THM微机控制岩石多场耦合三轴试验仪

 一． 型号的意义 s  a   m   —   2000     thm-力、温度、渗流                                              

 

Zui大试验力 （k n）（轴向）

门式框架 汉语拼音首字母（高

自动控制 （试验机行业标准）

三轴 汉语拼音首字母

二. 产品制造和检验标准

1． gb/t3722《液压式压力试验机》

2． gb2611《试验机通用技术要求》

3． jb/t8612《电液伺服试验机》

三. 适用的试验方法标准

1． gb/t50266《工程岩体试验方法标准》

2． sl264《水利水电工程岩石试验规程》

3． tb101115《铁路工程岩石试验规程》

4． jtg e41《公路工程岩石试验规程》

四.应用范围

sam-2000微机控制t-h-m耦合岩石三轴试验机是目前国内Zui先进的，功能齐全的岩石试验机（以下简称试验机）。本试验机根据岩石试样的变形特点和岩石试样的品种及规格，主机设计为整体门式框架结构，刚度指标k≥12000kn/mm。

试验机采用先进的全数字测控技术和电液伺服系统与计算机相结合，完美地实现了岩石试验过程的三种全闭环控制方式：试验力（应力）、变形（轴向应变、径向应变）、位移（压缩率），并且三种全闭环控制方式可以在试验过程中进行相互间无冲击、平滑转换。按用户需求标准所编制的程序自动控制试验的全过程，实时显示试验状态，绘制岩石试样单轴压缩、三轴压缩的全过程应力—应变曲线、thm温度-流体-力学-耦合等多场耦合试验。可进行：常规力学试验，三轴流变试验，三轴剪切试验，静水压力和三轴应力状态下渗透试验，力学—温度耦合试验，不同温度条件下的力学试验，以及多种组合的温度-流体-力学等多场耦合试验。卓越的稳定性和可靠性满足各种多场耦合试验长时间等要求。变形测量系统包括应变片测量，光电位移位移测量，径向应变环测量系统，测控精度达到微米级。采用应变环传感器进行径向形变测量，试样准备简单快捷，测量可靠

 

五.技术性能特点

sam-2000微机控制thm耦合岩石三轴试验机是研究岩石在环境条件下（高温、渗透）单向及多向静态力及低频动态力作用下的力—变形的力学性能的专用试验机。

试验机可以完成以下程序控制试验：

1、 恒力值（恒应力）即保载试验（蠕变试验）

2、 恒变形（恒应变）（松弛试验）

3、 恒位移（恒压缩率）

4、 恒试验力速率（恒应力速率）

5、 恒变形速率（恒应变速率）

6、 恒位移速率（恒压缩速率）

7、 变速率试验（多路径加载）

8、 单向脉动疲劳试验

9、 具有试验力，变形，位移，温度，孔隙水压，声发射系统等多环节组合的程序控制试验

10、 可以实时显示多种试验曲线，实时采集，存储试验数据，计算试验结果，并打印试验报告（包括曲线及结果，格式任选）。

试验机采用进口德国doli的edc222全数字伺服测控器，edc222全数字伺服测控器具有多个测控通道，并且可以对任意一个通道进行闭环控制，该测控器操作方便，容错性强，测控，保护功能齐全。Zui突出性能在于多场协调加载能力很强，适合做多场耦合加载。

试验机主要用于长径比为2~2.5的圆柱形岩石及混凝土试样的压缩变形试验（单轴、三轴，常温和高温环境）

1、 排水或不排水静水压力压缩试验

测定单轴抗压强度、弹性模量、变形模量（割线模量）、泊松比、软化系数。

2、 排水或不排水三轴压缩试验

测定三轴抗压强度（不同围压下）、弹性模量、抗剪强度、泊松比、残余强度、残余变形。

3、 岩石（混凝土）力学渗透试验（液体与气体介质）

各种复杂应力条件下常规法和瞬态法渗透率测试试验。

4、 劈裂试验（巴西法）

测定抗拉强度。

特点

a． 主机刚度高，采用液压传感器刚度高不影响主机刚度，且性能稳定，利于试验过程的全闭环控制，绘制应力-应变全过程曲线。

b． 采用德国doli edc222全数字测控器，零飘移，多通道，多场协调性能卓越。

c． 在岩石高压三轴测试中有一个不可回避的技术问题，即轴向活塞随行程增大不断进入围压容器，对围压产生影响，使得围压急剧上升。我司所开发的围压自适应补偿技术专利，通过巧妙的机械设计，在轴向加载过程中活塞行进时，压力室中的液压油自动流入压力室上方补偿腔，消除了轴向活塞行进时对围压的影响，使得轴向的加载保证了试验时围压的稳定，进而保证各种复杂试验的顺利进行。三轴压力室采用压力自平衡技术，轴向与围压互不干扰。

 

六.主要技术参数

型号

sam-1000(2000)

轴向（法向）

Zui大试验力kn 1000(2000)

有效测量范围%fs 2～100

示值精度% ±1

试验力分辨率        1/200000

试验力分辨力       2.5/（5n）(全程分辨力不变化）

测力传感元件 液压传感器（进口品牌）

位

移 活塞行程mm ≥100

测控范围mm 0~100

示值精度（%fs） ±0.5

分辨力mm 0.0025

试验空间净宽mm 580

主机结构型式及其刚度k m型门式整体框架 k≥12000kn/mm

测控器 edc222

侧向（围压系统）

Zui高压力mpa 80mpa

有效压力范围 2～100 （%fs）

示值相对误差% ±1
分辨力 1/200000
测压元件 液压传感器（进口品牌）
充液压力mpa 0.3～1.0
测控器 edc222
压力室 （自平衡式）
试样尺寸 直径×高度mm φ50×100～120 φ100×200
Zui高围压力mpa 80mpa（特殊型Zui高140）
结构方式 下开口，压力自平衡式
岩石专用引伸计 (标准配置一套)
轴向 标长mm l0=100
量程mm δl=8
径向 标径mm d0=50
量程mm δd=3
对应岩样 φ50、φ75、φ100 r=2-2.5
测量范围%fs 0.5~100
示值精度% ±1
分辨力 1/200000
供货方式 根据供货合同要求提供
孔隙水压系统（或气体渗流）
水
压
力 Zui高压力（mpa） 50
有效压力范围（%fs） 2~100
示值相对误差（%） ±2
分辨力 1/200000
测压元件 液压传感器
蓄水量ml 600
分辨力 0.00001 ml
测控器 edc222
控制方式及精度
方式 试验力、变形、位移三种，并且可以平滑切换
力（压力）（%fs） 0.4～100
变形（%fs） 0.5～100
位移 全行程
精
度 力（压力）（%） ±0.5
变形（%） ±0.5
位移（%fs） ±0.5
高温系统
高
温
部
分 温度范围 室温—200℃
波动度 ±1℃
温度梯度 1℃/150℃内
室温—200℃ 围压≦80 mpa

七． 结构原理及性能特点
sam-1000（2000）微机控制耦合岩石三轴试验机主要由整体框架式高刚度主机m型、三轴压力室、增压器、伺服油源、充液油源、伺服阀配油系统、孔隙水压系统、高温系统、电控柜（其中安装全数字测控器及电气拖动配电盘）计算机系统和孔隙水压系统及高温环境装置所组成。
1. 主机　　
主机结构型式，整体框架型（仿mts刚性压机外观及结构型式），其刚度为12000kn/mm以上。
工作油缸放置在主机下部机座中央，油缸两侧布置轨道，上横梁中部安装球面支承调心压板，可在360°范围内自动调平，使压板与试样（或三轴室压缩杆）端面紧密接触，均匀施力。上横梁顶面中部安装转动吊车，方便三轴压力室的安装和拆卸。
1.1 油缸，活塞表面经超精密加工而成，采用间隙及填料组合的密封方式，性能好，摩擦小，命长。
1.2 采用液压传感器测力方法，对主机刚度无影响。
1.3 刚度高，变形小，利于岩石试验的全过程控制，应力-应变全曲线的测绘。
2. 三轴压力室
三轴压力室采用压力自平衡技术，使轴向试验力与围压力互不干涉，相互独立。压力室采用高强度合金结构钢制成，各种岩样压盘及传压活塞杆采用轴承钢经过热处理及精密加工而成。底座预留多个电测引线接头，利于试验种类的拓展，并且按用户要求预制了孔隙水压试验接口，岩样压盘的结构形式根据试验要求成套提供。三轴压力室固定在移动小车上，可沿轨道移动，装卸试样极为方便。
2.1 压力自平衡技术，轴向力与围压力互不干扰；
2.2 多个电测引线接头，方便试验种类的拓展；
2.3 具有孔隙水、高温试验接口；
2.4. 测温元件（热电偶）置于三轴室内，直接测温，各测控导线由底盘下端集中输出。
3. 增压器
增压器是将伺服工作油液及试验用油液隔离开，并且将伺服系统的工作油液压力进行放大，传递给试验用油，经增压的超高压试验用油由管路供给三轴压力室做为侧向压力（即围压）。
伺服油液与试验油液分开，互不污染。
4. 伺服油源
伺服油源为三泵系统，其中两台高压柱塞泵为轴向主机工作油缸和侧向围压系统服务，一台低压齿轮泵为主机工作油缸快速充液功能服务。
轴向系统及侧向系统皆由高压柱塞泵，溢流阀，压力表，精密滤油器，油温传感器，油冷却机所组成的恒压系统。轴向、侧向系统的溢流口集中一起，返回油箱。快速充液系统由齿轮泵，溢流阀，压力表，精密滤油器，单向阀所构成。充液控制为点动式。三个溢流阀及对应的三块压力表都安装在油箱的前面板上，可以分别调节。
4.1 充液回路的设置，使工作活塞快速进给，提高效率；
4.2 油箱采用全封闭结构型式，提高液压油的使用寿命；
4.3 液压油的工作温度范围由油冷却机自动调节。
5. 充液油源
此油源独立设置，采用不锈钢板制成的油箱盛放试验用油，配置低压泵，并设溢流阀调节充液压力，由压力表指示，使试验用油循环使用，使增压器复位与压力室的充液得到完美地实现，利于多种环境下的试验。（常温、高温）
6. 伺服阀配油系统
伺服阀配油系统是液压伺服系统的关键部位，为了提高响应速度，将其安放在主机机座侧面的适当位置，主要由配流板及轴向、侧向系统用的电液伺服阀和联接管路所构成。此种布置方式，使其维护、修理、故障的排除简便易行。
7. 电控柜
所有的电气拖动系统，油温控制器及全数测控制器都集中安装在一个控制柜中，上部安放edc222全数字测控器，下部为配电盘及温控器。电气的集中设置，便于操作。
8. 计算机系统
采用品牌商用机，具有自动采集存储试验数据，实时显示试验状态（多屏显示），同时绘制多种试验曲线(Zui多五种同时绘制)，计算试验结果并打印试验报告。
8.1 计算机系统通过串行口与测量控制系统通讯，工作时将全部操作纳入计算机控制，在中文windows界面上用虚拟键盘操作。
8.2 可根据对试验的不同要求，设置不同的试验方案、曲线类型、计算单位、计算精度，显示的信息，试验条件等均可以事先在试验方案中设置完成，用户只需选择不同的试验方案，即可得到需要的信息，简化操作。
8.3 可选择应力——应变、力——时间、力——位移、力——变形、位移——时间、变形——时间等曲线，并且可以在试验过程中任意切换，试验过程中自动调整坐标，保证曲线直观完整。
8.4 试验数据实时采集、动态显示试验过程，绘制试验曲线、曲线连续光滑，精细适宜，坐标标记清楚。
8.5 可用鼠标在曲线上得到任意采样点的坐标值（ x，y ）。
8.6 可以自行设置控制参数，实现程序自动运行。
8.7 具有再分析功能，试验数据可以任意存取，重新计算，重现试验曲线。
8.8 曲线局部放大或还原，同组曲线叠加对比。
8.9 可将试验的原始数据和试验结果，按试验报告格式打出报告（包括曲线）。也可将其输出到excel中，打印报表。
8.10预留试验室间微机联网功能可通过联机帮助查看或打印软件说明、操作注意事项
8.11 sam-1000（2000）微机控制多场耦合岩石三轴试验仪按gb/t50266、sl264、tb101115等其他用户需要标准编制试验软件包
8.12 岩石三轴试验软件采用vc++编写,采用多窗体结构,可以根据不同试验类型进行组合,具有简便性、可视性、智能控制和可靠性，典型试验数据曲线如下：




9.空气压缩机组
静音式空气压缩机组是用来排除三轴压力室内的试验用油而设置的。
10.关键元件：全数字测控器edc222及岩石专用引伸计。
10.1 edc222全数字测控器具有较高的控制性能及分辨力，质量稳定，拓展功能强大。
是集数据采集、数据处理、过程控制一体化的新型测控器。
在试验过程中所测得的试验力、变形、位移经测量控制器数据的采集、标度变换及处理后，在计算机屏幕上以数字方式实时直读和曲线显示。根据试验方法要求，通过计算机控制系统运算后得到控制信号，再经调制系统放大后驱动伺服阀。试验机具有试验力、变形、位移等三种闭环控制功能，真正实现匀试验力速率、匀变形速率恒速控制；并在试验过程中无冲击切换。
测控器具有如下特点：
a）具有高速处理能力，低噪音、高抗干扰、；
b) 测力、测变形分辨力高（1/200000），且内外不分档，全程分辨力不变化；
c) 具有自动调零、自动标定等功能；
d) 力传感器通道频带宽、采样速率高，所测得的试验数据和曲线真实；
e) 具有自诊断、自判断功能；
f) 接口多，扩展功能方便；多路保护，安全可靠。

10.2岩石专用引伸计分为轴向，径向两种型式，一般配套使用，其结构技术来自mts公司，可在单轴或三轴状态下直接测量岩石试样受力后的变形状况，装卡方便、工作可靠；或采用轴向lvdt线性可变差动变压器、径向采用链条环向测量。
11. 孔隙水压系统
孔隙水压系统是自成一体的独立的孔隙水压自动控制装置。采用交流伺服电机作为动力元件，经减速机，圆弧齿同步带传动、驱动零间隙高精密滚珠丝杠旋转，使移动活塞运动，伺服水缸（不锈钢材料）安装在底座中央，活塞杆在伺服水缸中的移动，完成试验用水的吸入及压缩功能，通过各水阀的操作，向试样施加压力水。测控系统由液压传感器，交流电机伺服器，全数字测控器edc222等元件构成，具有压力、流量等控制方式，并且可在试验过程中平滑切换（配有充液水泵）。

主要配置及关键件明细表
序号 名称 型号及规格 数量 制造厂商
1 交流伺服电机系统 1套 日本松下
2 同步带减速传动系统 1套 上海
3 伺服水缸组件 不锈钢 1套 冠腾自动化
4 液压传感器 80mpa 1个 中原

12、环境装置（高温系统）
高温系统加热方式 采用压力室外表面安装电磁加热圈，电磁加热圈可根据要求自动控制压力室内介质的温度，即而控制岩石试样的温度，电磁加热圈是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的装置。电磁控制器将交流电整流变成直流电，再将直流电转换成频率为20-40khz的高频高压电，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而达到加热金属材料筒内的试品。
采用电磁加热方式。
温控器的传感元件皆安装于三轴室及低温箱中，三轴室内部试验温度保持在设定值，温度波动不大于±2℃。



主要技术指标
温度范围（℃） 室温—200
波动度（℃） ±1
80mm温度梯度（℃） 2
80—200（℃） 围压≦80 mpa


八 标准配置
1 主机 1台
2 三轴压力室（压力自平衡式） 1台
3 增压器 1台
4 伺服油源 1台
5 充液油源 1台
6 电控柜 1台
7 计算机系统 1套
8 空气压缩机组 1台
9 全数字控制器edc222           3台
10 岩石专用引伸计 1套
11 孔隙水压系统 1套
12 高温系统 1套


九 主要配置及关键件明细表
 名称   型号及规格           数量          制造厂商
1 主机      整体框架式       1 台          冠腾自动化
光电式位移传感器  分辨力0.0025   1套           美国epc
液压传感器 32 mpa                        1只 美国msi
轨道 1副 冠腾自动化
伺服阀配油系统 1套 冠腾自动化
电液伺服阀 ng6                          2只 美国moog公司
2 三轴压力室 pmax=120mpa 1套 冠腾自动化
常规岩样压盘 φ50、φ100 1套 冠腾自动化
孔隙水压盘 φ50 1套 冠腾自动化
移动小车 1台 冠腾自动化
3 增压器 1台 冠腾自动化
液压传感器 1只 美国msi
高精密压力表 1块 西安
超高压胶管 2根 德国
光电式位移传感器 分辨力0.0025mm 1套 美国epc
4 伺服油源 三泵系统 1台 冠腾自动化
高压柱塞泵 rk系列                      2台 日本越
低压齿轮泵                           1台 日本越
溢流阀 ng6 3只 华德液压
精密滤油器 0.003~0.005 3个 黎明
压力表 阻尼式 3只 西安
油冷却机 1 台 上海
机箱及配套件 1套 冠腾自动化
5 充液油源 1台 冠腾自动化
齿轮泵 1台 日本越
溢流阀 ng6 1个 美国moog
压力表 y-60阻尼式 1块 西安
6 电控柜 1台 冠腾自动化
配电盘 1套 冠腾自动化
温控器 油温控制 1套
全数字测控器                      edc222 3台 德国doli
7 计算机系统
主机 8g内存 1t硬盘 1台 联想/研华工控
显示屏 22”液晶 1台 联想
打印机 a4激光 1台 惠普
8 空气压缩机组 静音式 1套

9 岩石专用引伸计根据用户需求 1套 冠腾自动化
10 孔隙水压系统 1套 冠腾自动化
11 高温系统 1套 冠腾自动化
声发射测试系统：（选配）
（1）增益可调放大器40db 档：40db(100倍)，带宽20khz--1500khz，输入阻抗大于10m 欧，输出阻抗50 欧，输出动态范围大于73.5db，Zui大输出电压±10v，接口类型: bnc 接口, 密封性能: 内部电路全密封。
（2）声发射传感器: 尺寸直径≥30mm, 供电电压bnc电缆同轴供电，供电方式：dc24-28v, 频率范围: 60-400khz, 中心频率150khz接口类型bnc接口, 外壳: 不锈钢, 检测面: 陶瓷；
（3）信号滤波器: 外置滤波器, 频率范围,100khz-400khz，输出噪声 0db，输出电压范围：±10v，输入阻抗：10m欧姆，供电方式：声发射仪供电或外部供电，供电电压：26-28vdc
（4）信号接口类型：bnc接口；密封性能：内部电路全密封。
（5）信号衰减器：技术指标:信号增益:-20db（衰减10倍）;频率范围:0-2mhz。
（6）声发射标准信号发生器:输出波形幅度范围:正负10mv至正负5v;输出波形频率范围:10khz至1mhz,1khz步进连续可调;非连续正弦波循环数范围:1至32767连续可调;输出波形间隔时间:1ms至32767ms,1ms步进连续可调;供电电压:28v