一种微机控制电液伺服大型双向直剪仪.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102478473 A (43)申请公布日 2012.05.30 CN 102478473 A *CN102478473A* (21)申请号 201010571126.6 (22)申请日 2010.11.25 G01N 3/24(2006.01) G01N 19/02(2006.01) (71)申请人 天水红山试验机有限公司 地址 741001 甘肃省天水市秦州区红山路 2 号天水红山试验机有限公司 (72)发明人 王多成 (54) 发明名称 一种微机控制电液伺服大型双向直剪仪 (57) 摘要 本发明公开了一种微机控制电液伺服大型双 向直剪仪， 它能满足较大尺寸试样，

2、 能施加较大的 应力比， 能够真实的模拟实际情况， 适应多种材料 接触面的力学特性试验研究。包括主机 (1)、 液 压系统 (2)、 电液伺服控制系统 (3)， 主机 (1) 包 括 ： 承载横梁 (101)、 四立柱 (102)、 机座 (107) 组 成的承载机架、 垂直向伺服加载油缸 (103) ； 上剪 切试台 (104) ； 水平承载支架 (106、 106 ) ； 安装 在水平承载支架 (106、 106 ) 上中心高度一致 的水平剪切伺服加载油缸 (105、 110) ； 通过安装 在机座上的直线导轨进出试验位置的下剪切试台 (108) ； 安装在下剪切试台 (108) 上的组合

3、式剪切 盒装置 (109)。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 微机控制电液伺服大型双向直剪仪， 包括主机 (1)、 液压系统 (2)、 电液伺服控制系 统 (3)， 其特征在于， 主机 (1) 包括 ： 承载横梁(101)、 四立柱(102)、 机座(107)组成的承载机架、 安装在承载机架上部承载 横梁 (101) 上的垂直向伺服加载油缸 (103) ； 与所述垂直向伺服加载油缸 (103) 活塞通过负荷传感器连接的上剪

4、切试台 (104) ； 安装在承载机架下部机座 (107) 上平面的水平承载支架 (106、 106 ) ； 安装在水平承载支架 (106、 106 ) 上中心高度一致的水平剪切伺服加载油缸 (105、 110) ； 通过安装在机座上的直线导轨进出试验位置的下剪切试台 (108) ； 安装在下剪切试台 (108) 上的组合式剪切盒装置 (109) ； 所述组合式剪切盒装置(109)包括上剪切盒(202)、 下剪切盒(203)、 与下剪切盒(203) 连接的左传载弯板 (204)、 与上剪切盒 (202) 连接的右传载弯板 (207)、 渗水槽 (205)、 及安 装在渗水槽()205上的试样下

5、压板()206和试样上平面的试样上压板(201)， 所述左传载弯 板 (204) 及右传载弯板 (207) 的传载支撑点均在所述水平剪切伺服加载油缸 (105、 110) 的 中心线上 ； 所述液压系统 (2) 包括伺服油源、 液压油分配器以及远程调压系统 ； 所述电液伺 服控制系统 (3) 主要包括计算机， 16 位 A/D 和 D/A 转换板， 以及电液伺服控制柜。 2. 根据权利要求 1 所述的微机控制电液伺服大型双向直剪仪， 其特征在于， 所述上剪 切盒 (202) 以及下剪切盒 (203) 的高度均不大于 195mm。 3. 根据权利要求 1 所述的微机控制电液伺服大型双向直剪仪，

6、其特征在于， 所述上试 样压板 (201) 为隔水压板或透水压板。 4. 根据权利要求 1 所述的微机控制电液伺服大型双向直剪仪， 其特征在于， 所述下试 样压板 (206) 为隔水压板或透水压板。 权 利 要 求 书 CN 102478473 A 2 1/3 页 3 一种微机控制电液伺服大型双向直剪仪 技术领域 0001 本发明涉及一种直剪试验装置。 背景技术 0002 近年来由于气候变化引发的洪水灾害频频发生， 防洪工作刻不容缓， 防洪工程面 临巨大考验。 水利工程及防洪工程的安全性取决于工程材料的性能， 因此， 对各种水利工程 及防洪工程材料的试验研究不容忽视。 而用于水利工程及防洪工程

7、的材料品种类繁多组织 复杂， 材料的检测项目多。现有技术中的直剪试验设备， 只适应小尺寸试样， 载荷小且检测 项目单一， 存在的问题是不能较大尺寸试样进行试验， 不能施加较大的应力比及不能实现 复杂受力状态下试样的检测， 已不能满足水利工程及防洪工程的大型化， 材料的多样化和 复杂化。 发明内容 0003 本发明提供了一种微机控制电液伺服大型双向直剪仪， 它能满足较大尺寸试样， 能施加较大的应力比， 能够真实的模拟实际情况， 适应多种材料接触面的力学特性试验研 究。 0004 本发明采用技术方案的基本构思是 ： 0005 一种微机控制电液伺服大型双向直剪仪， 包括主机、 液压系统、 电液伺服控

8、制系 统， 主机包括 ： 0006 承载横梁、 四立柱、 机座组成的承载机架、 安装在机架上部承载横梁上的垂直向伺 服加载油缸 ； 0007 与所述垂直向伺服加载油缸活塞通过负荷传感器连接的上剪切试台 ； 0008 安装在承载机架下部机座上平面的两个水平承载支架 ； 0009 安装在两个水平承载支架上中心高度一致的两个水平剪切伺服加载油缸 ； 0010 通过安装在机座上的直线导轨进出试验位置的下剪切试台 ； 0011 安装在下剪切试台上的组合式剪切盒装置 ； 0012 所述组合式剪切盒装置由上剪切盒、 下剪切盒、 与下剪切盒连接的左传载弯板、 与 上剪切盒连接的右传载弯板、 渗水槽、 安装在渗

9、水槽上的试样下压板和试样上平面的试样 上压板等部件组成， 所述左传载弯板及右传载弯板的传载支撑点均在所述两个水平剪切伺 服加载油缸的中心线上 ； 所述液压系统部分包括伺服油源、 液压油分配器以及远程调压系 统 ； 所述电液伺服控制系统主要包括计算机， 16 位 A/D 和 D/A 转换板， 以及电液伺服控制 柜。 0013 所述上剪切盒202以及下剪切盒203的高度均不大于195mm ； 所述上试样压板201 为隔水压板或透水压板 ； 所述下试样压板 206 为隔水压板或透水压板。 0014 本发明的有益效果是， 法向载荷最大可达 1000kN， 加载力的方向相反的水平剪切 载荷最大可达 10

10、00kN， 剪切盒能满足较大尺寸试样， 方型试样最大可至 500500400， 圆 说 明 书 CN 102478473 A 3 2/3 页 4 试样最大可至 500400， 能施加较大的应力比， 具备精度高、 自动化程度高、 操作方便等 特点。 同时， 设计了可双向施加水平剪切载荷， 加载力大小相等、 方向相反， 且水平剪切载荷 理论中心始终保持在上下剪切盒的对称截面， 保证剪切盒内试样上不产生弯矩， 能够真实 的模拟实际情况， 适应多种材料接触面的力学特性试验研究。本发明不仅能对多种不同尺 寸规格的筑坝材料、 河床覆盖层进行原状样的试验研究， 对岩土材料、 粗粒土材料、 混凝土 材料、 土

11、及土工织物等复杂材料在正常条件及固结排水条件下抗剪强度的试验， 而且能进 行混凝土材料之间、 粗粒土材料之间、 土和土工织物之间、 土工织物和土工织物之间的摩擦 系数试验。本发明精确度高、 通用性强、 使用方便。 附图说明 0015 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0016 图 2 为本发明主机结构构示意图 ； 0017 图 3 为本发明组合式剪切盒装置示意图 ； 0018 图 4 为本发明液压系统原理图 ； 0019 图 5 为本发明电液伺服控制系统原理图。 0020 图中 ： 主机 1 液压系统 2 电液伺服控制系统 3 承载横梁 101 四立柱 102 垂直向伺服加载油缸103 上剪切

12、试台104 水平剪切伺服加载油缸105水平承载支架106 水平承载支架106 机座107 下剪切试台108 组合式剪切盒装置109 水平剪切伺服 加载油缸 110 上压板 201 上剪切盒 202 下剪切盒 203 与下剪切盒左传载弯板 204 渗 水槽 205 下压板 206 右传载弯板 207 电液伺服阀 301 电液伺服阀 302 精密滤油器 303 电液伺服阀 304 压力变送器 305 比例溢流阀 306 伺服油源 307 具体实施方式 0021 如图 1 所示， 本发明由主机 1、 液压系统 2、 电液伺服控制系统 3 组成。 0022 如图2所示， 主机1包括承载横梁101， 四

13、立柱102， 机座107组成的承载机架， 及安 装在机架上部承载横梁101上的垂直向伺服加载油缸103， 与所述垂直向伺服加载油缸103 活塞通过负荷传感器连接的上剪切试台 104， 安装在机架下部机座 107 上平面的两个水平 承载支架 106、 106， 以及安装两个水平承载支架 106、 106上中心高度一致的两个水平 剪切伺服加载油缸 105、 110， 及通过安装在机座 107 上的直线导轨进出试验位置的下剪切 试台 108， 以及安装在下剪切试台 108 上的组合式剪切盒装置 109。如图 3 所示， 所述组合 式剪切盒装置 109 由上剪切盒 202、 下剪切盒 203、 与下剪

14、切盒 203 连接的左传载弯板 204、 与上剪切盒 202 连接的右传载弯板 207、 渗水槽 205 及安装在渗水槽 205 上的试样下压板 206 和试样上平面的试样上压板 201 等部件组成。所述上剪切盒 202 及下剪切盒 203 最大 高度均为 195mm， 组装后上下剪切盒之间留 10mm 开缝， 可满足最大试样高度为 400mm。所述 上试样压板 201 及下试样压板 206 均有隔水压板和透水压板两种， 以满足对不同试样的多 种检测方法。所述左传载弯板 204 及右传载弯板 207 的传载支撑点均在所述水平剪切伺服 加载油缸 105、 110 的中心线上， 水平剪切载荷作用力

15、始终保持在上剪切盒 202 及下剪切盒 203 的对称截面内， 使试样在不受弯矩情况下完成直剪试验。 0023 图 4 为本发明液压系统原理图。所述液压系统 2 包括一个伺服油源、 一个液压油 说 明 书 CN 102478473 A 4 3/3 页 5 分配器及一套远程调压系统。 0024 由伺服油源307输出的压力油进入油分配器， 经精密滤油器303过滤后分为四路 ： 第一路压力油进入电液伺服阀 301 后再进入水平剪切伺服加载油缸 105， 从而控制水平剪 切伺服加载油缸 105 对下剪切盒 203 施加水平载荷。第二路压力油进入电液伺服阀 302 后 再进入水平剪切伺服加载油缸110，

16、 从而控制水平剪切伺服加载油缸110对上剪切盒202施 加水平载荷。 第三路压力油进入电液伺服阀304后再进入垂直向伺服加载油缸103， 从而控 制垂直向伺服加载油缸103对试样施加垂直压向载荷。 另一路压力油进入比例溢流阀306， 与压力变送器 305 相通， 由计算机控制实现远程控制， 根据所需试验载荷调整系统压力。 0025 所述的各条油路可以依据试验的要求既可单独工作， 也可同时工作。 0026 如图 5 所示， 本发明的电液伺服控制系统 3 主要包括计算机， 16 位 PCIA/D 和 D/A 转换板， 以及电液伺服控制柜。所述的计算机与通过 16 位 PCIA/D 和 D/A 转换板及串行口 与电液伺服控制柜相通。所述的电液伺服控制系统 3 实现三路伺服闭环控制， 一路是垂直 向控制 ： 通过垂直缸伺服控制器与垂直向电液伺服阀 304 相连 ； 第二路与第三路为水平剪 切控制 ： 通过水平缸伺服控制器与电液伺服阀 301、 302 相连。 说 明 书 CN 102478473 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102478473 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102478473 A 7 3/3 页 8 图 5 说 明 书 附 图 CN 102478473 A 8