本實(shí)用新型涉及小角散射原位壓剪扭領(lǐng)域，尤其涉及一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置。

背景技術(shù)：

納米材料力學(xué)性能事關(guān)其力學(xué)及微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化響應(yīng)特征。納米材料彈塑性條件下內(nèi)部納米尺度微觀孔隙結(jié)構(gòu)改變是煤巖材料損傷的開始，材料損傷一直是科學(xué)與工程界討論的焦點(diǎn)。現(xiàn)有煤巖材料測試系統(tǒng)都是從宏觀尺度的破壞入手，基于宏觀破壞后的大尺度裂縫來表征煤巖體破壞過程，之后進(jìn)行數(shù)值模擬重構(gòu)，而這些數(shù)值模擬軟件在圖像過濾噪聲消除及圖像分割處理后，只能表征大尺度的樣品破壞形態(tài)特征，無法獲得納米尺度下煤巖體損傷變化特征。煤巖體的拉伸破壞必然涉及內(nèi)部非均質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的位移、錯位、滑動響應(yīng)，孔形態(tài)發(fā)生改變，納米孔隙數(shù)量及大小也會發(fā)生變化。而現(xiàn)有煤巖材料測試系統(tǒng)無法獲得納米尺度下動態(tài)拉伸過程孔隙結(jié)構(gòu)變化，載荷作用下煤巖納觀結(jié)構(gòu)對應(yīng)的力學(xué)模型首先需建立在大量的觀測實(shí)踐上，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)分析方法顯然已經(jīng)不能滿足要求。因此迫切需要一種成本低，操作簡便、體積小的用于測試煤巖材料壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)條件下納米尺度孔隙結(jié)構(gòu)變化實(shí)驗(yàn)裝置，來揭示納米尺度材料損傷過程，提高微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化定量化表征研究能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提出一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，通過微型伺服第一電機(jī)、行星齒輪箱、磁電式編碼器、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠、滾珠式螺母滑塊、導(dǎo)軌、固定端、壓力傳感器、多通道采集端、LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、卡套、螺釘、應(yīng)變片、加載端、微型伺服第二電機(jī)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)進(jìn)行有序組合，所述微型伺服第一電機(jī)通過驅(qū)動行星齒輪箱進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠運(yùn)傳動，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠與滾珠式螺母滑塊滾動接觸，所述加載端在微型伺服電機(jī)驅(qū)動作用下滾珠式螺母滑塊帶動卡套沿著導(dǎo)軌向固定端進(jìn)給，所述卡套通過螺釘與滾珠式螺母滑塊固定一體，并且卡套與固定端通過各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。達(dá)到在中子小角散射和X射線小角散射的透射下測試納米尺度固體煤巖材料動態(tài)壓縮(剪切)過程中納米孔隙結(jié)構(gòu)變化特征的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，包括:

微型伺服第一電機(jī)(1)、行星齒輪箱(2)、磁電式編碼器(3)、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)、滾珠式螺母滑塊(5)、導(dǎo)軌(6)、固定端(7)、壓力傳感器(8)、多通道采集端(9)、LabVIEW 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)、卡套(11)、螺釘(12)、應(yīng)變片(13)、加載端(14)、微型伺服第二電機(jī)(15)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，所述微型伺服電機(jī)(1)通過驅(qū)動行星齒輪箱(2)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(3)傳動，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)與滾珠式螺母滑塊(5)滾動接觸，所述加載端(14)在微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)驅(qū)動作用下滾珠式螺母滑塊(5)帶動卡套(11)沿著導(dǎo)軌(6)向固定端(7)進(jìn)給，所述卡套(11)通過螺釘(12)與滾珠式螺母滑塊(5)固定一體，并且卡套(11)與固定端(7)通過各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)選地，所述微型伺服電機(jī)其與行星齒輪箱連接傳動帶動兩個螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠轉(zhuǎn)動，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠的轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動滾珠式螺母滑塊沿導(dǎo)軌平動促使通過螺釘固與其上的卡套進(jìn)行一維平動。

優(yōu)選地，所述卡套具有一個狹縫，長×寬×高為30mm×1.5mm×30mm，矩形煤巖薄板呈豎直狀卡入卡套中并與卡套進(jìn)行耦合連接進(jìn)而進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)；卡套具有另外一個斜槽，尺寸同為長×寬×高為30mm×1.5mm×30mm，將矩形薄板成豎直狀卡入卡套中耦合連接進(jìn)而進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)。將矩形煤巖薄板呈豎直狀卡入卡套并與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行不同速率下扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)選地，該裝置采用計(jì)算機(jī)測控領(lǐng)域先進(jìn)的LabVIEW虛擬儀器軟件作為開發(fā)平臺，將微型伺服電機(jī)控制系統(tǒng)、壓力傳感器的載荷、壓縮產(chǎn)生的位移形變、壓縮速度、煤巖表面應(yīng)變片進(jìn)行在線數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集，通過反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)同步控制與數(shù)據(jù)集成采集。

與相關(guān)裝置相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型述及的一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，具有微型伺服電機(jī)、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠、滾珠式螺母滑塊卡套、LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，安裝拆卸簡單；微型伺服電機(jī)通過驅(qū)動行星齒輪箱進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠運(yùn)傳動，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠與滾珠式螺母滑塊滾動接觸，所述加載端在微型伺服電機(jī)驅(qū)動作用下滾珠式螺母滑塊帶動卡套沿著導(dǎo)軌向固定端進(jìn)給，所述卡套通過螺釘與滾珠式螺母滑塊固定一體，并且卡套與固定端通過各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。各結(jié)構(gòu)部件生產(chǎn)成本低，且整體裝置操作簡單，最終在中子小角散射或X射線小角散射系統(tǒng)產(chǎn)生的射線透射下測試納米尺度固體煤巖材料動態(tài)壓縮(剪切)過程中納米孔隙結(jié)構(gòu)變化特征。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的樣品受壓縮時工作效果圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的樣品受剪切力時工作效果圖；

圖中：1—微型伺服第一電機(jī)；2—行星齒輪箱；3—磁電式編碼器；4—螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠；5—滾珠式螺母滑塊；6—導(dǎo)軌；7—固定端；8—壓力傳感器；9—多通道采集端；10—LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；11—卡套；12—螺釘；13—應(yīng)變片；14—加載端；15—微型伺服第二電機(jī)；16—扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于以下所描述具體實(shí)施方式的范圍。

結(jié)合圖1所示，一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，微型伺服第一電機(jī)(1)，、行星齒輪箱(2)，磁電式編碼器(3)，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)，滾珠式螺母滑塊(5)，導(dǎo)軌(6)，固定端(7)，壓力傳感器(8)，多通道采集端(9)，LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)，卡套(11)、螺釘(12)、應(yīng)變片(13)、加載端(14)、微型伺服第二電機(jī)(15)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，所述微型伺服電機(jī)(1)通過驅(qū)動行星齒輪箱(2)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(3)傳動，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)與滾珠式螺母滑塊(5)滾動接觸，所述加載端(14)在微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)驅(qū)動作用下滾珠式螺母滑塊(5)帶動卡套(11)沿著導(dǎo)軌(6)向固定端(7)進(jìn)給，所述卡套(11)通過螺釘(12)與滾珠式螺母滑塊(5)固定一體，并且卡套(11)與固定端(7)通過各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

結(jié)合圖2所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)中部位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)，啟動LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受壓縮下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測。

結(jié)合圖3所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)斜側(cè)位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)，啟動LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受剪切力下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測。

結(jié)合圖3所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)中部位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)以及扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，啟動LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受扭轉(zhuǎn)下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測。