一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于巖石物理試驗(yàn)機(jī)開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，適用于研宄巖樣在干濕循環(huán)和滲透試驗(yàn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測與收集。
技術(shù)背景:
[0002]紅層軟巖普遍存在于我國南方地區(qū)，而南方又是我國降雨集中區(qū)，天氣與氣候環(huán)境變化多端，因此，在該地區(qū)的重大工程建設(shè)中，軟巖被開挖暴露后，經(jīng)常性遍歷干濕交替的循環(huán)作用，導(dǎo)致巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度迅速降低，使得邊坡、隧道、基坑等工程災(zāi)變頻繁產(chǎn)生。因此研宄軟巖在干濕循環(huán)作用下的災(zāi)變機(jī)制已經(jīng)成為巖石力學(xué)的重要課題之一。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是研宄軟巖干濕循環(huán)災(zāi)變機(jī)制的重要手段之一。但是現(xiàn)有的干濕循環(huán)與滲透試驗(yàn)儀器一方面功能比較單一，只能通過獨(dú)立進(jìn)行的烘干或浸水等過程的重復(fù)開展巖樣干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，效率低，成本高；另一方面自動(dòng)化程度低，量測數(shù)據(jù)靠人工完成，造成的人為誤差也較大。因此，針對上述不足之處，本發(fā)明了設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，目的是實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)設(shè)備上完成干濕交替循環(huán)以及滲透實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀。針對現(xiàn)有的問題，提出以下設(shè)計(jì)方案:首先設(shè)計(jì)上下兩個(gè)弧度相等的支撐架和旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架，將巖石烘干儀，膨脹測試儀以及滲透儀等工作室的下部設(shè)計(jì)一個(gè)可動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺母，通過三個(gè)工作室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與布局將其安裝于上部的弧形架中，將巖樣放置于下部的旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架上的承樣臺(tái)；同時(shí)，在上部弧形架上設(shè)計(jì)一臺(tái)直線電機(jī)和環(huán)形電機(jī)，下部旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架上設(shè)計(jì)有靠永磁弧線導(dǎo)軌電機(jī)。直線電機(jī)控制上部弧形架的上下移動(dòng)，環(huán)形電機(jī)控制巖石烘干儀，膨脹測試儀以及滲透儀等工作室下部的螺母旋轉(zhuǎn)，通過該電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支撐架的上下移動(dòng)和巖樣的放取，永磁弧線導(dǎo)軌電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。而電機(jī)全程的工作和實(shí)驗(yàn)時(shí)間控制、傳感器測量等過程全部由計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)控制，從而在同一臺(tái)設(shè)備上完成烘干、膨脹測試、滲透測試、質(zhì)量變化量測等多種試驗(yàn)功能，試驗(yàn)中水的注入依靠外部液壓系統(tǒng)完成，如此循環(huán)往復(fù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)設(shè)備上完成干濕循環(huán)交替和滲透實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)始終由電腦終端全程全自動(dòng)控制，無人為操作，減少了人為誤差，提高了工作效率。本發(fā)明不僅適用于軟巖而且適用于各類巖體及同類材料的干濕循環(huán)條件下的物理性質(zhì)參數(shù)測試。
[0004]全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀的設(shè)計(jì)包括三個(gè)工作室(A、B、C)與弧形架(5)兩大部分。兩大部分可配合承樣臺(tái)(8)與旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)完成整個(gè)試驗(yàn)過程。三個(gè)工作室分別為滲透室(A)、烘干室(B)、膨脹室(C)。三個(gè)工作室(A、B、C)分別設(shè)計(jì)安裝于弧形架
[5]上，并排均勻分布于弧形架上的同一弧線上，每相鄰兩個(gè)個(gè)工作室軸線間的距離與底部旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架上巖樣軸線間的距離相等。每個(gè)工作室都可以在的環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)，環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)由工作室移動(dòng)架驅(qū)動(dòng)定子(2)與驗(yàn)室移動(dòng)架驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)組成。同時(shí)配合下端部環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可動(dòng)螺母，可動(dòng)螺母與下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(7)合為一體。由下螺母驅(qū)動(dòng)定子(6)驅(qū)動(dòng)下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(7)旋轉(zhuǎn)，通過螺紋接觸合承樣臺(tái)(8)，兩者螺紋配合動(dòng)作，可完成巖樣提取以及工作室(A、B、C)與承樣臺(tái)(8)的密封工作。
[0005]弧形架上分別設(shè)計(jì)有三個(gè)通孔(C、C1、C2)，用于安裝工作室移動(dòng)架(I)。每個(gè)通孔周圍設(shè)有一組導(dǎo)向孔(a、al、a2)共三組每組四個(gè)，當(dāng)工作室移動(dòng)架(I)上下移動(dòng)時(shí)起到導(dǎo)向作用?；⌒渭?5)立柱固定于機(jī)架上(17)，并由弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(19)驅(qū)動(dòng)，可上下移動(dòng)。
[0006]滲透室(A)主要由工作室移動(dòng)架(I)與環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及止水環(huán)(10、11)組成，配合承樣臺(tái)(8)完成巖樣的滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)量測。由弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(19)驅(qū)動(dòng)整個(gè)弧形架上下移動(dòng)，大致調(diào)整整個(gè)弧形架與承樣臺(tái)之間的距離。再由環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作室移動(dòng)架(I)微調(diào)，往下運(yùn)動(dòng)至承樣臺(tái)(8)處并與之接觸?？蓜?dòng)螺母與下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(7)為一整體，由下螺母驅(qū)動(dòng)定子(6)驅(qū)動(dòng)，與承樣臺(tái)⑶螺紋配合，可動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)的過程中慢慢將承樣臺(tái)(8)上提至工作室，最終通過螺紋的自鎖作用將承樣臺(tái)(8)緊緊扣住工作室(A)，形成密閉空間。完成巖樣的提取與工作室的密封工作后，工作室移動(dòng)架(I)上方的液壓注入孔(d)處開始由外部液壓系統(tǒng)將水注入滲透室，加壓至試驗(yàn)所需的壓力后保持恒定，開始常水頭滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，整個(gè)工作室移動(dòng)架(I)在移動(dòng)架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下往下運(yùn)動(dòng)，將承樣臺(tái)(8)放回至旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)上的方形凹槽中，通過環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)螺母的反轉(zhuǎn)，工作室(A)與承樣臺(tái)(8)漸漸分離，此時(shí)留在工作室內(nèi)(A)的巖樣因止水環(huán)(10、11)的密封緊固作用未能取出，液壓注入孔(d)處再次注入壓力水施加壓力，通過巖樣上方水壓的作用將巖樣從工作室(A)內(nèi)壓出。
[0007]烘干室(B)主要由工作室移動(dòng)架(I)與環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)、加熱陶瓷內(nèi)芯(13)、抽風(fēng)風(fēng)扇(12)組成，配合承樣臺(tái)(8)完成烘干過程中巖樣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)量測。由弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(19)驅(qū)動(dòng)整個(gè)弧形架上下移動(dòng)，大致調(diào)整整個(gè)弧形架與承樣臺(tái)之間的距離。再由環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作室移動(dòng)架(I)微調(diào)，往下運(yùn)動(dòng)至承樣臺(tái)(8)處并與之接觸?？蓜?dòng)螺母與下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(7)為一整體，由下螺母驅(qū)動(dòng)定子(6)驅(qū)動(dòng)，與承樣臺(tái)(8)螺紋配合，可動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)的過程中慢慢將承樣臺(tái)(8)上提至烘干室(B)，最終通過螺紋的自鎖作用將承樣臺(tái)(8)緊緊扣住烘干室(B)，形成密閉空間。完成巖樣的提取與烘干室(B)的密封工作后，烘干室內(nèi)加熱電圈(14)開始加熱，承樣臺(tái)(8)上加熱線圈開始加熱，抽風(fēng)風(fēng)扇(12)開始工作，熱氣流從底部承樣臺(tái)入口處將整個(gè)巖樣包圍進(jìn)行巖樣烘干，承樣臺(tái)(8)上重力傳感器實(shí)時(shí)將巖樣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)傳輸至中控中心。試驗(yàn)結(jié)束后，整個(gè)工作室移動(dòng)架(I)在環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下往下運(yùn)動(dòng)，將承樣臺(tái)(8)放回至旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)上的方形凹槽中，通過可動(dòng)螺母的反轉(zhuǎn)，烘干室(B)與承樣臺(tái)(8)漸漸分離，烘干室(B)內(nèi)的巖樣隨著承樣臺(tái)一起取出。
[0008]膨脹室(C)主要由工作室移動(dòng)架(I)與環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳感器固定座(15)、可伸縮高精度傳感器(16)組成，配合承樣臺(tái)(8)完成巖樣膨脹試驗(yàn)過程中巖樣軸向體積變化數(shù)據(jù)量測。由弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(19)驅(qū)動(dòng)整個(gè)弧形架上下移動(dòng)，大致調(diào)整整個(gè)弧形架與承樣臺(tái)之間的距離。再由環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作室移動(dòng)架(I)微調(diào)，往下運(yùn)動(dòng)至承樣臺(tái)(8)處并與之接觸?？蓜?dòng)螺母與下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(7)為一整體，由下螺母驅(qū)動(dòng)定子(6)驅(qū)動(dòng)，與承樣臺(tái)(8)螺紋配合，可動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)的過程中慢慢將承樣臺(tái)(8)上提至膨脹室(C)，最終通過螺紋的自鎖作用將承樣臺(tái)(8)緊緊扣住膨脹室(C)，形成密閉空間。完成巖樣的提取與膨脹室(C)的密封工作后，工作室上側(cè)注水孔(d)開始注水，可伸縮高精度傳感器(16)自動(dòng)探測巖樣表面，并與巖樣表面貼合。實(shí)時(shí)檢測巖樣軸向體積變化，并將數(shù)據(jù)傳輸至中控中心。試驗(yàn)結(jié)束后，整個(gè)膨脹室(C)移動(dòng)架(I)在環(huán)形驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下往下運(yùn)動(dòng)，將承樣臺(tái)(8)放回至旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架上的方形凹槽中，通過可動(dòng)螺母的反轉(zhuǎn)，膨脹室(C)與承樣臺(tái)(8)漸漸分離，膨脹室(C)內(nèi)的巖樣隨著承樣臺(tái)(8) —起取出。
[0009]旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)可通過永磁弧線導(dǎo)軌電機(jī)(20)的驅(qū)動(dòng)下將做完試驗(yàn)的巖樣送至另外一個(gè)工作室下進(jìn)行下一個(gè)試驗(yàn)研宄。做完滲透試驗(yàn)后將通過旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)的旋轉(zhuǎn)將做過滲透的巖樣送至烘干室(B)下，通過烘干室(B)的動(dòng)作將由飽水狀態(tài)烘干并獲取相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)當(dāng)做完烘干試驗(yàn)后將巖樣送至膨脹室(A)進(jìn)行烘干后巖石膨脹試驗(yàn)并獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。三個(gè)工作室(A、B、C)在旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)的配合下完成巖樣干濕循環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的量測。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本發(fā)明一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，全自動(dòng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了人工操作步驟，提升工作效率，試驗(yàn)精度高。
[0012]2、本發(fā)明一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，三個(gè)工作室并排弧形架，可配合工作也可單獨(dú)完成某項(xiàng)試驗(yàn)研宄，適合各類巖體干濕循環(huán)試驗(yàn)研宄，應(yīng)用性廣。
[0013]3、本發(fā)明一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
【附圖說明】
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[0014]圖1全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀總裝三維視圖
[0015]圖2全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀弧形架裝配結(jié)構(gòu)三維視圖
[0016]圖3弧形架結(jié)構(gòu)三維視圖
[0017]圖4下作室移動(dòng)架結(jié)構(gòu)三維視圖
[0018]圖5滲透室裝配剖面圖
[0019]圖6烘干室裝配剖面圖
[0020]圖7膨脹室裝配剖面圖
[0021]圖8承樣臺(tái)、巖樣與旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架組合三維視圖
[0022]1-工作室移動(dòng)架；2_工作室移動(dòng)架驅(qū)動(dòng)定子；3_巖樣；4_工作室移動(dòng)架驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子；5_弧形機(jī)架；6_下螺母驅(qū)動(dòng)定子；7_下螺母驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子；8_承樣臺(tái)；9_固定螺栓；10、11-上下止水環(huán)；12_抽風(fēng)風(fēng)扇；13_加熱陶瓷內(nèi)芯；14_加熱電圈；15_傳感器固定座16-可伸縮高精度傳感器；17_機(jī)架；18-旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架；19-弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)；20_永磁弧線導(dǎo)軌電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
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[0023]如圖1-7所示，本發(fā)明是一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀。一種全自動(dòng)巖石干濕循環(huán)與滲透儀，其弧形架立柱安裝于機(jī)架上，并由弧形架直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)。微調(diào)旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)，使得旋轉(zhuǎn)承臺(tái)架(18)的承樣臺(tái)(8)和巖樣(3)對準(zhǔn)每個(gè)工作室(A、B、C)。工作室(A、B、C)分別由的工作室移動(dòng)架驅(qū)動(dòng)定子(2)與轉(zhuǎn)子(4)驅(qū)動(dòng)向下伸出，使得工作室移動(dòng)架(I)上的可動(dòng)螺母對準(zhǔn)承樣臺(tái)并接觸。下螺母驅(qū)動(dòng)定子(6)與轉(zhuǎn)子(7)帶動(dòng)可動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)將承樣臺(tái)(8)往上抬起，通過螺紋自鎖將整個(gè)工作室密封起來。隨后三個(gè)工作室分別各自工作。