一种整机框架可变刚度调节装置

1.本发明涉及岩土试验装置技术领域，尤其涉及一种整机框架可变刚度调节装置。


背景技术：

2.在地下隧洞，山地矿井活动中的岩石破坏现象时有发生，在矿山活动中，围岩经常处于外力扰动与蠕变作用相结合的状态，其变形情况与特性既不同于单一的蠕变变形，也不同于单一的扰动变形。针对此，展开动态载荷扰动作用对岩石蠕变影响的研究是非常重要的。通过相关试验、理论和数值模拟工作，探讨动态扰动对岩体工程长期变形的影响，为预测工程围岩的长期变形做出参考加载试验。
3.在进行岩土试验，如岩石的单轴或者三轴压缩试验时，现有的试验机整体框架均是通过油缸对试验土体施加静态的载荷来进行相关的试验，无法实现刚度的动态调节，从而使得试验结果与围岩的真实变形情况存在一定的偏差。


技术实现要素：

4.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种整机框架可变刚度调节装置，可在岩土试验过程中对岩土样本同时还施加静载荷和动载荷，实现刚度调节，而且还能适用于不同长度的岩土样本。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种整机框架可变刚度调节装置，包括门型框架，所述门型框架的底部安装有静态缸，其特征在于：所述静态缸的顶部设置有用于对实验土体高度进行调节的高度调节组件；所述门型框架的顶部安装有动态缸，且所述门型框架的顶部还安装有分别用于对静态载荷和动态载荷进行测量的静态载荷测量组件和动态载荷测量组件。
7.进一步的，所述静态载荷测量组件包括安装在所述门型框架顶部的传感器连接法兰，所述传感器连接法兰的底部安装有用于测量静态载荷的多柱式传感器，所述多柱式传感器的底部安装有静态压头。
8.进一步的，所述动态载荷测量组件包括安装在所述动态缸输出端的剪板式传感器，所述剪板式传感器的底部通过备帽安装有动态压头。
9.进一步的，所述高度调节组件包括多个增高垫，每个所述增高垫的两侧均固设有把手柱。
10.进一步的，所述高度调节组件包括底垫板，所述底垫板的左右两侧对称设置有两块安装板，两块所述安装板之间滑动连接有升降板。
11.进一步的，每个所述安装板内均开设有安装腔，所述安装腔内靠近顶部处转动安装有从动齿轮，所述安装腔内靠近底部处转动安装有主动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮之间通过第一链条连接，两个所述第一链条转动方向相反；所述升降板的两侧分别与相互对应的所述第一链条固定连接。
12.进一步的，所述第一链条靠近所述升降板的一侧固设有连接块，所述安装板靠近
所述升降板的一侧沿垂直方向开设有与所述连接块相匹配的限位槽，所述限位槽与所述安装腔连通，所述连接块贯穿所述限位槽后与所述升降板固定连接。
13.进一步的，其中一个所述安装板的安装腔内安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接有第一转轴，相互对应的主动齿轮固定套设在所述第一转轴上，所述第一转轴上还固定套设有第一传动轮，另外一个所述安装板的安装腔内转动设有第二转轴，相互对应的主动齿轮固定套设在所述第二转轴上，且所述第二转轴上还固定套设有第二传动轮，所述第一传动轮与所述第二传动轮转动方向相反，且所述底垫板内设有用于连接所述第一传动轮和第二传动轮的传动组件。
14.进一步的，所述底垫板内开设有左右连通的安装孔，所述安装板上开设有用于连通所述安装孔与所述安装腔的连通孔，所述传动组件贯穿所述安装孔和所述连通孔。
15.进一步的，所述传动组件包括转动设置在所述安装孔内的第三转轴和第四转轴，所述第三转轴上固定套设有第三传动轮和第一转向齿轮，所述第四转轴上固定套设有第四传动轮和第二转向齿轮，所述第一转向齿轮与所述第二转向齿轮相互啮合，所述第一传动轮与所述第三传动轮之间通过第一皮带连接，所述第二传动轮与所述第四传动轮之间通过第二皮带连接。
16.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，
17.1、本发明中的可变刚度调节装置通过设置的静态缸和动态缸可以对试验岩土样本同时还施加静载荷和动载荷，实现刚度调节；静态载荷测量组件和动态载荷测量组件可以对静载荷和动载荷进行精确的调节和控制，从而提高试验结果；本发明中的装置可以适用于多种岩土试验，如岩石的单轴压缩、三轴压缩、断裂韧性试验等。
18.2、本发明中的可变刚度调节装置通过增高垫可以对试验岩土样本进行高度调节，从而适用于不同长度的岩土样本。
19.3、本发明另一个实施例中，通过升降板的可升降设置，可以实现试验岩土样本高度的任意调节，避免了使用增高垫时需要一层一层垫高的大工作量，以及岩土样本高度的调节只能是增高垫好厚度的倍数问题；在升降板高度调节过程中，通过左右两侧的第一链条同步带动，在连接块与限位槽的相互配合作用下，升降板升降过程中稳定性好，且通过第一驱动电机即可带动升降板两侧的两根第一链条反向转动，降低了耗能，也降低了整个高度调节组件的质量，使用更加方便便捷。
附图说明
20.图1为本发明实施例一中可变刚度调节装置外部结构示意图。
21.图2为本发明实施例一中静态载荷测量组件和动态载荷测量组件内部结构示意图。
22.图3为本发明实施例二中可变刚度调节装置外部结构示意图。
23.图4为本发明实施例二中高度调节组件内部结构主视图。
24.图5为本发明实施例二中高度调节组件内部结构俯视图。
25.图6为本发明实施例二中传动组件内部结构主视图。
26.其中：1-门型框架，2-静态缸，3-动态缸，4-传感器连接法兰，5-多柱式传感器，6-静态压头，7-剪板式传感器，8-备帽，9-动态压头，10-增高垫，11-把手柱，12-底垫板，13-安
装板，14-升降板，15-安装腔，16-从动齿轮，17-主动齿轮，18-第一链条，19-连接块，20-限位槽，21-驱动电机，22-第一转轴，23-第一传动轮，24-第二转轴，25-第二传动轮，26-安装孔，27-连通孔，28-第三转轴，29-第四转轴，30-第三传动轮，31-第一转向齿轮，32-第四传动轮，33-第二转向齿轮，34-第一皮带，35-第二皮带。
具体实施方式
27.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
28.实施例一：
29.参照附图1-2所示的一种整机框架可变刚度调节装置，包括门型框架1，所述门型框架1的底部安装有静态缸2，所述静态缸2的顶部设置有用于对实验土体高度进行调节的高度调节组件；所述门型框架1的顶部安装有动态缸3，且所述门型框架1的顶部还安装有分别用于对静态载荷和动态载荷进行测量的静态载荷测量组件和动态载荷测量组件。
30.具体的，所述门型框架的刚度＞15gn/m，由高强度结构钢一体铸造构成门式框架、配夹胶钢化玻璃保护门，所述静态缸2安装在下横梁上，通过静态缸2的活塞向上对岩土样本施加静载荷试验力，所述动态缸3安装在门型框架1的上横梁上，通过动态缸3的活塞向下对岩土样本施加动态载荷试验力，这种结构形式最大限度的提高了试验机的刚度，减小了试验机的间隙，而且也使得试验机的外形美观。
31.所述静态载荷测量组件包括安装在所述门型框架1顶部的传感器连接法兰4，所述传感器连接法兰4通过内六角圆柱头螺钉m30*80安装在门型框架1的上横梁上，所述传感器连接法兰4的底部通过内六角圆柱头螺钉m10*60安装有用于测量静态载荷的多柱式传感器5，所述多柱式传感器5的底部通过内六角圆柱头螺钉m12*35安装有静态压头6；静态缸2的活塞对岩土样本施加向上的静载荷试验力，通过岩土样本传输至静态压头6后再传递至多柱式传感器5，从而对静载荷试验力的大小进行精确的控制和调节。
32.所述动态载荷测量组件包括安装在所述动态缸3输出端的剪板式传感器7，所述剪板式传感器7的底部通过备帽8安装有动态压头9，动态缸3对岩土样本施加向下的动载荷试验力，直接通过剪板式传感器7对动载荷试验力的大小进行控制和调节，最后通过动态压头9从岩土样本的顶部对岩土样本施加向下的动载荷试验力。
33.所述高度调节组件包括多个增高垫10，所述增高垫10放置在所述静态缸2的顶部，可以对岩土样本的高度进行调节，从而使得岩土样本的顶部可以与静态压头6接触，每个所述增高垫10的两侧均固设有把手柱11，方便取放。
34.本发明中可变刚度调节装置的工作原理：本发明在使用时，根据岩土样本的长度，在静态缸2的顶部放置不同个数的增高垫10，然后将岩土样本放置在增高垫10上，使岩土样本的顶部与静态压头6接触，然后通过静态缸2对岩土样本的底部施加向上的静载荷试验力，通过动态缸3对岩土样本的顶部施加向下的动载荷试验力，静态缸2对岩土样本施加的静载荷试验力，通过岩土样本传输至静态压头6后再传递至多柱式传感器5，从而对静载荷试验力的大小进行精确的控制和调节；动态缸3对岩土样本施加的动载荷试验力，直接通过剪板式传感器7对动载荷试验力的大小进行控制和调节。
35.实施例二：
36.在实施例的基础上，实施例二中所述高度调节组件与实施例一不同，其他均相同，具体的，如附图3-6所示，本实施例中的高度调节组件包括底垫板12，所述底垫板12直接放置在所述静态缸2上，所述底垫板12的左右两侧对称设置有两块安装板13，两块所述安装板13均与所述底垫板12垂直设置，且所述底垫板12和两块安装板13形成一个整体的结构，两块所述安装板13之间滑动连接有升降板14。
37.具体的，每个所述安装板13内均开设有安装腔15，所述安装腔15内靠近顶部处通过转轴转动安装有从动齿轮16，转轴沿着前后方向设置，所述安装腔15内靠近底部处转动安装有主动齿轮17，所述从动齿轮16与所述主动齿轮17之间通过第一链条18连接，两个所述第一链条18转动方向相反；所述第一链条18靠近所述升降板14的一侧固设有连接块19，所述安装板13靠近所述升降板14的一侧沿垂直方向开设有与所述连接块19相匹配的限位槽20，所述限位槽20与所述安装腔15连通，所述连接块19贯穿所述限位槽20后与所述升降板14固定连接。由于两个第一链条18转动方向相反，因此，两个连接块19可实现同步上升或者下降，从而带动升降板14上升或者下降。
38.更具体的，其中一个所述安装板13的安装腔15内安装有驱动电机21，所述驱动电机21的输出轴连接有第一转轴22，相互对应的主动齿轮17固定套设在所述第一转轴22上，所述第一转轴22上还固定套设有第一传动轮23，另外一个所述安装板13的安装腔15内转动设有第二转轴24，相互对应的主动齿轮17固定套设在所述第二转轴24上，且所述第二转轴24上还固定套设有第二传动轮25，所述第一传动轮23与所述第二传动轮25转动方向相反，且所述底垫板12内设有用于连接所述第一传动轮23和第二传动轮25的传动组件。
39.所述底垫板12内开设有左右连通的安装孔26，所述安装孔26为凸形结构，且所述凸形结构的两端与所述底垫板12的两端连通，所述安装板13上开设有用于连通所述安装孔26与所述安装腔15的连通孔27，所述传动组件贯穿所述安装孔26和所述连通孔27。
40.所述传动组件包括转动设置在所述安装孔26内的第三转轴28和第四转轴29，所述第三转轴28和第四转轴29均通过轴承与所述安装孔26转动连接，所述第三转轴28上固定套设有第三传动轮30和第一转向齿轮31，所述第四转轴29上固定套设有第四传动轮32和第二转向齿轮32，所述第一转向齿轮31与所述第二转向齿轮32相互啮合，所述第一传动轮23与所述第三传动轮30之间通过第一皮带33连接，所述第二传动轮25与所述第四传动轮32之间通过第二皮带34连接。与驱动电机21连接的第一转轴22转动时，带动第一传动轮23和第一转轴22上连接的主动齿轮17同步转动，第一传动轮23通过第一皮带33带动第三转动轮30同向转动，第三传动轮30转动带动第三转轴28和第三转轴28上连接的第一转动齿轮31同向转动，由于第一转动齿轮31与第二转向齿轮32相互啮合，因此，第二转向齿轮32与第一转向齿轮31反向转动，第二转向齿轮32转动时带动第四转轴29和第四转轴29上连接的第四传动轮32转动，也即，第四转轴29与第三转轴28和第一转轴22转动方向相反；第四传动轮32又通过第二皮带34带动第二传动轮25同向转动，第二传动轮25转动带动第二转轴24和第二转轴24上的主动齿轮17转动，从而最终使得第二转轴24与第一转轴22转动方向相反，两个主动齿轮17转动方向也就是相反的，因此两个第一链条18的转动方向也就相反。
41.本实施例中高度调节组件的工作原理：本实施例中的高度调节组件在使用时，将底垫板12放置在静态缸2上，根据岩土试样的长度，启动驱动电机21，驱动电机21带动第一转轴22转动，进而带动第一传动轮23和第一转轴22上连接的主动齿轮17同步转动，第一传
动轮23通过第一皮带33带动第三转动轮30同向转动，第三传动轮30转动带动第三转轴28和第三转轴28上连接的第一转动齿轮31同向转动，由于第一转动齿轮31与第二转向齿轮32相互啮合，因此，第二转向齿轮32与第一转向齿轮31反向转动，第二转向齿轮32转动时带动第四转轴29和第四转轴29上连接的第四传动轮32转动，也即，第四转轴29与第三转轴28和第一转轴22转动方向相反；第四传动轮32又通过第二皮带34带动第二传动轮25同向转动，第二传动轮25转动带动第二转轴24和第二转轴24上的主动齿轮17转动，从而最终使得第二转轴24与第一转轴22转动方向相反，两个主动齿轮17转动方向也就是相反的，因此两个第一链条18的转动方向也就相反。两个第一链条18反向转动时，两个连接块19可实现同步上升或者下降，从而带动升降板14上升或者下降。
42.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种整机框架可变刚度调节装置，包括门型框架(1)，所述门型框架(1)的底部安装有静态缸(2)，其特征在于：所述静态缸(2)的顶部设置有用于对实验土体高度进行调节的高度调节组件；所述门型框架(1)的顶部安装有动态缸(3)，且所述门型框架(1)的顶部还安装有分别用于对静态载荷和动态载荷进行测量的静态载荷测量组件和动态载荷测量组件。2.根据权利要求1所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述静态载荷测量组件包括安装在所述门型框架(1)顶部的传感器连接法兰(4)，所述传感器连接法兰(4)的底部安装有用于测量静态载荷的多柱式传感器(5)，所述多柱式传感器(5)的底部安装有静态压头(6)。3.根据权利要求2所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述动态载荷测量组件包括安装在所述动态缸(3)输出端的剪板式传感器(7)，所述剪板式传感器(7)的底部通过备帽(8)安装有动态压头(9)。4.根据权利要求1所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述高度调节组件包括多个增高垫(10)，每个所述增高垫(10)的两侧均固设有把手柱(11)。5.根据权利要求1所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述高度调节组件包括底垫板(12)，所述底垫板(12)的左右两侧对称设置有两块安装板(13)，两块所述安装板(13)之间滑动连接有升降板(14)。6.根据权利要求5所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：每个所述安装板(13)内均开设有安装腔(15)，所述安装腔(15)内靠近顶部处转动安装有从动齿轮(16)，所述安装腔(15)内靠近底部处转动安装有主动齿轮(17)，所述从动齿轮(16)与所述主动齿轮(17)之间通过第一链条(18)连接，两个所述第一链条(18)转动方向相反；所述升降板(14)的两侧分别与相互对应的所述第一链条(18)固定连接。7.根据权利要求6所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述第一链条(18)靠近所述升降板(14)的一侧固设有连接块(19)，所述安装板(13)靠近所述升降板(14)的一侧沿垂直方向开设有与所述连接块(19)相匹配的限位槽(20)，所述限位槽(20)与所述安装腔(15)连通，所述连接块(19)贯穿所述限位槽(20)后与所述升降板(14)固定连接。8.根据权利要求6所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：其中一个所述安装板(13)的安装腔(15)内安装有驱动电机(21)，所述驱动电机(21)的输出轴连接有第一转轴(22)，相互对应的主动齿轮(17)固定套设在所述第一转轴(22)上，所述第一转轴(22)上还固定套设有第一传动轮(23)，另外一个所述安装板(13)的安装腔(15)内转动设有第二转轴(24)，相互对应的主动齿轮(17)固定套设在所述第二转轴(24)上，且所述第二转轴(24)上还固定套设有第二传动轮(25)，所述第一传动轮(23)与所述第二传动轮(25)转动方向相反，且所述底垫板(12)内设有用于连接所述第一传动轮(23)和第二传动轮(25)的传动组件。9.根据权利要求8所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述底垫板(12)内开设有左右连通的安装孔(26)，所述安装板(13)上开设有用于连通所述安装孔(26)与所述安装腔(15)的连通孔(27)，所述传动组件贯穿所述安装孔(26)和所述连通孔(27)。10.根据权利要求9所述的一种整机框架可变刚度调节装置，其特征在于：所述传动组件包括转动设置在所述安装孔(26)内的第三转轴(28)和第四转轴(29)，所述第三转轴(28)上固定套设有第三传动轮(30)和第一转向齿轮(31)，所述第四转轴(29)上固定套设有第四
传动轮(32)和第二转向齿轮(33)，所述第一转向齿轮(31)与所述第二转向齿轮(33)相互啮合，所述第一传动轮(23)与所述第三传动轮(30)之间通过第一皮带(34)连接，所述第二传动轮(25)与所述第四传动轮(32)之间通过第二皮带(35)连接。

技术总结
本发明公开了一种整机框架可变刚度调节装置，属于岩土试验装置技术领域；所述可变刚度调节装置包括门型框架，所述门型框架的底部安装有静态缸，所述静态缸的顶部设置有用于对实验土体高度进行调节的高度调节组件；所述门型框架的顶部安装有动态缸，且所述门型框架的顶部还安装有分别用于对静态载荷和动态载荷进行测量的静态载荷测量组件和动态载荷测量组件。可在岩土试验过程中对岩土样本同时还施加静载荷和动载荷，实现刚度调节；此外，该装置还可以通过高度调节组件实现对岩土样本高度的调节，从而适用于不同长度的岩土样本。从而适用于不同长度的岩土样本。从而适用于不同长度的岩土样本。


技术研发人员：朱春凤 金石 上官云龙 张树帅 杨永永
受保护的技术使用者：吉林建筑大学
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/11