本發(fā)明涉及多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置及使用方法，屬于巖石試驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在巖石力學(xué)試驗過程中，為深入研究巖石物理力學(xué)性能，試驗機作為巖石力學(xué)主要測量巖石物理性能的首選儀器和必備工具，已經(jīng)成為各大科研院所、高校必不可少的試驗設(shè)備。隨著全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)要求的提高，經(jīng)2016年試驗及產(chǎn)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國試驗機市場銷售總額每年可高達40億人民幣。隨著液壓伺服技術(shù)與電子計算機技術(shù)的引入，液壓伺服控制試驗機實現(xiàn)了過去人工操作不可能完成的試驗，促進了巖石力學(xué)性能研究達到了一個全新高度。

伴隨著試驗機的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外諸多專家和研究學(xué)者對巖石力學(xué)物理力學(xué)參數(shù)進行了深入的研究。為了深入研究試驗過程中的巖石力學(xué)性能，巖石試件一般被加工成圓柱體或正方體試件進行壓縮或拉伸試驗，但是，目前為止，無論是真三軸試驗還是假三軸試驗，仍處于人工手動操作水平階段。對于液壓伺服試驗機，特別是對于直徑小于80mm的巖石試件安裝流程相對簡單，一方面極易發(fā)生試驗過程中巖石偏心加載問題，另一方面對于多尺寸的巖石試件，目前為止沒有統(tǒng)一的墊塊或標準鋼模等進行試驗，每做一組巖石試件，都需要加工相應(yīng)尺寸的鋼模墊塊，造成經(jīng)費和時間上的浪費，不利于巖石力學(xué)性能的研究，對學(xué)科發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

對于此類諸多問題，有的研究人員在巖石試件安裝過程中，通過上部墊塊側(cè)翼實現(xiàn)位移傳感器的連接，采用游標卡尺等測量儀器對墊塊和巖石試件的位置進行標定，保證軸心受壓，這種試驗方法一方面受到伺服試驗機自由空間限制，游標卡尺在測量過程中很多情況下會由于位置的關(guān)系造成誤差，另一方面標定位置的標記在此后的試驗中容易被損毀，導(dǎo)致每次巖石試件軸壓試驗都需要進行量測或是標定，造成巖石力學(xué)試驗時間上的浪費；很多研究人員借助液壓伺服試驗機底座，通過位移傳感器連接裝置固定試驗底座墊塊位置，并確定墊塊尺寸80mm，保證試驗機加載圓筒與試驗機底座墊塊圓心重合，并通過位移傳感器采集數(shù)據(jù)控制防偏心加載，之后在底座上面安裝巖石試件進行巖石力學(xué)試驗，這樣通過數(shù)據(jù)控制和處理能夠?qū)崿F(xiàn)試件的軸心受力，但是試驗過程中的偏心問題需要試驗結(jié)束后數(shù)據(jù)處理才能解決，試驗的誤差較大；還有的研究人員通過引入高科技技術(shù)，實現(xiàn)巖石試件的高清準確定位，已達到巖石試驗軸心受壓等，但是往往造成試驗經(jīng)費的超支，對于巖石常規(guī)試驗應(yīng)用性和可操作性較差。

綜上所述，目前現(xiàn)有技術(shù)中尚未發(fā)現(xiàn)一種高效經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)簡單、滿足多尺度巖石試件加載要求，既能保證試驗機加載筒體、試驗墊塊、巖石試件以及試驗底部墊塊完全軸心對中，又能保證在壓縮過程中有效消除偏心現(xiàn)象，還能減少和節(jié)約試驗墊塊的重復(fù)加工過程和試驗時間的巖石試件軸心快速定位試驗裝置及其試驗方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置及使用方法，具有高效經(jīng)濟、組裝便捷、快速精準定位等特點，能夠避免巖石試件加載過程中出現(xiàn)偏心，造成數(shù)據(jù)采集誤差大等問題；本試驗裝置和試驗方法推廣性和可操作性強，能夠滿足現(xiàn)行巖石室內(nèi)試驗規(guī)程規(guī)定的技術(shù)條件，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟效益顯著。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置，包括圓盤定位導(dǎo)向裝置以及承壓底座，所述巖石試件位于承壓底座和圓盤定位導(dǎo)向裝置之間，所述圓盤定位導(dǎo)向裝置包含依次同心連接的上部校準圓盤、中部位移傳感器連接圓盤和下部巖石試件承力圓盤，所述中部位移傳感器連接圓盤的外直徑大于上部校準圓盤和下部巖石試件承力圓盤的外直徑，中部位移傳感器連接圓盤上安裝有位移傳感器，在中部位移傳感器連接圓盤的下端面與下部巖石試件承力圓盤相切的位置設(shè)有無線紅外線儀定位裝置，所述下部巖石試件承力圓盤的外直徑與承壓底座的外直徑相同。

作為優(yōu)選，所述承壓底座上安裝有三個卡盤，承壓底座上圓周均布三條向心的矩形槽，卡盤位于矩形槽內(nèi)，卡盤通過連接片與滑動基座連接，滑動基座下部設(shè)有槽印，在承壓底座內(nèi)設(shè)有沿承壓底座轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上表面上設(shè)有螺紋槽，螺紋槽為平面螺紋，槽印與螺紋槽配合使用，轉(zhuǎn)盤的下表面設(shè)有大錐齒輪盤，大錐齒輪盤與小錐齒輪盤嚙合，小錐齒輪盤安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在承壓底座上，轉(zhuǎn)軸通過扳手鑰匙轉(zhuǎn)動。

作為優(yōu)選，所述承壓底座邊緣部位設(shè)有反射感應(yīng)器。

作為優(yōu)選，所述承壓底座上安裝有三個卡盤，承壓底座上圓周均布三條向心的矩形槽，卡盤位于矩形槽內(nèi)，卡盤下方設(shè)有連接塊，在矩形槽內(nèi)安裝有伺服電機，伺服電機的電機軸與連接塊通過螺紋連接，伺服電機與控制器連接。通過控制器控制伺服電機轉(zhuǎn)動從而帶動連接塊移動，連接塊移動，從而帶動卡盤移動。

一種上述的多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

a.平整試驗場地，安放承壓底座；

b.安放巖石試件，現(xiàn)將扳手鑰匙插入扳手鑰匙插入孔，若所測巖石試件直徑為承壓底座直徑相同，則逆時針轉(zhuǎn)動扳手鑰匙，將卡盤向外移動至與承壓底座相切位置，保證巖石試件與承壓底座上下對齊即可；若所測巖石試件直徑小于承壓底座的直徑，則順時針轉(zhuǎn)動扳手鑰匙，卡盤帶動巖石試件至軸心位置即可；

c.安裝圓盤定位導(dǎo)向裝置，激活開啟無線紅外線儀定位裝置，調(diào)整圓盤定位導(dǎo)向裝置，當上部校準圓盤上的無線紅外線儀孔顯示綠色即為同軸心位置；

d.將安裝好的巖石試件及其試驗裝置安放到試驗機位置；

e.若所測巖石試件直徑為承壓底座直徑相同，則直接進行巖石力學(xué)試驗即可；若所測巖石試件直徑小于承壓底座的直徑，則逆時針轉(zhuǎn)動扳手鑰匙，使卡盤向外移動至與承壓底座相切位置；

f.安裝位移傳感器，調(diào)整好后開始進行巖石試驗。

有益效果：本發(fā)明的多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置，能夠滿足多尺寸巖石試件快速準確定位，避免試件加載過程中出現(xiàn)偏心，造成數(shù)據(jù)采集誤差大的問題；經(jīng)濟高效，組裝簡便，只需要加工一套巖石試件加載裝置即可滿足巖石多尺度試驗要求，既能夠節(jié)省試驗過程中加工鋼模墊塊的時間，又能夠節(jié)省大量的試驗加工費用，加速巖石試驗高效進行。本試驗裝置和試驗方法應(yīng)用推廣性強，基于巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)液壓伺服控制平臺進行開發(fā)研究，具有較強的實用性和可操作性，具有良好的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為承壓底座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為承壓底座的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為扳動鑰匙結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明為一種多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置，由圓盤定位導(dǎo)向裝置1、無線紅外線儀定位裝置2、承壓底座5組成，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石力學(xué)試驗多尺度試件軸心快速定位。所述圓盤定位導(dǎo)向裝置1由上部校準圓盤15、中部位移傳感器連接圓盤16和下部巖石試件承力圓盤17組成，三部分為一整體進行鋼模加工而成。上部校準圓盤15直徑d＝80mm，高h＝10mm，與液壓伺服試驗機加載圓筒尺寸相同，并承擔加載圓筒施加的荷載，中部位移傳感器連接圓盤16直徑d＝140mm，高h＝20mm，沿直徑方向向外延伸，延伸部分能夠滿足位移傳感器360°監(jiān)測位移數(shù)據(jù)，下部巖石試件承力圓盤17直徑d＝80mm，高h＝20mm，與承壓底座5直徑尺寸相同，圓盤定位導(dǎo)向裝置1能夠?qū)⒁簤核欧囼灆C加載圓筒傳遞給巖石試件。

在本發(fā)明中，所述無線紅外線儀定位裝置2由3組無線紅外線發(fā)射器及其反射感應(yīng)器6組成，無線紅外線儀定位裝置2設(shè)置在中部位移傳感器連接圓盤16下端面與下部巖石試件承力圓盤17相切的位置，紅外線可通過信號控制沿下部巖石試件承力圓盤17切線方向發(fā)射，所述承壓底座5邊緣部位設(shè)有反射感應(yīng)器6，紅外線經(jīng)反射在上部校準圓盤1孔口處顯示為綠色，反之為紅色。

在本發(fā)明中，所述承壓底座5上安裝有三個卡盤4，卡盤4與巖石試件接觸的面設(shè)有防滑槽14，承壓底座5上圓周均布三條向心的矩形槽，矩形槽之間的夾角為120°，卡盤4位于矩形槽內(nèi)，卡盤4通過連接片12與滑動基座11連接，滑動基座11下部設(shè)有槽印，在承壓底座5內(nèi)設(shè)有沿承壓底座5轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤通過軸承安裝在承壓底座5上，轉(zhuǎn)盤上表面上設(shè)有螺紋槽10，螺紋槽為平面螺紋，槽印與螺紋槽10配合使用，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動一個角度，三個卡盤4通過螺紋傳動，移動若干個螺距的距離，從而三個卡盤4同步轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤的下表面設(shè)有大錐齒輪盤9，大錐齒輪盤9與小錐齒輪盤8嚙合，小錐齒輪盤8安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在承壓底座5上，轉(zhuǎn)軸通過扳手鑰匙13轉(zhuǎn)動。螺紋槽10范圍為自圓心3cm—8cm范圍內(nèi)，圓心0—3cm為實心，所述大錐齒輪盤9與小錐齒輪盤8均為圓錐臺形卡齒，保證齒齒之間緊密咬合。所述卡盤4底部后側(cè)為滾輪形，滿足卡盤4向外移動到承壓底座5邊緣時，能夠沿著承壓底座5切線方向移動，可實現(xiàn)對直徑為8cm的巖石試件的軸心固定。所述承壓底座5上下平面均為平正面，為光滑面，消除不平整面對巖石力學(xué)試驗的影響。

在本發(fā)明中，所述承壓底座5上安裝有三個卡盤4，承壓底座5上圓周均布三條向心的矩形槽，卡盤4位于矩形槽內(nèi)，卡盤4下方設(shè)有連接塊，在矩形槽內(nèi)安裝有伺服電機，伺服電機的電機軸與連接塊通過螺紋連接，伺服電機與控制器連接。通過控制器控制伺服電機轉(zhuǎn)動，從而精確的控制卡盤4的移動，從而可以同步的控制三個卡盤4的移動，使得卡盤4卡緊巖石試樣。

在本發(fā)明中，所述扳手鑰匙插入孔7內(nèi)設(shè)置有正方形鎖芯，正方形鎖芯與轉(zhuǎn)軸連接，所述扳手鑰匙14與扳手鑰匙插入孔7內(nèi)相對應(yīng)，耐久性強，不易損壞。

一種多尺度巖石試件軸心快速定位試驗裝置的使用方法，包括以下幾個步驟：

a.平整試驗場地，安放承壓底座5；

b.安放巖石試件3，若試件直徑為80mm，則只需將巖石試件3與承壓底座5上下對齊即可；若試件直徑小于80mm，則安放巖石試件3與承壓底座5相應(yīng)刻度圈上下對齊，操作完成后檢查校準；

c.安裝圓盤定位導(dǎo)向裝置1，激活開啟無線紅外線儀定位裝置2，調(diào)整圓盤定位導(dǎo)向裝置1到指定位置；

d.將安裝好的巖石試件3及其試驗裝置安放到試驗機位置；

e.調(diào)整承壓底座5保證與圓盤定位導(dǎo)向裝置1軸心對齊，若不對齊，則重新調(diào)試圓盤定位導(dǎo)向裝置1，直至軸心對齊為止；

f.安裝位移傳感器，調(diào)整好后開始進行巖石試驗。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。