本发明公开了一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,包括底座,底座上固定有四根立柱,立柱套有下顶板、上顶板,其中下顶板可在立柱上滑动,上顶板和下顶板之间放置试样筒,所述的底座内部为空腔,液压缸固定在底座的空腔内,并正对试样筒下方;所述的试样筒上端设有上回转支承,上回转支承外部齿轮与上齿轮轴外齿啮合;所述的试样筒下端设有下回转支承,下回转支承外部齿轮与下齿轮轴外齿啮合;上齿轮轴、下齿轮轴分别由上电机、下电机驱动;前述的上电机与下电机为同步驱动。本发明通过两部电机同步驱动岩土试样旋转,同时液压缸对岩土试样进行轴向加载,从而实现了岩土试样的旋转和轴向加载。
1.一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,包括底座(13),底座(13)上固定有四根立柱(15),立柱(15)套有下顶板(12)、上顶板(1),其中下顶板(12)可在立柱(15)上滑动,上顶板(1)和下顶板(12)之间放置试样筒(19),其特征在于,所述的底座(13)内部为空腔,液压缸(14)固定在底座(13)的空腔内,并正对试样筒(19)下方;所述的试样筒(19)上端设有上回转支承(25),上回转支承(25)与上电机(6)的输出轴连接;所述的试样筒(19)下端设有下回转支承(16),下回转支承(16)与下电机(7)的输出轴连接;前述的上电机(6)与下电机(7)为同步驱动;所述的上电机(6)输出轴连接一上齿轮轴(3),上回转支承(25)外部设有齿轮与上齿轮轴(3)的外齿啮合;所述的下电机(7)输出轴连接一下齿轮轴(10),下回转支承(16)外部设有齿轮与下齿轮轴(10)的外齿啮合;所述的上电机(6)通过上支架(4)固定在上顶板(1)的下表面,第一滚珠轴承(2)外圈与上顶板(1)下表面轴承安装孔配合,第一滚珠轴承(2)内圈与上齿轮轴(3)上端配合,第二滚珠轴承(5)外圈与上支架(4)内表面的轴承安装孔配合,第二滚珠轴承(5)内圈与上齿轮轴(3)下端配合;所述的下电机(7)通过下支架(9)固定在下顶板(12)的上表面,第四滚珠轴承(11)外圈与下顶板(12)上表面轴承安装孔配合,第四滚珠轴承(11)内圈与下齿轮轴(10)下端配合,第三滚珠轴承(8)外圈与下支架(9)内表面的轴承安装孔配合,第三滚珠轴承(8)内圈与下齿轮轴(10)上端配合。
2.根据权利要求1所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的上支架(4)底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,上支架(4)通过螺栓固接在上顶板(1)下表面一侧,开口面指向内侧的上回转支承(25);所述的下支架(9)底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,下支架(9)通过螺栓固接在下顶板(12)上表面一侧,开口面指向内侧的下回转支承(16)。
3.根据权利要求1所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的试样筒(19)的上端设有筒上顶板(24),上回转支承(25)外圈通过螺栓固定在筒上顶板(24),上回转轴承(25)内圈通过螺栓固定在上顶板(1)的下表面;所述的试样筒(19)的下端设有筒下底座(17),下回转支承(16)外圈通过螺栓固定在筒下底座(17)上,下回转支承(16)内圈通过螺栓固定在下顶板(12)的上表面。
4.根据权利要求3所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的上顶板(1)的下表面中心有圆柱凸起,上回转支承(25)的内圈与凸起配合实现上回转支承(25)的轴向定位;所述的下顶板(12)的上表面中心有圆柱凸起,下回转支承(16)的内圈与凸起配合实现下回转支承(16)的轴向定位。
5.根据权利要求3所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的筒下底座(17)上表面有方形定位槽,与试样筒(19)下端的方形法兰相配合。
6.根据权利要求1所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的试样筒(19)的上部通孔内安装有筒内上柱塞(23),试样筒(19)上部通孔圆周内表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈;所述的试样筒(19)下部圆筒内安装有筒内下柱塞(18),筒内下柱塞(18)的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈。
7.根据权利要求6所述的一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,其特征在于,所述的筒内下柱塞(18)的上表面中心开有锥形凹槽,该锥形凹槽内设有与其配合的具有锥形凸起的下垫片(20);所述的筒内上柱塞(23)的下表面中心开有锥形凹槽,该锥形凹槽内设有与其配合的具有锥形凸起的上垫片(22)。技术领域
本发明涉及一种岩土试验机设备,属于实验装置技术领域,特别涉及一种利用CT扫描技术对岩土的力学性能及变形过程进行测试的岩土试验机。
背景技术
岩土试验机是研究岩土的应力、应变关系的一种基础科学试验仪器,由轴压系统、围压系统和温度控制系统组成,工作原理是通过轴压系统对试样施加轴向试样力,通过压力室对试样施加围压,同时通过温度控制系统使试样的上、下端面、试样中部分别处在不同的温度环境下,从而模拟试样在不同温度下的多种实际工况。但是传统的岩土试验机难以观测到材料的内部结构因而更无法测得岩体内部不同性质材料的真实几何分布情况。随着计算机技术的不断完善和发展,CT识别技术被应用到岩土试验中来。为了在试验过程中对岩土试样各个纵向截面的变形情况进行动态观测,就要解决岩土试样与CT扫描仪的相对转动问题。中国科学院兰州冰川冻土研究所曾采用CT测试技术开展过岩土三轴试验。他们采用的是将应变式三轴压力室直接放到CT机中进行扫描,这种CT扫描方法只适合与压力室轴向压力和周围压力较低的场合,对大型岩土试验机不适用。发明专利CNxa0200620096213.X公开了一种全方位扫描岩土CT三轴仪,它是一种全非金属制作的三轴仪,不但能进行横向断面的扫描,而且能进行纵向(轴向)断面的扫描。但也只适用于轴压和围压较小的场合,对大型岩土试验机不适用。大型岩土试验机的轴压、围压较大,须使用金属制作试样筒,这样必须相应的使用高能CT机。由于大型岩土试验机体积较大,不能直接放入高能CT机中扫描,所以须将试验机的试样筒部分设计为可旋转部件。实用新型CN201887110U公开了一种双电机同步驱动技术,用于电池的极片对辊机,将主驱动电机的转速信号检测后,反馈给联控电机控制装置,实现两台电机同步。针对现有技术存在的缺陷,提出本发明。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题是岩土试样的轴向加载并且旋转问题。鉴于现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种解决岩土试样旋转加载问题的双电机同步驱动可旋转岩土试验机,从而便于利用CT技术全方位扫描岩土试样在加载条件下的变形情况。为实现上述发明目的,本发明提供的技术方案是:一种双电机同步驱动可旋转岩土试验机,包括底座,底座上固定有四根立柱,立柱套有下顶板、上顶板,其中下顶板可在立柱上滑动,上顶板和下顶板之间放置试样筒,所述的底座内部为空腔,液压缸固定在底座的空腔内,并正对试样筒下方;所述的试样筒上端设有上回转支承,上回转支承与上电机的输出轴连接;所述的试样筒下端设有下回转支承,下回转支承与下电机的输出轴连接;前述的上电机与下电机为同步驱动。所述的上电机输出轴连接一上齿轮轴,上回转支承外部设有齿轮与上齿轮轴的外齿啮合;所述的下电机输出轴连接一下齿轮轴,下回转支承外部设有齿轮与下齿轮轴的外齿啮合。所述的上电机通过上支架固定在上顶板的下表面,第一滚珠轴承外圈与上顶板下表面轴承安装孔配合,第一滚珠轴承内圈与上齿轮轴上端配合,第二滚珠轴承外圈与上支架内表面的轴承安装孔配合,第二滚珠轴承内圈与上齿轮轴下端配合;所述的下电机通过下支架固定在下顶板的上表面,第四滚珠轴承外圈与下顶板上表面轴承安装孔配合,第四滚珠轴承内圈与下齿轮轴下端配合,第三滚珠轴承外圈与下支架内表面的轴承安装孔配合,第三滚珠轴承内圈与下齿轮轴上端配合。所述的上支架底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,上支架通过螺栓固接在上顶板下表面一侧,开口面指向内侧的上回转支承;所述的下支架底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,下支架通过螺栓固接在下顶板上表面一侧,开口面指向内侧的下回转支承。所述的试样筒的上端设有筒上顶板,上回转支承外圈通过螺栓固定在筒上顶板,上回转轴承内圈通过螺栓固定在上顶板的下表面;所述的试样筒的下端设有筒下底座,下回转支承外圈通过螺栓固定在筒下底座上,下回转支承内圈通过螺栓固定在下顶板的上表面。所述的上顶板的下表面中心有圆柱凸起,上回转支承的内圈与凸起配合实现上回转支承的轴向定位;所述的下顶板的上表面中心有圆柱凸起,下回转支承的内圈与凸起配合实现下回转支承的轴向定位。所述的筒下底座上表面有方形定位槽,与试样筒下端的方形法兰相配合。所述的试样筒的上部通孔内安装有筒内上柱塞,试样筒上部通孔圆周内表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈;所述的试样筒下部圆筒内安装有筒内下柱塞,筒内下柱塞的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈。所述的筒内下柱塞的上表面中心开有锥形凹槽,下垫片的下表面设有锥形凸起,下垫片的锥形凸起与筒内下柱塞的锥形凹槽配合;所述的筒内上柱塞的下表面中心开有锥形凹槽,上垫片的上表面设有锥形凸起,上垫片的锥形凸起与筒内上柱塞的锥形凹槽配合。本发明的有益效果是:本发明通过两个电机的同步驱动岩土试样旋转,同时液压缸对岩土试样进行轴向加载,从而实现了岩土试样的旋转和轴向加载,便于采用工业CT技术进行全方位扫描岩土试样在加载条件下内部变形运动情况。
附图说明
当结合附图考虑时,通过参照下面的详细描述,能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点,但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定,其中:图1为本发明双电机同步驱动可旋转岩土试验机正面剖视图;附图标记:上顶板1,第一滚珠轴承2,上齿轮轴3,上支架4,第二滚珠轴承5,上电机6,下电机7,第三滚珠轴承8,下支架9,下齿轮轴10,第四滚珠轴承11,下顶板12,底座13,液压缸14,立柱15,下回转支承16,筒下底座17,筒内下柱塞18,试样筒19,下垫片20,岩土试样21,上垫片22,筒内上柱塞23,筒上顶板24,上回转支承25。
具体实施方式
以下结合图1对本发明的实施例进行说明,本发明的双电机同步驱动可旋转岩土试验机,包括底座13内部为空腔,液压缸14固接在空腔内,底座13上表面四个角各有一个不通圆孔,四根立柱15插入底座13的四个不通圆孔内,并与底座13固接;下顶板12活动套接在四根立柱15上,并能沿着立柱15上下滑动;上顶板1固定套接在四根立柱15上,不可以相对移动;下支架9底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,下支架9通过螺栓固接在下顶板12上表面一侧,开口面指向内侧的下回转支承16,下电机7固接在下支架9的上表面;第四滚珠轴承11外圈与下顶板12上表面轴承安装孔配合,第四滚珠轴承11内圈与下齿轮轴10下端配合,第三滚珠轴承8外圈与下支架9内表面的轴承安装孔配合,第三滚珠轴承8内圈与下齿轮轴10上端配合,保证下齿轮轴10与下回转支承16良好啮合;下回转支承16内圈通过螺栓固接在下顶板12的上表面,下回转支承16外圈通过螺栓与筒下底座17固接;筒下底座17上表面有方形定位槽,与试样筒19下端的方形法兰相配合。试样筒19的上部通孔和筒内上柱塞23的圆柱外表面相配合,试样筒19上部通孔圆周内表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈,试样筒19下部圆筒内表面和筒内下柱塞18的圆柱外表面相配合,筒内下柱塞18的圆周外表面上开有截面为矩形的环形密封槽,环形密封槽内装有密封圈。岩土试样21精加工成圆柱状,上下两端分别与上垫片22、下垫片20配合,下垫片20置于筒内下柱塞18上,筒内下柱塞18的上表面中心开有锥形凹槽,与下垫片20中心的锥形凸起配合,实现轴向定位,上垫片22顶上筒内上柱塞23,筒内上柱塞23的下表面中心开有锥形凹槽,与上垫片22中心的锥形凸起配合,实现轴向定位。上回转支承25内圈通过螺栓固接在上顶板1下表面上,上回转支承25外圈通过螺栓与筒上顶板24固接;上支架4与下支架9结构相同,底面的四个角分别开有一个螺栓安装孔,一个侧面为开口面,上支架4通过螺栓固接在上顶板1下表面一侧,开口面指向内侧的上回转支承25,上电机6固接在上支架4的下表面;第一滚珠轴承2外圈与上顶板1下表面轴承安装孔配合,第一滚珠轴承2内圈与上齿轮轴3上端配合,第二滚珠轴承5外圈与上支架4内表面的轴承安装孔配合,第二滚珠轴承5内圈与上齿轮轴3下端配合,保证上齿轮轴3与上回转支承25良好啮合。上电机6和下电机7的同步控制采用实用新型CN201887110U公开的双电机同步驱动技术实现。本实施例的具体工作原理,叙述如下:控制系统同步驱动上电机6、下电机7运动,带动上齿轮轴3、下齿轮轴10旋转,从而同步驱动上回转支承25、下回转支承16的外圈旋转,进而驱动筒上顶板24、筒下底座17同步旋转,同时筒下底座17驱动试样筒19旋转;当液压缸14启动,向上的推力作用在下顶板12上并使之沿四个立柱15向上滑动,推力通过下顶板12、下回转支承16、筒下底座17、筒内下柱塞18、以及下垫片20、上垫片22、筒内上柱塞23,筒上顶板24,上回转支承25作用在岩土试样21上。从而实现对岩土试样21的轴向加载并且加载机构旋转,以便实现对试样筒19内岩土试样21的在线检测。如上所述,对本发明的实施例进行了详细地说明,但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形,这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此,这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。