[实用新型]电动大型应变控制式环剪仪

说明书

技术领域

本实用新型属于岩土工程领域，具体涉及一种环剪仪，特别是一种电动大型高速应变控制式环剪仪。

背景技术

环剪仪是岩土工程领域室内实验仪器的一种，主要用于岩土运动剪切强度参数的测定。对于天然滑坡的滑动面，土体会因多次滑动而产生相当大的变形，在分析滑坡的稳定性时，应采用残余强度。环剪仪则可以测定岩土的抗剪强度随位移增长的变化规律，特别适用于量测大位移后土的残余强度。

环剪实验是将土样装入环形试样盒中，通过上部加压板对试样施加垂直压力，在此基础上给土样施加一定的扭转剪力使其发生破坏的过程。环剪仪按其结构特征分为两种类型，即单环式环剪仪和双环式环剪仪。其中，单环式环剪仪是将土样装入整体式单环圆筒形剪切盒中，通过加压板对土样施加垂直压力的同时加以一定的扭转剪力，使用此种环剪仪进行实验的土样其剪切破坏不是发生在土样内部，而是出现于接近旋转加压板处，因此所测得的数据并不能反映土样的真实力学指标。双环式环剪仪是将整体式单环剪切盒设计成为上下分离的两个环形剪切盒，使用此种环剪仪进行实验的土样沿上下环形盒接触的预设面进行剪切，实现了真正意义上的环剪，但此种环剪仪上下剪切盒的间距较难控制，土样在实验过程中容易出现挤出现象。

目前，国内有关环剪仪研制与开发的成果尚少，所研制的环剪仪也多为小型环剪仪，此种环剪仪剪切盒尺寸偏小，由此产生的应力集中效应对实验数据的影响比较大，其加载较小，剪切速度也较低，最大速度一般只能达到1r/min，因此其应用范围非常有限，不能满足科研以及工程实际的需要。相形之下，国外发达国家对环剪仪的研制已经进行了较长时间，大型环剪仪和高自动化环剪仪也相继问世，但国外环剪仪的加压系统和升降系统均采用液压装置，这种液压装置的工作性能稳定，可靠性较好，但其在使用过程中存在几大缺陷，如在实验过程中易产生渗漏，存在污染；不利于日常维护，且维护费用较高；安装程序特别繁琐，需要布设大量的管路，这些管路会给实验过程带来诸多不便，需要配备液压源及相关配件，如液压泵等。除此之外，国外环剪仪价格昂贵，其推广应用也是举步维艰，国内使用的寥寥无几。

综合上述情况可知，目前国内有关适合工程需要的大型高速环剪仪的自主研制与开发还属空白，仪器的缺乏大大限制了相关参数的测定，对地质灾害的深入研究造成了极大影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种电动大型高速应变控制式环剪仪，该环剪仪在上剪切盒、下剪切盒之间设置间隙控制结构，保证上下剪切盒的密封性，有效防止实验过程中试样渗漏；通过齿轮传动及控制器实现速度控制，其最大剪切速度能达到588cm/s，相比国内1r/min的环剪速度，实现了真正意义上的高速环形剪切；通过齿轮机构传动来实现剪切破坏，下剪切盒进行的是环形转动，可实现试样在连续的位移条件下进行剪切，即实现剪切位移不限。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术结局的方案：

一种电动大型应变控制式环剪仪，其特征在于，包括基础底座和平台；所述平台通过支撑杆安装在所述基础底座上方；在平台和基础底座之间设置有控制器、剪切小齿轮控制单元和剪切盒间隙控制单元；在平台上安装有剪切单元和竖直单元；

所述剪切小齿轮控制单元包括减速箱、剪切小齿轮轴、剪切力矩传感器、剪切小齿轮轴前端支承轴承、剪切小齿轮轴末端支承轴承、剪切锥齿轮副和剪切伺服电机；其中，剪切伺服电机固定在所述基础底座上，剪切伺服电机的输出端连接减速箱，减速箱的输出端连接剪切锥齿轮副的一个齿轮，剪切锥齿轮副的另一个齿轮通过剪切小齿轮轴末端支承轴承安装在基础底座上；剪切锥齿轮副的上方依次安装剪切小齿轮轴和剪切力矩传感器；其中，剪切力矩传感器上端的轴承向上穿过平台与剪切小齿轮轴前端支承轴承相连接；

所述剪切盒间隙控制单元包括间隙传感器、间隙控制伺服电机、间隙调整锥齿轮副和中轴，其中，中轴穿过平台，中轴的下端依次安装间歇传感器、间隙调整锥齿轮副；基础底座上还安装有间隙控制伺服电机，该间隙控制伺服电机的输出端和间隙调整锥齿轮副连接；

所述剪切单元包括上剪切盒、下剪切盒、上剪切盒安装盘、下剪切盒安装盘、剪切大齿轮、剪切小齿轮；其中，剪切大齿轮位于平台中央，剪切大齿轮两侧的平台上对称安装两个固定杆，下剪切盒安装盘固定在剪切大齿轮上，下剪切盒安装盘的上方依次同轴安装下剪切盒、上剪切盒和上剪切盒安装盘；其中，下剪切盒安装盘与下剪切盒之间通过螺栓相连接，上剪切盒与上剪切盒安装盘之间也通过螺栓相连接；剪切小齿轮安装在剪切小齿轮轴前端支承轴承上，且剪切小齿轮与剪切大齿轮啮合；