围岩力学参数现场测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种围岩力学参数现场测试系统，包括由上而下依次平行设置的横梁、基座，基座的下表面设置有皮带传动装置，由移动伺服电机控制，使得移动伺服电机通过皮带传动装置带动且控制横梁上下移动，横梁上设置有转动伺服电机，控制移动衡量下的探杆转动，探杆的下端与探头的上端固定连接，探头的下端内部安装有无线扭矩传感器和无线力传感器，来测量探头所受的探入速度或轴向负荷，旋转速度或扭矩，通过电子计算机处理等得到岩体力学参数值。本发明专利技术克服了现有静力触探仪动力有限、不能用于探测原位较硬地层力学参数的问题，实现了在现场快速、无扰动及可靠地测定围岩力学参数值，为土木、水利、交通等等工程的设计施工提供基础资料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程勘察
，涉及一种围岩力学参数现场测试系统。
技术介绍
近几十年来，静力触探技术成功地应用于粘性土、粉土、砂土及软土等 地层的测试中。但由于机械设备提供的动力有限，在较硬地层中难以应用。 现有的触探仪通过一个电机带动探头探测，探头的探入方式是直接压入式 的，这种方式对于较硬的岩土层不易进入，因此目前对于较硬地层力学性质 指标的获得，仍采用室内岩石力学试验等常规的方法。 发.明内容本专利技术的目的是提供一种围岩力学参数现场测试系统，用于较硬地层中 探头探入的相关参数的测量，通过监测、调整轴向负荷、扭矩、探入速度与 旋转速度，克服了现有静力触探仪动力有限、不能用于探测原位较硬地层力 学参数的问题，实现快速、无扰动及可靠地获取不同刚度、硬度、强度的围 岩力学参数的现场测定。本专利技术所采用的技术方案是， 一种围岩力学参数现场测试系统，包括由 上而下依次平行设置的横梁、基座和底板，基座和横梁之间竖直设置有两个 立柱，横梁、基座和两个立柱构成主框架，两个立柱之间竖直设置有两精密 滚珠丝杆，精密滚珠丝杆的上端固接于横梁，其下端自基座的下表面伸出，并分别固接有一传动轮，基座与底板之间竖直设置有至少两根支柱，基座的 下表面固定有联体皮带轮，两传动轮和联体皮带轮通过上齿形带相连接，底 板的上表面固定有移动伺服电机，移动伺服电机通过下齿形带与联体皮带轮 相连接，两精密滚珠丝杆上分别设置有丝母，两丝母分别固接于水平设置的 移动横梁的两端，移动横梁的上面由下而上依次设置有传动装置、减速器和 转动伺服电机，传动装置与转轴的上端固接，转轴的下端自移动横梁的下面 伸出，并与探杆的上端固接，探杆的下端与探头的上端固定连接，探头的下 端并自底板的下表面伸出，探头的下端内部安装有无线扭矩传感器和无线力 传感器，探头的端头还有切刀，转动伺服电机和移动伺服电机分别与功率放 大器相连接，功率放大器通过控制器与计算机相连接，控制器还与接收器相' 连接。本专利技术的有益效果是改变传统触探直接压入的受力方式，通过移动伺服 电机和转动伺服电机带动探头旋转探入较硬地层，并在探头上安装了无线扭 矩传感器和无线力传感器，测得探头探入的相关参数，并通过测得探头探入 的相关参数，求出围岩力学相关参数，克服了现有静力触探仪动力有限、不 能用于探测原位较硬地层力学参数的问题，实现了围岩力学相关参数的现场 测定。不仅节约了时间，减少了测试的环节，降低了成本，而且可以进一步' 为土木、水利、交通等等工程的设计施工提供基础资料。 附图说明图1是本专利技术围岩力学参数现场测试系统的结构示意图； 图2是本专利技术围岩力学参数现场测试系统在探测过程中获得探头转速和 扭矩的测控工艺流程图3是本专利技术围岩力学参数现场测试系统在探测过程中获得探头探入速度和轴向负荷的测控工艺流程图中，l.横梁，2.精密滚珠丝杠，3.立柱，4.丝母，5.基座，6.联体皮 带轮，7.移动伺服电机，8.底板，9.转动伺服电机，IO.减速器，ll.传动装置, 12.接收器，13.移动横梁，14.转轴，15.探杆，16.控制器，17.功率放大器， 18.传动轮，19.电子计算机，20.探头，21.无线扭矩传感器，22.无线力传感器， 23.上齿形带，24.下齿形带，25.支柱，26.传动系统，27.加载框架，28.切刀。 具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。 本专利技术围岩力学参数现场测试系统的结构，如图1所示。包括由上而下 依次平行设置的横梁1、基座5和底板8，基座5和横梁1之间竖直设置有 两个立柱3，横梁1、基座5和两个立柱3构成主框架。两个立柱3之间竖 直设置有两精密滚珠丝杆2，精密滚珠丝杆2的上端固接于横梁1，其下端 自基座5的下表面伸出，并分别固接有一传动轮18，基座5与底板8之间竖 直设置有至少两根支柱25。基座5的下表面固定有联体皮带轮6，两传动轮 18和联体皮带轮6通过上齿形带23相连接，构成从动皮带传动机构，底板 8的上表面固定有移动伺服电机7，移动伺服电机7通过下齿形带24与联体 皮带轮6相连接，构成主动皮带传动机构。两精密滚珠丝杆2上分别设置有 丝母4，两丝母4分别固接于水平设置的移动横梁13的两端，移动横梁13 的上面由下而上依次设置有传动装置11、减速器10和转动伺服电机9，传 动装置11与转轴14的上端固接，转轴14的下端自移动横梁13的下面伸出， 并与探杆15的上端固接，探杆15的下端与探头20的上端固定连接，探头 20.的下端自底板8的下表面伸出，探头20的下端内部安装有无线扭矩传感 器21和无线力传感器22，探头20的端头还有切刀28，转动伺服电机9和移动伺服电机7分别与功率放大器17相连接，功率放大器17通过控制器16 与计算机19相连接，控制器16与接收器12相连接。本专利技术围岩力学参数现场测试系统的工作过程是从电子计算机19上输入轴向负荷P或探入速度v，扭矩M或旋转速度co 控制参数值，并发出命令。控制器16接收到来自电子计算机19的命令并发 出操作指令，控制器16在接收到指令后通过功率放大器17将电讯号发送给 控制转动伺服电机9和移动伺服电机7，分别控制转动伺服电机9和移动伺 服电机7工作，实现对轴向负荷P或探入速度v，扭矩M或旋转速度co的精 确闭环控制以及对整个探入过程进行上述四个量的监控或测量，也可进行上 述几种控制方式的平滑转换。移动伺服电机7通过下齿型带24带动联体皮 带轮6转动，从而通过上齿型带23带动两个传动轮18及与两个传动轮18 相连的两根精密滚珠丝杠2转动，进而带动与丝母4相联的移动横梁13上 下移动，实现探杆15及探头20竖直方向的移动。改变移动伺服电机7的转 速可赋予探头20不同的压入速度，同时控制器16可根据设定值与实测值的 比较来改变移动伺服电机7的转速以保持恒定的轴向负荷户或探入速度v。 转动伺服电机9转动，通过传动装置11带动转轴14、探杆15及探头20旋 转。变换转动伺服电机9的转速就可以赋予探头20不同的旋转速度，控制 器16可根据设定值与实测值的比较来改变移动伺服电机9的转速以保持恒 定的扭矩M或旋转速度co。通过移动横梁13的上下移动和转轴14的旋转实 现探头20的旋转压入。本专利技术围岩力学参数现场测试系统测量探头20探入的相关参数为旋 转速度co、扭矩M、探入速度v及轴向负荷P。对轴向负荷P或探入速度v的 控制以及旋转速度co或扭矩M的控制是实时伺步进行的。在其中一个由电子计算机19、控制器16、功率放大器17、转动伺服电机9、减速器IO、传动 装置11、转轴14、探杆15、探头20、无线扭矩传感器21与无线力传感器 22-构成的控制环路中，旋转速度co及扭矩M是通过转动伺服电机9控制的， 在电子计算机19中设定旋转速度co然后把扭矩值M作为测量量，或者在电 子计算机19中设定扭矩值M然后把旋转速度co作为测量量，并向控制器16 发出指令，控制器16在接收到指令后通过功率放大器17将电讯号发送给转 动伺服电机9，由减速器10通过传动装置11将既定的旋转速度co或扭矩值 M赋予转轴14。探头20的旋转速度co或扭矩M值由控制器16进行调节， 使旋转速度O)或扭矩M值保持恒定。旋转速度和扭矩控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种围岩力学参数现场测试系统，其特征在于，包括由上而下依次平行设置的横梁（１）、基座（５）和底板（８），基座（５）和横梁（１）之间竖直设置有两个立柱（３），横梁（１）、基座（５）和两个立柱（３）构成主框架，两个立柱（３）之间竖直设置有两精密滚珠丝杆（２），精密滚珠丝杆（２）的上端固接于横梁（１），其下端自基座（５）的下表面伸出，并分别固接有一传动轮（１８），基座（５）与底板（８）之间竖直设置有至少两根支柱（２５），基座（５）的下表面固定有联体皮带轮（６），两传动轮（１８）和联体皮带轮（６）通过上齿形带（２３）相连接，底板（８）的上表面固定有移动伺服电机（７），移动伺服电机（７）通过下齿形带（２４）与联体皮带轮（６）相连接，两精密滚珠丝杆（２）上分别设置有丝母（４），两丝母（４）分别固接于水平设置的移动横梁（１３）的两端，移动横梁（１３）的上面由下而上依次设置有传动装置（１１）、减速器（１０）和转动伺服电机（９），传动装置（１１）与转轴（１４）的上端固接，转轴（１４）的下端自移动横梁（１３）的下面伸出，并与探杆（１５）的上端固接，探杆（１５）的下端与探头（２０）的上端固定连接，探头（２０）的下端并自底板（８）的下表面伸出，探头（２０）的下端内部安装有无线扭矩传感器（２１）和无线力传感器（２２），探头（２０）的端头还有切刀（２８），转动伺服电机（９）和移动伺服电机（７）分别与功率放大器（１７）相连接，功率放大器（１７）通过控制器（１６）与计算机（１９）相连接，控制器（１６）还与接收器（１２）相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，宋玲，刘奉银，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]