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原文传递集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机

专利名称：	集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机
摘要：	一种集成了压缩‑拉伸‑电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，包括底板、承压底座、第二承压底座、外框架、内框架及电动缸作动器，外框架设在底板上且位置可调，内框架设在承压底座上且位置可调，内外框可穿行外框架；内外框上下左右分布有四个电动缸作动器，外框架前竖梁上设有一个电动缸作动器，外框架后竖梁为反力柱；内框架左竖梁上设有单向快速电磁卸荷机构，电动缸作动器通过单向快速电磁卸荷机构与内框架左竖梁相连；五个电动缸作动器活塞杆端部及外框架后竖梁上均设有负荷测量件，岩石试样与六个负荷测量件之间均设有压缩传力机构或拉伸传力机构；当岩石试样进行压缩试验时，通过全互扣式加载压板机构对岩石试样进行装夹。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	东北大学
发明人：	冯夏庭;于小军;田军;高继开;周扬一
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910874579.7
公开号：	CN110618030A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	李珉
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
主权项：	1.一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：包括底板、第一承压底座、第二承压底座、外框架、内框架、第一电动缸作动器、第二电动缸作动器、第三电动缸作动器、第四电动缸作动器及第五电动缸作动器；所述第一承压底座和第二承压底座并排固装在底板上；所述外框架的形状为口字型，外框架采用整体式铸造结构并以机加工方式成型；所述外框架位于第一承压底座和第二承压底座之间的间隙内，在第一承压底座和第二承压底座之间的底板上固设有外框架导轨，外框架导轨采用平行双轨结构，在所述外框架底部安装有外框架导轮，外框架通过外框架导轮设置在外框架导轨上，外框架可沿外框架导轨直线移动；在所述第一承压底座与第二承压底座之间连接有内框架导轨，内框架导轨采用平行双轨结构，内框架导轨从外框架的中部方孔内穿过；所述内框架的形状为口字型，内框架采用整体式铸造结构并以机加工方式成型；在所述内框架底部安装有内框架导轮，内框架通过内框架导轮设置在内框架导轨上，内框架可沿内框架导轨直线移动；所述第一电动缸作动器、第二电动缸作动器、第三电动缸作动器、第四电动缸作动器依次安装在内框架的顶横梁、底横梁、左竖梁和右竖梁上，所述第五电动缸作动器安装在外框架的前竖梁上，外框架的后竖梁作为反力柱；在所述内框架的左竖梁上设置有单向快速电磁卸荷机构，所述第三电动缸作动器通过单向快速电磁卸荷机构与内框架的左竖梁相连；在所述第一电动缸作动器、第二电动缸作动器、第三电动缸作动器、第四电动缸作动器、第五电动缸作动器的活塞杆端部以及外框架的后竖梁上均安装有负荷测量件，在岩石试样与六个负荷测量件之间均设置有压缩传力机构或拉伸传力机构；当岩石试样进行压缩试验时，通过全互扣式加载压板机构对岩石试样进行装夹。 2.根据权利要求1所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述单向快速电磁卸荷机构包括第一电磁铁、第二电磁铁、第一电磁铁安装座、第二电磁铁安装座及约束盘；在所述内框架的左竖梁上开设有卸荷机构安装孔；所述第一电磁铁安装座采用圆柱筒形结构，第一电磁铁安装座一侧筒口设有筒壁，第一电磁铁安装座另一侧未设筒壁，第一电磁铁安装座通过螺栓固装在卸荷机构安装孔内，且第一电磁铁安装座设有筒壁的一侧筒口朝向内框架的中部方孔中心，第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口朝向框架外部；所述第一电磁铁采用圆环形结构，第一电磁铁通过螺栓固装在第一电磁铁安装座上，且第一电磁铁与第一电磁铁安装座同轴设置；所述约束盘采用圆环形结构，约束盘位于第一电磁铁安装座未设筒壁的一侧筒口外侧，约束盘通过螺栓固装在内框架的左竖梁上，且约束盘与第一电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座采用圆环形结构，第二电磁铁安装座位于约束盘与第一电磁铁之间，第二电磁铁安装座在约束盘与第一电磁铁之间具有轴向移动自由度，第二电磁铁安装座与第一电磁铁之间的最大间距设为卸荷间隙；所述第二电磁铁安装座与第一电磁铁同轴设置；所述第二电磁铁采用圆环形结构，第二电磁铁通过螺栓固装在第二电磁铁安装座上，第二电磁铁与第一电磁铁正对，且第二电磁铁与第二电磁铁安装座同轴设置；所述第二电磁铁安装座固定套装第三电动缸作动器缸体上，在所述第一电磁铁安装座的筒口筒壁中心处开设有活塞杆穿行孔，第三电动缸作动器的活塞杆穿过活塞杆穿行孔与负荷测量件相固连；所述第一电磁铁安装座和第二电磁铁安装座均采用隔磁材料制造。 3.根据权利要求2所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：在所述第一电磁铁安装座的侧向筒壁内表面加装有减摩材料层，所述第二电磁铁安装座与减摩材料层之间滑动接触配合；在所述约束盘的内表面加装有缓冲层，缓冲层采用弹簧垫或橡胶垫，通过缓冲层对卸荷时第二电磁铁、第二电磁铁安装座及第三电动缸作动器的动能进行消除，用以降低对内框架的冲击力。 4.根据权利要求2所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述第一电磁铁的线圈及第二电磁铁的线圈均通过卸荷控制器与供电电源相连，通过卸荷控制器对第一电磁铁和第二电磁铁线圈中的电流大小和方向进行调控，进而对第一电磁铁和第二电磁铁的电磁力大小和方向进行调控。 5.根据权利要求1所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述压缩传力机构包括球头承压件、球窝承压件、垂向滚排、横向滚排、承压隔板、承压基座及承压传力件；所述球头承压件一端为球头端，球头承压件另一端为平面端，所述球窝承压件一端为球窝端，球窝承压件另一端为平面端；所述球头承压件的球头端与球窝承压件的球窝端顶靠接触配合，在球头承压件的球头端与球窝承压件的球窝端之间采用油膜润滑，球头承压件的平面端与加载压板顶靠接触配合；所述球窝承压件的平面端通过垂向滚排与承压隔板一侧表面顶靠配合，承压隔板另一侧表面通过横向滚排与承压基座一侧表面顶靠配合，所述承压传力件一端通过螺纹与承压基座另一侧表面相连接，承压传力件另一端与负荷测量件螺纹连接。 6.根据权利要求5所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述垂向滚排和横向滚排结构相同，均包括圆柱滚子和滚排边框，圆柱滚子数量若干，若干圆柱滚子并列嵌装在滚排边框内，且圆柱滚子的直径大于滚排边框的厚度；所述垂向滚排中的圆柱滚子与横向滚排中的圆柱滚子相垂直；所述滚排边框的形状为矩形；通过所述垂向滚排中圆柱滚子的滚动，用以消除球头承压件与加载压板之间垂直方向上的滑动摩擦力；通过所述横向滚排中圆柱滚子的滚动，用以消除球头承压件与加载压板之间水平方向上的滑动摩擦力；在所述球头承压件、球窝承压件、垂向滚排的滚排边框、横向滚排的滚排边框及承压隔板与上制动瓦和下制动瓦之间沿周向均安装有对中弹簧，通过对中弹簧用以抵消球头承压件、球窝承压件、垂向滚排、横向滚排及承压隔板的自重，在加载前使球头承压件保持复位对中状态。 7.根据权利要求5所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：在所述球头承压件与承压基座之间连接有若干拉力固定弹簧，若干拉力固定弹簧沿周向均布设置，通过拉力固定弹簧依次将球头承压件、球窝承压件、垂向滚排、横向滚排、承压隔板及承压基座沿着轴向压紧在一起，拉力固定弹簧两端分别通过弹簧固定件与球头承压件和承压基座相固连；在所述承压基座上通过螺栓固装有上制动瓦和下制动瓦，上制动瓦和下制动瓦在承压基座上对称分布，所述球头承压件、球窝承压件、垂向滚排、横向滚排及承压隔板由上制动瓦和下制动瓦包裹在内，通过上制动瓦和下制动瓦对球头承压件、球窝承压件、垂向滚排、横向滚排及承压隔板在水平和垂直方向的运动进行制动；所述球头承压件的平面端伸出上制动瓦和下制动瓦与加载压板顶靠接触配合。 8.根据权利要求1所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述拉伸传力机构包括第一传力臂、第二传力臂、拉伸垫块、胶结层及承拉传力件；所述第一传力臂一端与承拉传力件一端螺接固连在一起，承拉传力件另一端与负荷测量件螺接固连在一起，第一传力臂另一端通过销轴与第二传力臂一端铰接在一起，第一传力臂及第二传力臂相对于铰接点处的销轴具有转动自由度；所述第二传力臂另一端与拉伸垫块外表面螺接固连在一起，拉伸垫块内表面通过胶结层与岩石试样固定胶结在一起；所述第一传力臂与第二传力臂的铰接孔同轴嵌套布置，所述销轴穿插在同轴嵌套布置的两个铰接孔中，通过第一传力臂及第二传力臂绕销轴的自由转动，用以消除岩石试样加载过程端部的应力集中。 9.根据权利要求1所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：所述全互扣式加载压板机构包括上加载压板、下加载压板、左加载压板、右加载压板、前加载压板及后加载压板，上述六块加载压板均采用长方体结构，上述六块加载压板之间采用全互扣式布置方式，岩石试样由全互扣式布置的六块加载压板包裹在中心，在岩石试样与上述六块加载压板的接触面之间均设有减摩层；所述上加载压板、下加载压板、左加载压板、右加载压板、前加载压板及后加载压板均采用高强透明材料制造；在所述上加载压板与下加载压板之间连接有上下方向体变测量件，在所述左加载压板与右加载压板之间连接有左右方向体变测量件，在所述前加载压板与后加载压板之间连接有前后方向体变测量件，所述上下方向体变测量件、左右方向体变测量件及前后方向体变测量件在空间上彼此相互垂直分布。 10.根据权利要求9所述的一种集成了压缩-拉伸-电磁卸荷的高刚性软岩真三轴试验机，其特征在于：在所述上加载压板内设有上声发射采集件安装孔，在下加载压板内设有下声发射采集件安装孔，在左加载压板内设有左声发射采集件安装孔，在右加载压板内设有右声发射采集件安装孔，在前加载压板内设有前声发射采集件安装孔，在后加载压板内设有后声发射采集件安装孔；所述上声发射采集件安装孔、下声发射采集件安装孔、左声发射采集件安装孔、右声发射采集件安装孔、前声发射采集件安装孔及后声发射采集件安装孔的结构及尺寸相同且截面为T形，T形截面的声发射采集件安装孔在朝向加载压板内表面和侧表面的方向为通孔，T形截面的声发射采集件安装孔在朝向加载压板外表面的方向为盲孔；在所述上加载压板、下加载压板、左加载压板、右加载压板、前加载压板及后加载压板之间均安装有临时连接架和临时连接螺栓，用于辅助岩石试样的装配。
所属类别：	发明专利