RMT—150C岩石力学试验系统.doc

RMT—150C岩石力学试验系统

中国科学院武汉岩土力学研究所

目 录

系统概述---------------------------------------（2）
功能及技术性能---------------------------------（2）
结构及特点-------------------------------------（4）
单轴试验-----------------------------------（4）
三轴试验--------------------5）
剪切试验-----------------------------------（5）
传感器的配置-----------------------------------（6）
液压动力源-------------------------------------（7）
手动控制器-------------------------------------（8）
数字控制器及系统软件---------------------------（8）
系统服务--------------------------------------（10）
附件（图片资料）------------------------------（11）

系统概述

RMT-150C岩石力学试验系统是RMT系列试验机中的最新产品，这是一种数字控制的电液伺服试验机，是专为岩石和混凝土一类材料的力学性能试验而设计的。它具有操作方便、控制性能好、自动化程度高等诸多优点。设计中参考了国外试验机的最新发展动向，充分考虑了工程应用部门和科研部门的不同要求，采用了多种先进技术和独特的设计方法，从而使RMT-150C岩石力学试验系统具有齐全的试验功能和优良的性能。与同类试验机相比，这套系统价格适中、性能价格比高、适用范围广，是理想的新一代岩石力学试验设备。

功能及技术性能

本试验系统在设计中充分考虑到了不同使用部门的各种要求，采用了独特的设计方法，可以进行多种岩石力学试验，最大限度地利用了伺服系统的能力，基本能够满足工程应用和基础理论研究方面的需要。它具有操作简单、易于掌握的特点，同时还预留了控制及数据采集通道，以便将来为用户进一步扩充试验功能。

功能
·垂直液压缸和水平液压缸均配备了两套不同量程的力传感器，垂直液压缸还配备了行程传感器以更好地适应不同的试件和试验方法。
·各种试验均为伺服控制，有位移控制、行程控制与载荷控制三种方式可选。
·组合位移控制方式，充分利用了轴向位移控制与横向位移控制各自的优点，更好地控制了试样的破坏过程。
·单轴和三轴压缩全过程试验。
·新颖的隔离式三轴试验装置，比传统的装置小巧轻便，使用更为方便。
·几种标准加载波形的疲劳试验（正弦波、三角波、方波），预设循环次数，试验过程中自动记数。
·直接剪切试验，剪力由拉力提供。剪切试验装置可以方便地组合成三种不同的尺寸规格。
·间接拉伸试验（巴西法），配有专用装置。
·试验过程中可以进行干涉，改变试验参数（波形、频率、速率、控制方式、极限值等等），以满足各种特殊试验和理论研究的需要。
·自动组合试验，可以将试验分为若干个步骤，预先在不同的试验阶段设置不同的试验参数，在计算机控制下自动连续完成。
·在系统中采用了智能采样和智能保护措施，使得采样数据的有效性大为提高，同时也降低了因操作失误而导致的故障率。

技术性能
RMT-150C岩石力学试验系统采用的是分布式控制结构，可靠性和灵活性大为提高，使得试验过程中的任意干涉成为现实。这套系统自动化程度高，试验参数选定之后，整个试验过程完全在计算机的控制下自动进行，试验完成后能自动卸载并退回到初始状态，同时还可以马上给出试验结果。
本系统在设计上充分考虑了岩石力学试验的特殊性，采用了独有的设计方法和先进的模糊控制技术，因而具有良好的动、静态特性和系统刚度，能跟踪岩石的瞬间破坏，对多种岩石都能作出令人满意的应力-应变曲线。

性能指标
垂直液压缸最大出力 1000kN 活塞行程 50mm （ 1000kN、100kN 两级）
水平液压缸最大出力 500kN 活塞行程 50mm （ 500kN、100kN 两级）
变形速率 0.0001～1mm/s
加载速率 0.01～100kN/s
基本波形 斜坡、正弦波、三角波、方波
疲劳频率 0.001～1Hz
最大围压 50 Mpa
围压速率 0.001～1Mpa/s
机架刚度 5×106 N/mm

结构及特点

RMT-150C岩石力学试验系统在总体设计上采用了与众不同的方式:
·垂直液压缸上置，使底座部分成为一个公共平台，有足够的空间来安放各种试验装置。
·水平剪力由拉力提供，作用力与反作用力基本平衡，省去了笨重的反力座。
·整体结构小巧而紧凑，各种附件配置齐全。
·外形根据人机工程原理而设计，操作方便。
·可直接安放在实验室内，不用进行地基处理。

外形尺寸：1650mm×800mm×1700mm(长×宽×高)
主机重量：4000kg

单轴试验
单轴试验是最基本的试验方式，三轴试验和剪切试验都是以此为基础来进行的。单轴试验时的载荷由垂直液压缸施加，配上相应的附件就可以进行试验。具体的配置如下：
·两套不同量程的力传感器，以适应不同的试件和试验方法。
·量程为5mm的位移传感器和量程为50mm的行程传感器，用于测量试件的轴向
变形。
·2支量程为2.5mm的位移传感器，用于测量试件的横向变形。
·一个公共安装底座和若干个不同尺寸的承力座，在不同的情况下使用。
·间接拉伸试验装置，可以方便地进行劈裂试验（巴西法）。
单轴压缩试验时的试件尺寸和形状没有太多限制，但从规范化的角度出发，推荐采用以下尺寸和形状：
压缩（圆柱形） 直径 50～70mm
高度 100～140mm

间接拉伸（圆柱形） 直径 50mm
高度 50mm

三轴试验
在单轴试验的基础上，加上三轴试验装置和三轴压力源，就构成了三轴试验系统。三轴试验时的围压是通过压力油施加的，此时试件处在σ2和σ3相等的状态，有别于真三轴试验方式。

隔离式三轴试验装置
传统的三轴室十分笨重，而且每次试验都要充油、放油，工作效率不高。同时，由于围压与加力活塞的相互作用，试验的准确性也会受到影响。我们最新设计的隔离式三轴试验装置，外形小巧而轻便，由于采用了隔离套，试件与压力油完全隔开，既不需要充油放油，也不需要给试件加防油套，操作十分方便，工作效率大为提高。
三轴试验采用标准试件： 直径 50mm
高度 100～120mm

三轴压力源
三轴压力源与试验机连接在一起，是专为三轴试验而设计的。它通过增压器将压力提高后提供给三轴室，操作板上装有压力表和截止阀，利用这套装置能方便地向隔离套内加油。压力源提供的压力是由计算机控制的，能按指令自动保持在一个理想的水平。

剪切试验
在单轴试验系统的基础上，增加水平液压缸和剪切试验装置，再配上相应的传感器，就构成了剪切试验系统。在岩土工程领域，材料的抗剪性能越来越受到重视而目前国内外的通用岩石力学试验机都不具备这一功能，其主要原因是受到了结构的限制。
我们在设计中采用了独具特色的拉剪方式，巧妙地使作用力与反作用力平衡，省去了笨重的反力座。剪切试验时垂直向与水平向的液压缸均为伺服控制，整个剪切装置与机体其余部分的各个接触面之间都装有减摩滚动体，从而使附加摩擦力大为减小。另外，还设有专门的升降机构用于试件的装卸，操作十分方便。

传感器的配置

RMT-150C岩石力学试验系统是个多功能系统，各种试验功能的控制对象和测量参数都不相同。为了适应这种情况，提高自动化程度，使操作更加简便，系统共配置了多达14路传感器，这些传感器都是特别制造的，具有精度高稳定性好等优点，其规格、量程和用途分列如下：

传感器及用途
(1) 行程传感器 量程 50mm 垂直液压缸行程
精度 3‰ F.S.
(2) 力传感器 量程 1000KN 垂直液压缸出力
精度 5‰ F.S.(系统)
(3) 力传感器 量程 100KN 垂直液压缸出力
精度 3‰ F.S.(系统)
(4) 位移传感器 量程 5mm 试件轴向变形
精度 1.5‰ F.S.
(5) 位移传感器 量程 2.5mm 单轴试件横向变形
精度 1.5‰ F.S.
(6) 位移传感器 量程 2.5mm 单轴试件横向变形
精度 1.5‰ F.S.
(7) 力传感器 量程 500KN 水平液压缸出力
精度 3‰ F.S.(系统)
(8) 位移传感器 量程 20mm 剪切试件水平变形
精度 1.5‰ F.S.
(9) 力传感器 量程 100KN 水平液压缸出力(与⑶共用)
精度 3‰ F.S.(系统)
(10) 位移传感器 量程 20mm 剪切试件垂直变形
精度 1.5‰ F.S.
(11) 位移传感器 量程 20mm 剪切试件垂直变形
精度 1.5‰ F.S.
(12) 位移传感器 量程 20mm 剪切试件垂直变形
精度 1.5‰ F.S.
(13) 位移传感器 量程 20mm 剪切试件垂直变形
精度 1.5‰ F.S.
(14) 压力传感器 量程 50Mpa 三轴室压力
精度 5‰ F.S (系统)

液压动力源
液压动力源是电液伺服系统中的一个重要部分。在这类系统中，稳定的油温和油压、液压油的清洁度及元件的可靠性等都是至关重要的。RMT-150C岩石力学试验系统的液压源设计中，充分考虑了这些要求，使之成为一个可靠而完善的系统。

特点
·采用了低噪声油泵加上有效的减振措施，噪声低于65分贝，无论液压系统的流量如何变化，压力输出都能保持稳定。
·设有自动温度控制系统，通过对冷却装置的控制，使油温保持在一个理想的水平。
·设有多级精密过滤装置，确保了液压油的高清洁度，从而保证了伺服控制的精度和可靠性，同时也提高了液压元件的使用寿命。
·密封式油箱配以空气过滤器，再加上油箱内壁的特殊涂层处理，有效地防止了外部环境和锈蚀对液压油的污染。
·具有超温、泄漏、过载等自动保护功能，能有效地防止意外的损坏。
·整个液压源构成一个独立的系统，使用寿命长，维护简单，每换一次液压油可以保证3000工作小时或3年以上的工作时间。

技术指标
输出压力 21 Mpa 过滤精度 10 μm
输出流量 18 L/m 工作油温 35℃～45℃
输入功率 7.5 KW 极限油温 50℃
油箱容积 180 L

手动控制器
试验机的液压源控制部分和其它的辅助控制部分一般都设在控制柜上，因而是不可移动的。在许多场合下，这种方式使操作不够方便，尤其当控制部分与试验机距离较远时更是如此。RMT-150C系统的手动控制器就是为解决这个问题而设计的。它具有轻便、小巧、可移动的特点，通过电缆与液压动力源和数字控制器相连，可以放置在任何操作者方便的地方或拿在操作者手中，使用起来十分方便。

功能
·控制液压动力源的启动、停机和低压、高压状态。
·关断液压动力源作为紧急处理措施。
·控制伺服液压缸的工作位置和快速运动，用于安放试件、系统排气及检查、调试工作。
·控制三轴压力源增压器的状态，用于三轴系统的快速卸荷及检查、调试工作。

数字控制器及系统软件
RMT-150C岩石力学试验系统采用的是分布式控制方式，上位机是一台个人
计算机，下位机为置于数字控制器内的若干单片机。操作者通过上位机发出的指令都要由数字控制器去控制伺服系统加以实现，而传感器的反馈信号也要由数字控制器去调整、转换并采集，然后送给上位机处理。由此可见，数字控制器是整个控制系统的核心。

数字控制器的功能
·DDC伺服控制：系统在计算机直接控制下运行。
·数字通讯：接受上位机传来的数字指令并向上位机传递数字信号。
·A/D转换及数据采集：传感器传来的模拟信号要由数字控制器转换为数字量并进行采集，以便进行控制或传递给上位机。
·函数发生：各种试验参数（如：波形、速率、频率等等）都是由函数发生器来产生的。
·极限检测：试验进行到设定的极限值后，就要终止试验并退回到初始状态。
·信号调节：传感器传来的模拟信号常常达不到系统的要求，需要调节为标准值。
·伺服阀驱动：系统输出的纠偏信号要经过功率放大后才能够驱动伺服阀工作。
·伺服阀零偏调整：伺服阀本身是有零偏的，这将影响到系统的工作状态，必须调整后系统才能正常工作。

系统软件
RMT-150C岩石力学试验系统是在计算机控制下工作的。操作者向系统发出
指令、计算机屏幕上显示系统信息、整个试验过程的自动进行等一系列工作都是
由系统软件来完成的。系统软件包括试验和后处理两大部分，设计的原则是功能
强、可靠性高、操作简单、易于掌握。为此，整个软件采用了菜单方式，操作者
只要根据提示进行选择，就能对系统进行操作。菜单中的参数也尽量采用了选择
方式，以避免操作者的失误。菜单的编排是逐步推进式的，逻辑性强，易于理解。
系统软件的主要功能如下：
·人机界面：操作者用于向系统发出指令并接收信息。
·试验执行：将操作者的指令传送给下位机，再由下位机控制相应的执行器去完成。
·数据储存：接收下位机传来的数据并经判别后储存，以备后处理时使用。
·数据处理：根据储存的数据计算出结果参数，绘制各种关系曲线并通过打印机打印出来

系统服务
在用户与我们签订的合同生效后8个月以内，整个系统将运到并安装、调试
完毕。除了为用户提供合格的产品外，为了使这套系统能正常而稳定地运行，充
分发挥作用，避免出现意外的损坏，延长使用寿命，我们还将提供一系列的服务，
主要的服务内容如下：
·根据用户实验室的具体情况，提供设备安放、布局等方面的参考意见。
·对用户实验室中与系统有关的部分，如水、电、环境等提出具体要求。
·设备在车间安装、调试完毕后，要进行为期2个月的试运行，确认完全合格后方可出厂。在此期间，将向用户通报情况，以便用户能作好接收设备的准备。
·设备运抵用户处后，及时指导安放工作并进行安装、调试，尽快交付用户使用。
·为用户培养操作人员，使其能熟练地进行操作并能进行基本维护。
·对用户使用上的困难及时提供指导。
·从设备交付使用之日起，系统出现非人为故障，我方将提供一年的免费维修，一年以后也保证提供良好的维修服务，只收取成本费。
·随机提供一份《出厂清单》，一份《操作指南》。

生产者：中国科学院武汉岩土力学研究所试验设备部
地 址：武汉市武昌小洪山
邮 编：430071
电 话：027-87199255 027-87198402
传 真：027-87199255
手 机：1360-7175042
负责人：周百海

RMT-150C岩石力学试验系统

控制系统

单轴抗压试验 拉伸试验（巴西法）

水平剪切装置

三轴抗压试验 三轴压力源

液压动力源
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