[发明专利]一种全自动残余直剪剪切仪及其操作方法

权利要求书

1.一种全自动残余直剪剪切仪，其特征在于，它包括直剪剪切仪(1)和计算机(2)，所述的直剪剪切仪(1)通过航空插头(1-28)分别与竖向荷重传感器(1-19)、竖向位移传感器(1-7)、水平荷重传感器(1-21)和水平位移传感器(1-12)相连接，所述的计算机(2)通过通讯协议与直剪剪切仪(1)相连接，通过计算机(2)或者控制面板(1-14)向直剪剪切仪(1)发送命令，并将竖向荷重传感器(1-19)和水平位移传感器(1-12)反馈得到的竖向荷重F₁和水平剪切量s₂与目标值相对比，进行伺服闭环控制；

所述的直剪剪切仪(1)包括垂直伺服加载系统和水平剪切驱动系统，所述的垂直伺服加载系统包括上部加载横梁(1-8)、下部加载横梁(1-44)，连接在上部加载横梁(1-8)和下部加载横梁(1-44)之间的拉杆(1-9)，安装在上部加载横梁(1-8)上的竖向荷重传感器(1-19)，和安装在下部加载横梁(1-44)上的气动加载装置(E)或者电机加载装置(F)；所述的竖向荷重传感器(1-19)通过第一加载接头(1-38)固定在上部加载横梁(1-8)的中间位置，所述的竖向荷重传感器(1-19)通过安装在底部的子弹型传力接头(1-20)与承压盖(1-39)顶部的凹槽相接触；

所述的气动加载装置(E)或者电机加载装置(F)的下部通过第二加载接头(1-45)连接在下部加载横梁(1-44)的中间位置，所述的气动加载装置(E)或者电机加载装置(F)的上部固定在固定挡板(1-25)的中心位置；

所述的上部加载横梁(1-8)一端设有U型开口；

水平剪切驱动系统包括蜗轮蜗杆减速机(1-2)、与蜗轮蜗杆减速机(1-2)相连的电机(1-16)、弓字型受力结构(1-10)、水平荷重传感器(1-21)和调节旋杆(1-22)；

所述的拉杆(1-9)穿过直线轴承(1-43)固定于控制盒(1-1)的顶部，在轴向加载过程中，通过直线轴承(1-43)保证拉杆(1-9)的垂直度和光滑度，提高试验控制和测量的精确度；

所述的气动加载装置(E)通过活塞(1-46)将气缸(1-36)划分为两个密封区域，即下部密封区域E₁和上部密封区域E₂，通过向下部密封区域E₁或上部密封区域E₂施加气压力，依次带动下部加载横梁(1-44)、拉杆(1-9)和上部加载横梁(1-8)进行向上或者向下移动，实现对试样的竖向卸荷和竖向加压操作；

所述的电机加载装置(F)包括竖向电机(1-42)和竖向蜗轮蜗杆减速机(1-47)，所述的竖向电机(1-42)安装在竖向蜗轮蜗杆减速机(1-47)上，所述的竖向蜗轮蜗杆减速机(1-47)的顶部和底部分别固定在固定挡板(1-25)和下部加载横梁(1-44)上，通过竖向电机(1-42)运行带动竖向蜗轮蜗杆减速机(1-47)进行上下移动，并依次带动下部加载横梁(1-44)、拉杆(1-9)和上部加载横梁(1-8)进行向上或者向下移动，实现对试样的竖向卸荷和竖向加压操作；

蜗轮蜗杆减速机(1-2)的一端与电机(1-16)相连接、蜗轮蜗杆减速机(1-2)的另一端与连接杆(1-3)的一端固定连接，连接杆(1-3)的另一端通过固定螺母(1-17)与剪切容器(1-4)上的剪切推板(1-18)相固定连接；

弓字型受力结构(1-10)的两端分别固定在上剪切盒(1-26)的侧壁和水平荷重传感器(1-21)上，所述的水平荷重传感器(1-21)的另一端固定有调节旋杆(1-22)，所述的调节旋杆(1-22)通过底座(1-13)固定在控制盒(1-1)的顶面，可通过调节旋杆(1-22)调整水平荷重传感器(1-21)的水平度，使水平荷重传感器(1-21)和连接杆(1-3)处于同一轴线上；

直剪剪切仪(1)的控制盒(1-1)的顶面安装有轨道(1-27)，所述的轨道(1-27)的中心位置与上部加载横梁(1-8)、下部加载横梁(1-44)的中心位置处于同一竖向轴线上；

所述的轨道(1-27)凹槽内放置有钢珠(1-29)，并与剪切容器(1-4)底部的轨道相对应，下剪切盒(1-34)固定于剪切容器(1-4)的中心位置，上剪切盒(1-26)通过定位销钉(1-33)固定于下剪切盒(1-34)上，并与下剪切盒(1-34)保持竖向一致；

在水平剪切方向上，下剪切盒(1-34)两侧壁上分别通过固定螺丝(1-32)固定有上剪切盒导向片(1-30)，上剪切盒导向片(1-30)带有牛眼(1-31)；

在水平剪切方向上，所述的下剪切盒(1-34)的上表面分别安装有两排牛眼(1-31)，并与上剪切盒(1-26)下表面的滑槽(1-37)相对应；

上剪切盒(1-26)和下剪切盒(1-34)可选择为方形试样上剪切盒(1-49)和方形试样下剪切盒(1-48)，用于进行方形试样的剪切固结试验，方形试样下剪切盒(1-48)的底部设置有环形排水通道(1-54)，所述的环形排水通道(1-54)与剪切容器(1-4)底部的排水通道(1-35)相契合形成一个排水通路；

下剪切盒(1-34)可更换为非饱和土下剪切盒(1-50)，所述的非饱和土下剪切盒(1-50)的底部安装有陶土板(1-52)，并通过陶土板压片(1-51)进行固定；

所述的非饱和土下剪切盒(1-50)位于剪切容器(1-4)和上剪切盒(1-26)之间，上剪切盒(1-26)、非饱和土下剪切盒(1-50)、剪切容器(1-4)、轨道(1-27)和固定座(1-11)、水平位移传感器(1-12)位于封闭腔(1-53)的内部，传力接头(1-20)通过竖向直线轴承(1-55)穿过封闭腔(1-53)顶部中心与承压盖(1-39)顶部凹槽相接触，连接杆(1-3)通过第一水平直线轴承(1-56)穿过封闭腔(1-53)侧壁与剪切容器(1-4)相连接，弓字型受力结构(1-10)通过第二水平直线轴承(1-57)穿过封闭腔(1-53)侧壁与上剪切盒(1-26)相连接；

所述的封闭腔(1-53)固定于控制盒(1-1)顶面的中心位置；

所述的竖向位移传感器(1-7)通过传感器固定杆(1-5)和传感器夹具(1-6)固定于控制盒(1-1)的顶面，竖向位移传感器(1-7)的探头位于第一加载接头(1-38)上，测量竖向荷重作用下试样的竖向变形量s₁；

所述的水平位移传感器(1-12)通过固定座(1-11)固定于控制盒(1-1)的顶面，水平位移传感器(1-12)的探头与剪切容器(1-4)的侧壁相接触，测量剪切过程中试样的实时水平剪切量s₂。