[发明专利]单电机驱动可旋转岩土试验机

说明书

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CN 200620096213.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。

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单电机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：一种单电机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，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、下两端分别设有上回转支承和下回转支承，上回转支承和下回转支承分别与伸缩轴上的上驱动齿轮、下驱动齿轮啮合。

所述的下顶板位于试样筒的一侧开有一通孔，电机固定在下顶板下表面，电机输出轴穿越通孔连接一活动轴，活动轴下端安装有一与下回转支承啮合的下驱动齿轮，活动轴的上端与一固定轴连接，固定轴固定在上顶板上。

所述的固定轴的下端设有容纳活动轴上端插入连接的空腔。

所述固定轴的下端与活动轴上端的配合为四方孔轴配合或六方孔轴配合或花键孔轴配合中之一形式。

所述的固定轴为阶梯轴，通过轴肩定位安装有一与上回转支承啮合的上驱动齿轮，上驱动齿轮上端面通过套筒压紧在第二滚珠轴承内圈上，第二滚珠轴承外圈与上顶板下表面的轴承座配合，固定轴的上端通过第一滚珠轴承和顶端盖板固定在上顶板上。

所述的活动轴为阶梯轴，所述的通孔的上端开有轴承座，第三滚珠轴承外圈安装在轴承座中，内圈与活动轴下端配合；所述的下驱动齿轮上端面由活动轴的轴肩定位。

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筒上顶板，上回转支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，筒内上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，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。