巖石三軸試驗機|電液伺服巖石三軸試驗機
一. 巖石三軸試驗機適用的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)
SL264-2001《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》
二. 巖石三軸試驗機主要特點
SL264-2001《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》
二. 巖石三軸試驗機主要特點
巖石三軸試驗機主要由高剛度（中剛度）主機、壓力自平衡三軸壓力室、增壓器、伺服液壓源、伺服閥、空氣壓縮機組、測控系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)等部分組成。
1. 高剛度主機
主機為四柱式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和仿MTS公司門式框架式高剛度結(jié)構(gòu)，共兩種形式。根據(jù)客戶要求，配置其中一種。工作油缸放置在框架的下橫梁中部，兩側(cè)配置軌道?？蚣苌蠙M梁中部安裝球面壓板，可自動調(diào)心，使壓板與壓縮桿端部緊密接觸。上橫梁中部安裝轉(zhuǎn)動吊車，方便三軸壓力室安裝和拆卸。
2. 壓力自平衡式三軸壓力室
壓力室采用壓力自平衡技術(shù)，使軸向試驗力與圍壓互不干涉，相互獨立。采用高強度合金結(jié)構(gòu)鋼制成，各壓盤及傳壓活塞桿采用軸承鋼經(jīng)過熱處理及精密加工而成。壓力室放置在移動小車上，可沿軌道移動，裝卸試樣方便。
3. 增壓器
增壓器是將系統(tǒng)的工作油液經(jīng)過壓力放大后而輸出的超高壓油源，超高壓油液供給三軸壓力室。做為側(cè)向壓力（即圍壓）。
4. 伺服液壓源
伺服液壓源由高壓柱塞泵組、溢流閥、精密濾油器、溫度傳感器、冷卻器等組成的伺服油路系統(tǒng)及低壓齒輪泵所組成的注油充液系統(tǒng)兩部分組合而成。試驗用油與伺服用工作油相互分開，互不污染，提高了使用壽命。
5. 空氣壓縮機組
空氣壓縮機組是用來排除壓力室內(nèi)腔油液而設(shè)置的。
6. 微機控制電液伺服巖石三軸剪切試驗系統(tǒng)測控系統(tǒng)
測量控制系統(tǒng)由軸向力傳感器、（液壓傳感器或測力傳感器，根據(jù)用戶要求及主機的剛度提供設(shè)置）、圍壓傳感器、軸向變形傳感器、徑向變形傳感器、位移傳感器、全數(shù)字式測控器、伺服閥等部分組成。
6.1 設(shè)有12個測量通道，其中力2個通道；軸向及徑向變形各1個通道；位移2個通道。
6.2 測量分辨力高，在全程范圍內(nèi)部變化，內(nèi)外不分檔。
6.3 具有自動清零、自動標(biāo)定、自動存儲功能。
6.4 具有恒試驗力、恒變形、恒位移、勻試驗力速率、勻變形速率控制功能。
6.5 具有超載、超量程、油路堵塞、超油溫、試件斷裂等保護(hù)功能。
三、微機控制電液伺服巖石三軸剪切試驗系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置（無孔隙水壓系統(tǒng)）
1. 剛性主機 一臺（主機結(jié)構(gòu)及剛度根據(jù)用戶要求）
2. 500kg轉(zhuǎn)動吊車 一臺
3. 壓力自平衡式三軸壓力室 一臺
4. 增壓器 一套
5. 水平直剪儀 一臺
6. 伺服液壓源 一臺
7. 全數(shù)字伺服控制器 一臺（三臺）
（亦可根據(jù)用戶要求配置二臺或三臺德國都利公司EDC系列測控器）
8. 空氣壓縮機組 一臺
TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機
TAW-1000型微機伺服巖石三軸試驗機是巖石力學(xué)領(lǐng)域研究巖石在多種環(huán)境下力學(xué)特性及剪切特性的試驗設(shè)備。該機可以自動完成巖石的三軸壓縮試驗。
TAW-1000 型微機伺服巖石三軸試驗機的控制系統(tǒng)采用德國DOLI公司的EDC全數(shù)字伺服測控器。這種測控器具有多個測量通道，可以對其中任意一通道進(jìn)行閉環(huán)控制，而且可以在試驗中可以對控制通道進(jìn)行無沖擊轉(zhuǎn)換。該測控器的操作方便，容錯性強、測量準(zhǔn)確、保護(hù)功能全、控制精度高。這種控制器可以單獨進(jìn)行工作，也可以由計算機進(jìn)行控制進(jìn)行工作。
TAW-1000型微機控制巖石三軸試驗機采用了幾項我公司的技術(shù)，使得該試驗機具有了水平；其一是三軸壓力室采用了自平衡壓力室，使巖石在不加軸壓時巖石的各個方向所受的壓力是相同的，另外在加軸壓時圍壓對軸壓沒有附加力；其二是采用了巖石變形傳感器對巖石在單軸和三軸狀態(tài)下的軸向及徑向變形進(jìn)行直接測量，這種測量方式精確度高，可信度高，是巖石變形測量的方法；其三是選用了DOLI公司的全數(shù)字伺服測控器作為控制核心，使得該試驗機的控制達(dá)到了水平。
二、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機系統(tǒng)組成
1、軸向加載系統(tǒng)： 包括主機、力傳感器、軸向變形傳感器、徑向變形傳感器、位移傳感器、EDC測控器、伺服液壓源。
2、側(cè)向加載系統(tǒng)： 包括三軸壓力室、壓力傳感器、EDC測控器、增壓器、充液油源、氣泵。
3、孔隙水壓系統(tǒng)： 包括加壓缸、日本松下交流調(diào)速系統(tǒng)、EDC測控器、
4、橫向剪切系統(tǒng)：包括加載框架，伺服油缸、力傳感器、位移傳感器等。橫向剪切系統(tǒng)與三軸壓力室共用一臺EDC控制器。
5、微機操作系統(tǒng)： 包括品牌微機（PⅣ/3.2G以上）、打印機。
三、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機各系統(tǒng)介紹
1、 軸壓加載系統(tǒng)：主機采用四立柱固定橫梁結(jié)構(gòu))，加載油缸固定在底座上，力傳感器安裝在上橫梁的下平面上，位移傳感器直接測量油缸活塞的位移。這種形式的主機結(jié)構(gòu)使得整機的剛度大大提高，這樣在試驗中機器的受力變形非常?。ㄕ麢C剛度大于5000kN/mm），這在提高試驗機的響應(yīng)速度、減小伺服油源的流量是非常關(guān)鍵的，而且在巖石試驗中也是至關(guān)重要的。
為了提高提高試驗機的響應(yīng)速度、減小伺服油源的流量我們采用了較高的工作油壓（30Mpa），這樣可以減小活塞的直徑，降低單位工作周期的用油量。
變形傳感器是我公司研制和生產(chǎn)的可在單軸和三軸狀態(tài)直接測量巖石試樣變形的高精度巖石變形傳感器，這種傳感器裝卡方便，工作可靠，測量精度高，使用壽命長（正常使用在一萬小時以上）。
軸向控制器和圍壓、剪切控制器都選用德國DOLI公司的全數(shù)字伺服測控器（EDC），這種控制器在國內(nèi)是的控制器，在國際上也是比較的控制器，它具有目前數(shù)字技術(shù)的全部特點，具有數(shù)字P、I、D調(diào)節(jié)，菜單式試驗設(shè)置，自動標(biāo)定，自動清零，故障自診斷，多功能軟保護(hù)；還具有測量和控制精度高，分力辨強（180000碼），可靠性好（幾乎不出現(xiàn)故障）等特點；的功能是EDC控制器可以同時測量和顯示多個試驗參數(shù)，可以控制任一測量通道，并且可以在試驗中平滑切換控制通道，這在國內(nèi)的其它控制器上是無法實現(xiàn)的，而且這種功能在巖石試驗中是的，因為在巖石試驗中，一般先要位移控制，在壓頭接觸試樣上后轉(zhuǎn)到試驗力控制上，在試樣屈服前或屈服后就要轉(zhuǎn)換到變形控制方式上，這樣才能做出理想的試驗全曲線，如果沒有控制方式的平滑切換功能，就只能用位移控制進(jìn)行試驗，那試驗力和變形控制實現(xiàn)起來就非常困難，或者說是不可能的，因為一開始如果選擇試驗力控制或變形控制，在試樣接觸壓頭前是開環(huán)控制，也就是說機器是一種失控狀態(tài)，在試樣接觸壓頭時必然產(chǎn)生一個很大的沖擊，這個沖擊可以使試樣破壞，即使不破壞，試驗的前段曲線也是無效曲線。EDC控制器可以由計算機進(jìn)行控制以實現(xiàn)整機的計算機控制。
軸向系統(tǒng)可以實現(xiàn)恒試驗力（單軸或三軸流變）、恒位移、恒變形（單軸或三軸松弛）、恒速率試驗力、恒速率位移、恒速率變形以及多種控制方式多種試驗速率的程序試驗。
由于我公司是DOLI公司在國內(nèi)的服務(wù)維修中心，而且使用EDC控制器已經(jīng)有十年的經(jīng)驗，故對EDC控制器有深刻的理解和掌握，除可提供特殊的附件和配件外，還可以進(jìn)行維修和升級。
2、 側(cè)向加載采用液壓加載方式，伺服油源的壓力油經(jīng)過增壓器使其達(dá)到60Mpa，進(jìn)入增壓器的壓力油是通過伺服閥進(jìn)行控制的，從而控制了側(cè)向壓力；增壓器出來的油進(jìn)入三軸壓力室內(nèi)，在壓力室內(nèi)的試樣就可以感受到圍壓，側(cè)向壓力傳感器安裝在增壓器出口處，直接檢測壓力室內(nèi)的側(cè)向壓力。我公司生產(chǎn)的壓力室是自平衡壓力室，這在國內(nèi)采用這種技術(shù)的還不多，自平衡壓力室消除掉了側(cè)向壓力對壓力室活塞的反作用力，這種反作用力在側(cè)向力較小時，還可以不考慮，但在幾十兆帕?xí)r反作用力就很大了，就不能忽略了，而且即使考慮了反作用力，在計算中也會帶來一定的誤差；另外自平衡壓力室在三軸試驗中，軸壓和圍壓相互之間的加（卸）載不會產(chǎn)生影響，這對于巖石三軸試驗是非常重要的。自平衡壓力室不管巖石試樣的直徑大小都不會對活塞產(chǎn)生反作用力。在三軸試驗中巖石變形傳感器要放到壓力室內(nèi)，對試樣的變形進(jìn)行直接測量，這種測量方式即保證了測量的可靠性又提高了裝試樣的速度。
側(cè)向壓力控制也是采用EDC控制器，該控制器的功能和特點前面已經(jīng)介紹過了。通過控制器可以實現(xiàn)恒圍壓、恒速率加（減）壓試驗。
3、 孔隙水（水滲透）加載系統(tǒng)：包括水壓缸、日本伺服電機及功率放大器、加載框架、水壓傳感器、EDC控制器。
4、 橫向剪切系統(tǒng)：包括剪切油缸、力傳感器、剪切框架、剪切盒、測量放大器。
5、計算機系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)除配置了目前市場上的國產(chǎn)品牌計算機主機和液晶顯示屏，以及惠普激光打印機外，而且系統(tǒng)還安裝了用C++語言編寫的系統(tǒng)控制軟件（見控制軟件簡介）。這使得整個試驗機系統(tǒng)具有了美好外觀的同時還具有了技術(shù)上的性。
四、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機主要技術(shù)參數(shù)
1、主機剛度達(dá)5GN/m以上
2、軸向試驗力1000kN，有效測力范圍20kN-2000kN，
測力分辨率10N，測力精度±1%。
3、圍壓60Mpa，圍壓測控精度±2%，
圍壓分辨率0.1MPa。
4、、變形測控范圍:軸向0-5mm 徑向0-3mm
測量分辨率0.0001mm 測量精度±1%
變形速度控制范圍 0.01mm-----50mm/min
5、位移測控范圍: 0-100mm 測量精度<±0.5%FS
測量分辨率高于萬分之一
6、孔隙水壓力：40Mpa 有效壓力范圍4%—99%F•S
孔隙水壓力測量精度：≤±2% 蓄水量大于500ml
7、控制波形：用戶根據(jù)需要可任意設(shè)定包含有加載、保載、卸載環(huán)節(jié)的多種程序波形；加卸載和保載時間設(shè)置范圍0～30小時。
8、極限控制：當(dāng)軸向變形、徑向變形、時間等參數(shù)達(dá)到極限值或預(yù)設(shè)置、試樣斷裂、油路堵塞和油溫過高時均可自動保護(hù)。
9、試樣規(guī)格： Φ75X150mm. Φ50X100mm。.
10、橫向剪切系統(tǒng)
剪切力： 500kN
剪切力測量范圍： 10kN——500 kN
剪切位移測量范圍： 0——100mm
剪切力精度： ≤±1%
剪切位移測量精度： ≤±0.5%
最小剪切力加載速率： 0.1kN/S
最小剪切位移移動速率： 0.001mm/S
剪切試樣尺寸： 200X200X200mm、100X100X100 mm
五、服務(wù)承諾
1、 免費培訓(xùn)操作人員，免費提供升級軟件。
2、 產(chǎn)品保修期一年。終身維修。
六、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機價格：
基本系統(tǒng)（包括軸壓、圍壓系統(tǒng)）---77萬元
基本系統(tǒng)+孔隙水壓系統(tǒng)------- 92萬元
基本系統(tǒng)+孔隙水壓系統(tǒng)+橫向剪切系統(tǒng)-------110萬元
基本系統(tǒng)+橫向剪切系統(tǒng)-------95萬元
TAW-1000 型微機伺服巖石三軸試驗機的控制系統(tǒng)采用德國DOLI公司的EDC全數(shù)字伺服測控器。這種測控器具有多個測量通道，可以對其中任意一通道進(jìn)行閉環(huán)控制，而且可以在試驗中可以對控制通道進(jìn)行無沖擊轉(zhuǎn)換。該測控器的操作方便，容錯性強、測量準(zhǔn)確、保護(hù)功能全、控制精度高。這種控制器可以單獨進(jìn)行工作，也可以由計算機進(jìn)行控制進(jìn)行工作。
TAW-1000型微機控制巖石三軸試驗機采用了幾項我公司的技術(shù)，使得該試驗機具有了水平；其一是三軸壓力室采用了自平衡壓力室，使巖石在不加軸壓時巖石的各個方向所受的壓力是相同的，另外在加軸壓時圍壓對軸壓沒有附加力；其二是采用了巖石變形傳感器對巖石在單軸和三軸狀態(tài)下的軸向及徑向變形進(jìn)行直接測量，這種測量方式精確度高，可信度高，是巖石變形測量的方法；其三是選用了DOLI公司的全數(shù)字伺服測控器作為控制核心，使得該試驗機的控制達(dá)到了水平。
二、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機系統(tǒng)組成
1、軸向加載系統(tǒng)： 包括主機、力傳感器、軸向變形傳感器、徑向變形傳感器、位移傳感器、EDC測控器、伺服液壓源。
2、側(cè)向加載系統(tǒng)： 包括三軸壓力室、壓力傳感器、EDC測控器、增壓器、充液油源、氣泵。
3、孔隙水壓系統(tǒng)： 包括加壓缸、日本松下交流調(diào)速系統(tǒng)、EDC測控器、
4、橫向剪切系統(tǒng)：包括加載框架，伺服油缸、力傳感器、位移傳感器等。橫向剪切系統(tǒng)與三軸壓力室共用一臺EDC控制器。
5、微機操作系統(tǒng)： 包括品牌微機（PⅣ/3.2G以上）、打印機。
三、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機各系統(tǒng)介紹
1、 軸壓加載系統(tǒng)：主機采用四立柱固定橫梁結(jié)構(gòu))，加載油缸固定在底座上，力傳感器安裝在上橫梁的下平面上，位移傳感器直接測量油缸活塞的位移。這種形式的主機結(jié)構(gòu)使得整機的剛度大大提高，這樣在試驗中機器的受力變形非常?。ㄕ麢C剛度大于5000kN/mm），這在提高試驗機的響應(yīng)速度、減小伺服油源的流量是非常關(guān)鍵的，而且在巖石試驗中也是至關(guān)重要的。
為了提高提高試驗機的響應(yīng)速度、減小伺服油源的流量我們采用了較高的工作油壓（30Mpa），這樣可以減小活塞的直徑，降低單位工作周期的用油量。
變形傳感器是我公司研制和生產(chǎn)的可在單軸和三軸狀態(tài)直接測量巖石試樣變形的高精度巖石變形傳感器，這種傳感器裝卡方便，工作可靠，測量精度高，使用壽命長（正常使用在一萬小時以上）。
軸向控制器和圍壓、剪切控制器都選用德國DOLI公司的全數(shù)字伺服測控器（EDC），這種控制器在國內(nèi)是的控制器，在國際上也是比較的控制器，它具有目前數(shù)字技術(shù)的全部特點，具有數(shù)字P、I、D調(diào)節(jié)，菜單式試驗設(shè)置，自動標(biāo)定，自動清零，故障自診斷，多功能軟保護(hù)；還具有測量和控制精度高，分力辨強（180000碼），可靠性好（幾乎不出現(xiàn)故障）等特點；的功能是EDC控制器可以同時測量和顯示多個試驗參數(shù)，可以控制任一測量通道，并且可以在試驗中平滑切換控制通道，這在國內(nèi)的其它控制器上是無法實現(xiàn)的，而且這種功能在巖石試驗中是的，因為在巖石試驗中，一般先要位移控制，在壓頭接觸試樣上后轉(zhuǎn)到試驗力控制上，在試樣屈服前或屈服后就要轉(zhuǎn)換到變形控制方式上，這樣才能做出理想的試驗全曲線，如果沒有控制方式的平滑切換功能，就只能用位移控制進(jìn)行試驗，那試驗力和變形控制實現(xiàn)起來就非常困難，或者說是不可能的，因為一開始如果選擇試驗力控制或變形控制，在試樣接觸壓頭前是開環(huán)控制，也就是說機器是一種失控狀態(tài)，在試樣接觸壓頭時必然產(chǎn)生一個很大的沖擊，這個沖擊可以使試樣破壞，即使不破壞，試驗的前段曲線也是無效曲線。EDC控制器可以由計算機進(jìn)行控制以實現(xiàn)整機的計算機控制。
軸向系統(tǒng)可以實現(xiàn)恒試驗力（單軸或三軸流變）、恒位移、恒變形（單軸或三軸松弛）、恒速率試驗力、恒速率位移、恒速率變形以及多種控制方式多種試驗速率的程序試驗。
由于我公司是DOLI公司在國內(nèi)的服務(wù)維修中心，而且使用EDC控制器已經(jīng)有十年的經(jīng)驗，故對EDC控制器有深刻的理解和掌握，除可提供特殊的附件和配件外，還可以進(jìn)行維修和升級。
2、 側(cè)向加載采用液壓加載方式，伺服油源的壓力油經(jīng)過增壓器使其達(dá)到60Mpa，進(jìn)入增壓器的壓力油是通過伺服閥進(jìn)行控制的，從而控制了側(cè)向壓力；增壓器出來的油進(jìn)入三軸壓力室內(nèi)，在壓力室內(nèi)的試樣就可以感受到圍壓，側(cè)向壓力傳感器安裝在增壓器出口處，直接檢測壓力室內(nèi)的側(cè)向壓力。我公司生產(chǎn)的壓力室是自平衡壓力室，這在國內(nèi)采用這種技術(shù)的還不多，自平衡壓力室消除掉了側(cè)向壓力對壓力室活塞的反作用力，這種反作用力在側(cè)向力較小時，還可以不考慮，但在幾十兆帕?xí)r反作用力就很大了，就不能忽略了，而且即使考慮了反作用力，在計算中也會帶來一定的誤差；另外自平衡壓力室在三軸試驗中，軸壓和圍壓相互之間的加（卸）載不會產(chǎn)生影響，這對于巖石三軸試驗是非常重要的。自平衡壓力室不管巖石試樣的直徑大小都不會對活塞產(chǎn)生反作用力。在三軸試驗中巖石變形傳感器要放到壓力室內(nèi)，對試樣的變形進(jìn)行直接測量，這種測量方式即保證了測量的可靠性又提高了裝試樣的速度。
側(cè)向壓力控制也是采用EDC控制器，該控制器的功能和特點前面已經(jīng)介紹過了。通過控制器可以實現(xiàn)恒圍壓、恒速率加（減）壓試驗。
3、 孔隙水（水滲透）加載系統(tǒng)：包括水壓缸、日本伺服電機及功率放大器、加載框架、水壓傳感器、EDC控制器。
4、 橫向剪切系統(tǒng)：包括剪切油缸、力傳感器、剪切框架、剪切盒、測量放大器。
5、計算機系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)除配置了目前市場上的國產(chǎn)品牌計算機主機和液晶顯示屏，以及惠普激光打印機外，而且系統(tǒng)還安裝了用C++語言編寫的系統(tǒng)控制軟件（見控制軟件簡介）。這使得整個試驗機系統(tǒng)具有了美好外觀的同時還具有了技術(shù)上的性。
四、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機主要技術(shù)參數(shù)
1、主機剛度達(dá)5GN/m以上
2、軸向試驗力1000kN，有效測力范圍20kN-2000kN，
測力分辨率10N，測力精度±1%。
3、圍壓60Mpa，圍壓測控精度±2%，
圍壓分辨率0.1MPa。
4、、變形測控范圍:軸向0-5mm 徑向0-3mm
測量分辨率0.0001mm 測量精度±1%
變形速度控制范圍 0.01mm-----50mm/min
5、位移測控范圍: 0-100mm 測量精度<±0.5%FS
測量分辨率高于萬分之一
6、孔隙水壓力：40Mpa 有效壓力范圍4%—99%F•S
孔隙水壓力測量精度：≤±2% 蓄水量大于500ml
7、控制波形：用戶根據(jù)需要可任意設(shè)定包含有加載、保載、卸載環(huán)節(jié)的多種程序波形；加卸載和保載時間設(shè)置范圍0～30小時。
8、極限控制：當(dāng)軸向變形、徑向變形、時間等參數(shù)達(dá)到極限值或預(yù)設(shè)置、試樣斷裂、油路堵塞和油溫過高時均可自動保護(hù)。
9、試樣規(guī)格： Φ75X150mm. Φ50X100mm。.
10、橫向剪切系統(tǒng)
剪切力： 500kN
剪切力測量范圍： 10kN——500 kN
剪切位移測量范圍： 0——100mm
剪切力精度： ≤±1%
剪切位移測量精度： ≤±0.5%
最小剪切力加載速率： 0.1kN/S
最小剪切位移移動速率： 0.001mm/S
剪切試樣尺寸： 200X200X200mm、100X100X100 mm
五、服務(wù)承諾
1、 免費培訓(xùn)操作人員，免費提供升級軟件。
2、 產(chǎn)品保修期一年。終身維修。
六、TAW—1000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機價格：
基本系統(tǒng)（包括軸壓、圍壓系統(tǒng)）---77萬元
基本系統(tǒng)+孔隙水壓系統(tǒng)------- 92萬元
基本系統(tǒng)+孔隙水壓系統(tǒng)+橫向剪切系統(tǒng)-------110萬元
基本系統(tǒng)+橫向剪切系統(tǒng)-------95萬元
如配置不同，價格不同，以上僅為參考
