面积的60％以上，而近几年来我国进行了大规模的西部建设，如西气东输、西电东输工程、青藏铁路、青藏公路等大型国家建设项目，冻土问题将成为这些工程建设中的一大阻力，如铁路隧道开挖及支护受到冻胀作用的显著影响，涉及到冻土的力学性能试验和力学性能指标的确定等问题。此外，目前在土木、交通以及采矿等工程领域多采用冻结法进行施工，主要是由于冻胀作用的影响，土体中的水热状态发生显著变化，并引起土体的强度以及结构发生相应改变，但是在冻结法施工的过程中，冻胀作用对周围建筑物和施工的影响是不可忽视的，主要表现为周围建筑物基础的不均匀隆起、建筑物开裂变形、对已有管线的冻胀破坏以及外层混凝土井壁的压坏等等。因此，对冻土的物理力学指标的研究相当紧迫。对于冻土物理性能指标的确定多采用冻胀仪进行试验研究。冻胀仪主要研究在冻胀过程中，土体的冻胀率、冻胀深度、冻胀量和冻胀力，以及冻土融化过程中的融沉系数等物理性能参数，进而对工程地基融化、压缩沉降进行研究。经过专利文献检索，现有技术多在设备功能上做了一些有益的探索和改进，例如一种冻胀仪(中国专利申请号：201510074655.8)，针对现有测量路基冻胀设备在功能、精度、适用性等方面的弊端，提出了一种能够对路基冻胀以及水分迁移情况进行试验研究的冻胀设备，提高了试验控制的精度和功能，但是该专利技术采用砝码加载，难以实现荷载的连续施加，且补水装置采用马氏瓶量筒，地下水位的调节精度较低，易受到环境温度的影响，产生蒸发等现象，温度探头均位于玻璃试样筒侧壁，仅能测得试样内部的温度，而不能有效的提高试样顶部和底部温度控制的精确度，同时，该专利技术不能实现试验过程的全自动控制和测量，这些均降低了试验的精确度和效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是：提供一种新型全自动冻胀仪，能够实现岩土材料冻胀试验过程的全自动控制和采集，且对试样顶部和底部温度控制、竖向应力控制等采用伺服闭环控制，可有效地避免环境等客观原因对试验过程的影响，提高试验控制和测量的精确度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：种全自动冻胀仪，其特征在于，它包括主机加载框架，位于主机加载框架上的冻结压力室，与冻结压力室相连接的高低温循环控制系统，连接在冻结压力室顶部的水位控制系统，与水位控制系统相连的计算机；所述的计算机与主机加载框架和高低温循环控制系统相连接。可通过计算机或者控制面板对本专利技术进行试验控制和采集。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，所述的主机加载框架包括加载横梁、荷重传感器、拉杆、控制面板、钢架、伺服驱动装置和丝杆；所述的钢架上分别安装有拉杆和箱体；伺服驱动装置固定于箱体的侧面，并与安装在箱体内部的丝杆相连接，丝杆顶部安装有法兰盘；所述的加载横梁通过上端固定螺母和下端固定螺母固定在拉杆的上端，加载横梁的一端设置有U型开口；所述的冻结压力室位于法兰盘上，冻结压力室的顶部与固定在荷重传感器下方的加载接头相接触，所述的荷重传感器安装在加载横梁的中心。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，所述的伺服驱动装置通过箱体内部的丝杆推动冻结压力室随法兰盘进行竖向运动，控制冻土试样的轴向加载和轴向位移，并采用荷重传感器对冻土试样的受力变化进行伺服控制和测量。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，所述的冻结压力室包括中心杆、上盖、上保温罩、有机玻璃筒、隔热保温材料、下保温罩、导向杆、上隔热块、上端恒温调节板、上透水扩散板、上透水板、冻土试样、下透水板、下透水扩散板、下隔热块、底部支撑杆、下端恒温调节板、上端温度传感器和下端温度传感器；所述的上盖和下保温罩通过导向杆分别固定于有机玻璃筒的上下两端，有机玻璃筒内部安装有冻土试样；所述的冻土试样顶部从下到上依次放置有上透水板、上透水扩散板、上端恒温调节板和上隔热块；中心杆和上隔热块、上端恒温调节板和上透水扩散板依次固定形成一个整体结构B1，上透水扩散板与有机玻璃筒之间采用O型圈密封；所述的冻土试样底部从上到下依次放置有下透水板、下透水扩散板、下端恒温调节板和下隔热块；底部支撑杆和下隔热块、下端恒温调节板和下透水扩散板依次固定形成一个整体结构B2，下透水扩散板与有机玻璃筒之间采用O型圈密封；所述的上保温罩与上盖相连接，下保温罩固定于下端恒温调节板上；隔热保温材料包裹在冻结压力室外部。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，所述的上透水扩散板的顶部和底部分别设置有上端温控环形过水通道和上端补水/排气环形通道，上端温控环形过水通道的入水端和出水端分别与上端恒温调节板顶部的上端温控入口和上端温控出口相连通，上端补水/排气环形通道的中心入水端通过上端补水/排气通道与上隔热块上的上端补水/排气接口相连通；所述的下透水扩散板顶部和底部分别设置有下端补水环形过水通道和下端温控环形过水通道，下端补水环形过水通道通过下端补水通道与下隔热块上的下端补水入口相连通，下端温控环形过水通道的入水端和出水端分别与下端恒温调节板底部的下端温控入口和下端温控出口相连通。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，冻结压力室包括第一高低温循环控制系统和第二高低温循环控制系统；第一高低温循环控制系统与下端温控入口和下端温控出口相连通；第二高低温循环控制系统与上端温控入口和上端温控出口相连通。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，温度传感器穿过有机玻璃筒，并延伸至冻土试样的内部，上端温度传感器安装在上隔热块的内部，下端温度传感器安装在下隔热块的内部。作为优选方案，以上所述的全自动冻胀仪，水位控制系统通过管线与上端补水/排气接口或者下端补水入口相连通。本专利技术提供的全自动冻胀仪，可进行多项实验，如可以进行以下试验：a、单向/双向冻结过程试验，测得土体的冻胀量、冻胀率、冻结深度和冻胀力等试验参数；b、冻土融化过程试验，测得土体的融沉量、融沉系数和压缩系数等物理力学参数；c、冻融循环试验，测得在冻融循环过程中土体的变形、温度、应力和盐分迁移、水分迁移等变化情况，并检测冻融循环前后土体性质的变化。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的全自动冻胀仪采用试验过程自动化控制，能够实现冻土试验过程的全自动化控制和采集，可有效地提高试验的控制和测量精确度；2、本专利技术所述的全自动冻胀仪采用配套的水位控制系统，可有效地降低环境温度对试验过程控制及试验结果准确度的影响；3、本专利技术所述的全自动冻胀仪采用双向可控补水通道设计，该通道即可作为补水通道，又可作为排水通道使用。4、本专利技术所述的全自动冻胀仪轴向采用伺服控制系统加压，能够进行连续轴向加载控制。5、本专利技术所述的全自动冻胀仪的恒温调节板和透水扩散板均采用环形过水通道，可有效地提高试样顶部、底部温度分布和试样补水的均匀性，提高试验的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动冻胀仪，其特征在于，它包括主机加载框架(1)，位于主机加载框架(1)上的冻结压力室(2)，与冻结压力室(2)相连接的高低温循环控制系统(3)，连接在冻结压力室(3)顶部的水位控制系统(4)，与水位控制系统(4)相连的计算机(5)；所述的计算机(5)与主机加载框架(1)和高低温循环控制系统(3)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种全自动冻胀仪，其特征在于，它包括主机加载框架(1)，位于主机加载框架(1)上的冻结压力室(2)，与冻结压力室(2)相连接的高低温循环控制系统(3)，连接在冻结压力室(3)顶部的水位控制系统(4)，与水位控制系统(4)相连的计算机(5)；所述的计算机(5)与主机加载框架(1)和高低温循环控制系统(3)相连接。2.根据权利要求1所述的全自动冻胀仪，其特征在于，所述的主机加载框架(1)包括加载横梁(1-2)、荷重传感器(1-4)、拉杆(1-6)、控制面板(1-8)、钢架(1-11)、伺服驱动装置(1-12)、丝杆(1-14)；所述的钢架(1-11)上分别安装有拉杆(1-6)和箱体(1-9)；伺服驱动装置(1-12)固定于箱体(1-9)的侧面，并与安装在箱体(1-9)内部的丝杆(1-14)相连接，丝杆(1-14)顶部安装有法兰盘(1-7)；所述的加载横梁(1-2)通过上端固定螺母(1-1)和下端固定螺母(1-3)固定在拉杆(1-6)的上端，加载横梁(1-2)的一端设置有U型开口(1-15)；所述的冻结压力室(2)位于法兰盘(1-7)上，冻结压力室(2)的顶部与固定在荷重传感器(1-4)下方的加载接头(1-5)相接触，所述的荷重传感器(1-4)安装在加载横梁(1-2)的中心。3.根据权利要求2所述的全自动冻胀仪，其特征在于，所述的伺服驱动装置(1-12)通过箱体(1-9)内部的丝杆(1-14)推动冻结压力室(2)随法兰盘(1-7)进行竖向运动，控制冻土试样(2-12)的轴向加载和轴向位移，并采用荷重传感器(1-4)对冻土试样(2-12)的受力变化进行伺服控制和测量。4.根据权利要求1所述的全自动冻胀仪，其特征在于，所述的冻结压力室(2)包括中心杆(2-1)、上盖(2-2)、上保温罩(2-3)、有机玻璃筒(2-4)、隔热保温材料(2-5)、下保温罩(2-6)、导向杆(2-7)、上隔热块(2-8)、上端恒温调节板(2-9)、上透水扩散板(2-10)、上透水板(2-11)、冻土试样(2-12)、下透水板(2-13)、下透水扩散板(2-14)、下隔热块(2-15)、底部支撑杆(2-16)、下端恒温调节板(2-17)、上端温度传感器(2-18)和下端温度传感器(2-19)；所述的上盖(2-2)和下保温罩(2-6)通过导向杆(2-7)分别固定于有机玻璃筒(2-4)的上下两端，有机玻璃筒(2-4)内部安装有冻土试样(2-12)；所述的冻土试样(2-12)顶部从下到上依次放置有上透水板(2-11)、上透水扩散板(2-10)、上端恒温调节板(2-9)和上隔热块(2-8)；中心杆(2-1)和上隔热块(2-8)、上端恒温调节板(2-9)和上透水扩散板(2-10)依次固定形成一个整体结构B1，上透水扩散板(2-10)与有机玻璃筒(2-4)之间采用O型圈(2-32)密封；所述的冻土试样(2-12)底部从上到下依次放置有下透水板(2-13)、下透水扩散板(2-14)、下端恒温调节板(2-17)和下隔热块(2-15)；底部支撑杆(2-16)和下隔热块(2-15)、下端恒温调节板(2-17)和下透水扩散板(2-14)依次固定形成一个整体结构B2，下透水扩散板(2-14)与有机玻璃筒(2-4)之间采用O型圈(2-32)密封；所述的上保温罩(2-3)与上盖(2-2)相连接，下保温罩(2-6)固定于下端恒温调节板(2-17)上；隔热保温材料(2-5)包裹在冻结压力室(2)外部。5.根据权利要求4所述的全自动冻胀仪，其特征在于，所述的上透水扩散板(2-10)的顶部和底部分别设置有上端温控环形过水通道(2-22)和上端补水/排气环形通道(2-25)，上端温控环形过水通道(2-22)的入水端和出水端分别与上端恒温调节板(2-9)顶部的上端温控入口(2-20)和上端温控出口(2-21)相连通，上端补水/排气环形通道(2-25)的中心入水端通过上端补水/排气通道(2-24)与上隔热块(2-8)上的上端补水/排气接口(2-23)相连通；所述的下透水扩散板(2-14)顶部和底部分别设置有下端补水环形过水通道(2-31)和下端温控环形过水通道(2-30)，下端补水环形过水通道(2-31)通过下端补水通道(2-27)与下隔热块(2-15)上的下端补水入口(2-26)相连通，下端温控环形过水通道(2-30)的入水端和出水端分别与下端恒温调节板(2-17)底部的下端温控入口(2-28)和下端温控出口(2-29)相连通。6.根据权利要求5所述的全自动冻胀仪，其特征在于，冻结压力室(3)包括第一高低温循环控制系统(3-1)和第二高低温循环控制系统(3-2)；第一高低温循环控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：季李通，
申请(专利权)人：南京泰克奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32