[发明专利]一种土工三轴仪用加载装置及加载方法

权利要求书

1.一种土工三轴仪用加载装置，包括压力缸(1)，所述压力缸(1)通过第一管路(18)连接土工三轴仪目标室，其特征在于，

在所述第一管路(18)上通过第二管路(17)连接有无气水容器(5)，无气水容器(5)位于所述压力缸(1)的上方，所述第二管路(17)上设置有第一电磁阀(4)；

所述第一管路(18)上设置有第二电磁阀(6)，第二电磁阀(6)位于第一管路(18)和第二管路(17)的连接处与土工三轴仪目标室之间；

所述第二电磁阀(6)和土工三轴仪目标室之间的管路上连接有第一水压力传感器(7)，所述第一水压力力传感器(7)连接数字控制单元(8)，所述的第一电磁阀(4)和第二电磁阀(6)均与所述的数字控制单元(8)连接；

所述压力缸(1)内的活塞(2)与步进电机(10)连接，所述步进电机(10)的转轴上连接有编码器(9)，所述步进电机(10)和编码器(9)均与所述数字控制单元(8)连接。

2.如权利要求1所述的土工三轴仪用加载装置，其特征在于，所述压力缸(1)的缸体顶端和底端分别安装有第一光电传感器(15)和第二光电传感器(16)，二者均与所述数字控制单元(8)连接。

3.如权利要求1所述的土工三轴仪用加载装置，其特征在于，所述第二管路(17)与第一管路(18)的连接处与压力缸(1)之间的第一管路(18)上连接有第二水压力传感器(14)，第二水压力传感器(14)与所述数字控制单元(8)连接。

4.如权利要求1所述的土工三轴仪用加载装置，其特征在于，所述压力缸(1)的侧壁上设置有排气孔(13)，排气孔(13)上安装有排气阀(12)。

5.如权利要求4所述的土工三轴仪用加载装置，其特征在于，所述排气孔(13)处连接有温度传感器(11)，所述温度传感器(11)与所述数字控制单元(8)连接。

6.如权利要求1至5任一所述的土工三轴仪用加载装置，其特征在于，所述步进电机(10)通过滚珠丝杠与活塞(2)连接。

7.一种应用本发明的装置对土工三轴仪进行加载的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：设目标室的目标压力为P₁，目标压力P₁与实际压力P₂的压力差ΔP的允许误差设为ΔP'；向无气水容器(5)中注入无气水，无气水上表面设置矿物油与大气隔绝，将第一管路(18)与目标室入口相连，关闭第二电磁阀(6)，打开第一电磁阀(4)，并打开排气阀(12)，利用排气孔(13)将系统中的空气排出；关闭排气阀(12)和第一电磁阀(4)；

步骤2：系统自检活塞(2)的位置：数字控制单元(8)获取活塞(2)的位置，并判断活塞(2)是否位于压力缸(1)缸体两端，如果是，则打开第一电磁阀(4)，调整活塞(2)至压力缸(1)的缸体中部位置，并关闭第一电磁阀(4)，转步骤3；否则，执行步骤3；

步骤3：数字控制单元(8)读取目标室的目标压力P₁，第一水压力传感器(7)测得目标室内的实际压力P₂，并将该压力信号反馈给数字控制单元(8)；

步骤4：数字控制单元(8)判断压力差ΔP是否超过ΔP'，如果是，则执行步骤6；如果否，则转步骤5；

步骤5：数字控制单元(8)通过编码器(9)获得的活塞(2)的实时位置信息，记录压力缸(1)的进出水量，以及目标室内的实际压力；转步骤9；

步骤6：数字控制单元(8)判断目标压力P₁是否大于实际压力P₂，如果是则执行步骤7；如果否，则执行步骤8；

步骤7：加压过程

步骤7.1：打开第二电磁阀(6)，数字控制单元(8)控制步进电机(10)正转，带动活塞(2)向压力缸(1)的缸体顶端运动，将压力缸(1)内的无气水推出压力缸(1)，无气水经过第二电磁阀(6)，进入目标室内；

步骤7.2：数字控制单元(8)获取活塞(2)的位置信息，并判断活塞(2)的位置是否处于压力缸(1)缸体的顶端，如果是，则执行步骤7.3；如果否，则转步骤5；

步骤7.3：数字控制单元(8)控制第二电磁阀(6)关闭，第一电磁阀(4)打开，控制步进电机(10)反转，带动活塞(2)向压力缸(1)缸体底端运动，活塞(2)移动至压力缸(1)缸体中部，步进电机(10)停止转动；转步骤5；

步骤8：减压过程

步骤8.1：打开第二电磁阀(6)，数字控制单元(8)控制步进电机(10)反转，带动活塞(2)向压力缸(1)的缸体底端运动，目标室内的水经过第二电磁阀(6)流入压力缸(1)内；

步骤8.2：数字控制单元(8)获取活塞(2)的位置信息，判断活塞(2)的位置是否处于压力缸(1)缸体的底端，如果是，则执行步骤8.3；如果否，则转步骤5；

步骤8.3：数字控制单元(8)控制第二电磁阀(6)关闭，第一电磁阀(4)打开，控制步进电机(10)正转，带动活塞(2)向压力缸(1)缸体顶端运动，活塞(2)移动至压力缸(1)缸体中部，步进电机(10)停止转动；转步骤5；

步骤9：如果试验达到结束标准，则试验结束；否则，转步骤3。