一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置

1.本发明涉及岩体工程技术领域，具体为一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置。


背景技术：

2.岩石力学三轴试验系统可在小尺度上重现地质作用过程及其状态结构变化。通过该系统获取试样的岩石变形与强度等宏观力学特性参数为钻井工程和压裂工程设计提供依据。
3.目前对岩样试验的设备，通过升降的加压设备，能够对岩样施加围向的压力，从而实现岩样的试验，岩样受到围向和轴向的压力，产生形变直至破坏，从而实现对岩样的试验，得到岩样的参数，但是实验后岩样碎块散落在压力室内，在进行下次实验之前，需要对碎石进行清理再放入新的试样岩石，目前的实验设备都是通过工作人员对其清理、换样，由于压力室空间较小，又存在需要对岩样进行施压的加压设备，需要工作人员消耗较长的时间对其清理换样。
4.基于此，本发明设计了一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置，包括底板、顶板和刚性加压系统，所述顶板通过支撑杆固定连接在所述底板的顶部，所述底板的顶部位于所述顶板的一侧固定连接有侧盒，所述顶板的顶部固定连接有第一压力盒，所述第一压力盒的内部滑动设有第二压力盒，所述第二压力盒的内部三侧位置分别设有测压板，所述刚性加压结构的一部分设在所述第一压力盒上，另一部分设在所述第二压力盒上，所述刚性加压结构用于对第二压力盒内部的所述测压板施压，所述测压板与第二压力盒之间通过第一弹性结构连接，所述第二压力盒的顶部与底部通过第二弹性结构滑动连接有滑板，所述侧盒的一侧开设有通道，所述侧盒上设有用于移动所述第二压力盒的驱动结构，所述侧盒上还设有用于在所述第二压力盒通过所述通道时更换所述第二压力盒内试样的换样结构。
7.所述刚性加压系统包括固定连接在所述第一压力盒顶部、前侧和左侧的第一支架，所述第一支架上设有压力油缸，所述压力油缸的伸缩轴延伸至所述第一压力盒内，所述第二压力盒的左侧、前侧和位于所述第二压力盒顶部所述滑板的顶部分别开设有连孔，所述连孔内设有活塞，所述活塞与所述测压板连接。
8.所述换样结构包括开设在所述通道内部的多个伸缩槽，所述伸缩槽内滑动连接有第一挡块，所述第一挡块的底部与所述伸缩槽的底部之间固定连接有第三弹簧，所述第一
挡块的一侧开设有限位槽，所述限位槽穿透所述伸缩槽延伸至所述侧盒的内部，所述限位槽内滑动连接有限位杆，所述侧盒的内部一侧固定连接有固定杆，所述固定杆的外部滑动连接有固定块，所述固定块的顶部与所述限位杆固定连接，其中一个所述固定块的一侧固定连接有第四弹簧，所述第四弹簧的一端与所述侧盒的内部一侧固定连接。
9.所述换样结构还包括开设在所述通道内部两侧的第一连接槽，所述侧盒的一侧开设有连接孔，所述第一连接槽的底部开设有与所述连接孔连通的转槽，所述转槽内转动套设有转杆，所述转杆的外侧壁固定套设有与所述第一连接槽转动套设的直齿轮，所述第二压力盒的两侧分别开设有第二连接槽，所述第二连接槽的一侧固定连接有多个与所述直齿轮相适配的齿块，所述转杆的顶部延伸至所述连接孔内并固定连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮上啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的一侧固定连接有双头丝杆，所述双头丝杆的外侧壁转动套设有两个与所述侧盒固定连接的连接板，所述双头丝杆的一侧设有挡板，所述挡板的一侧固定连接有两个连块，所述双头丝杆的外侧壁螺纹连接有两个移动块，所述移动块与所述连块之间转动连接有连杆，两个所述连接板之间固定连接有限制杆，所述限制杆与所述移动块滑动连接，所述侧盒的顶部固定连接有进料管。
10.所述第二弹性结构包括开设在所述第二压力盒顶部与底部的凹槽，所述滑板滑动连接在所述凹槽内，所述第二压力盒的内部两侧分别开设有滑槽，所述滑板的两侧分别固定连接有与所述滑槽滑动连接的滑块，所述滑槽的内部一侧开设有限制槽，所述滑块的一侧固定连接有与所述限制槽滑动连接的限制块，所述滑块的一侧开设有安装孔，所述安装孔的内部一侧固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与所述滑槽的内部一侧固定连接。
11.所述通道的顶部固定连接有第二挡块，所述第二压力盒的一侧开设有与所述凹槽连通的侧孔，所述侧孔的底部开设有侧槽，位于所述第二压力盒顶部所述滑板的一侧固定连接有与所述侧槽相适配的第三挡块。
12.所述第一弹性结构包括三组t槽，其中两组所述t槽开设在所述第二压力盒内部前侧和左侧位置，另一组所述t槽开设在位于所述第二压力盒顶部的所述滑板的底部，所述t槽的内部两端位置分别滑动连接有t块，所述测压板的两侧固定连接有连接块，所述连接块与所述t块之间转动连接有连接杆，所述t块的一侧固定连接有第一弹簧，所述第一弹簧的一端与所述t槽的内部一侧固定连接。
13.所述驱动结构包括与所述第二压力盒螺纹连接的丝杆，所述丝杆的一端与所述第一压力盒转动连接，所述丝杆的另一端穿过所述侧盒延伸至所述侧盒的外部并固定连接有第一链轮，所述侧盒的一侧设有驱动电机，所述驱动电机与所述侧盒通过第二支架连接，所述驱动电机的驱动轴上固定套设有第二链轮，所述第一链轮与第二链轮通过链条连接。
14.所述侧盒的一侧开设有出料口，所述出料口内滑动连接有收集盒。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本发明工作时，通过设置第二压力盒，第二压力盒的初始位置位于侧盒内，此时第二压力盒的顶部为敞开状态以用于投放新试样，其底部为封闭状态以用于承接新试样，工作人员向第二压力盒内存入新试样后启动驱动结构带动第二压力盒移动至第一压力盒内，此过程中第二压力盒顶部的滑板复位使得第二压力盒封闭，移动至第一压力盒内后，通过刚性加压系统对测压板施压，测压板受力挤压岩石得到试验数据，其内的试样受力破碎，
而第二压力盒的顶部与底部通过滑板对其封闭，使得碎石暂存在第二压力盒内，试验完成后，再次启动驱动结构带动第二压力盒移动至侧盒内，第二压力盒在经过通道时带动换样结构工作，第二压力盒顶部的滑板在侧盒上滑动以打开第二压力盒方便投放新试样，其底部的滑板在第二压力盒上通过换样结构滑动一段距离后复位以用于承接新试样，在其滑动的时候可将第二压力盒内试验产生的碎块排出第二压力盒至侧盒内，同时，第二压力盒在通道内移动的同时可通过换样结构向第二压力盒内投放新的试样岩石，该装置相对于目前传统的对试样岩石的换样，较大的提升了换样速度提高了工作人员对不同试样岩石的测试效率，且方便清理第二压力盒内的碎石。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图；
18.图2为本发明的第一压力盒结构示意图；
19.图3为本发明的第二压力盒结构示意图；
20.图4为本发明的第二压力盒结构的仰视示意图；
21.图5为本发明的第一弹性结构示意图；
22.图6为本发明的侧盒结构示意图；
23.图7为本发明的侧盒结构的拆分示意图；
24.图8为本发明的换样结构示意图；
25.图9为本发明的限位杆结构示意图；
26.图10为本发明的挡板结构示意图；
27.图11为本发明的驱动结构示意图。
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.100、底板；101、顶板；102、第一压力盒；103、第一支架；104、第二压力盒；105、凹槽；106、滑板；107、连孔；108、活塞；109、压力油缸；200、测压板；201、t槽；202、t块；203、连接块；204、连接杆；205、第一弹簧；300、侧盒；301、通道；302、丝杆；303、驱动电机；304、第二支架；305、第一链轮；306、第二链轮；307、链条；308、进料管；309、收集盒；400、滑槽；401、滑块；402、限制槽；403、限制块；404、安装孔；405、第二弹簧；406、伸缩槽；407、第一挡块；408、第三弹簧；409、限位槽；410、限位杆；411、固定杆；412、固定块；413、第四弹簧；414、第二挡块；415、侧孔；416、侧槽；417、第三挡块；500、第一连接槽；501、转槽；502、连接孔；503、转杆；504、直齿轮；505、第二连接槽；506、齿块；507、第一锥齿轮；508、第二锥齿轮；509、双头丝杆；510、挡板；511、连接板；512、移动块；513、连块；514、连杆；515、限制杆。
具体实施方式
30.请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种用于岩石三轴试验机的智能换试样装置，包括底板100、顶板101和刚性加压系统，顶板101通过支撑杆固定连接在底板100的顶部，底板100的顶部位于顶板101的一侧固定连接有侧盒300，顶板101的顶部固定连接有第一压力盒102，第一压力盒102的内部滑动设有第二压力盒104，第二压力盒104的内部三侧位置分别设有测压板200，刚性加压结构的一部分设在第一压力盒102上，另一部分设在第二压力盒104上，刚性加压结构用于对第二压力盒104内部的测压板200施压，测压板200
与第二压力盒104之间通过第一弹性结构连接，第二压力盒104的顶部与底部通过第二弹性结构滑动连接有滑板106，侧盒300的一侧开设有通道301，侧盒300上设有用于移动第二压力盒104的驱动结构，侧盒300上还设有用于在第二压力盒104通过通道301时更换第二压力盒104内试样的换样结构，刚性加压系统包括固定连接在第一压力盒102顶部、前侧和左侧的第一支架103，第一支架103上设有压力油缸109，压力油缸109的伸缩轴延伸至第一压力盒102内，第二压力盒104的左侧、前侧和位于第二压力盒104顶部滑板106的顶部分别开设有连孔107，连孔107内设有活塞108，活塞108与测压板200连接；
31.工作时，通过设置第二压力盒104，第二压力盒104的初始位置位于侧盒300内，此时第二压力盒104的顶部为敞开状态以用于投放新试样，其底部为封闭状态以用于承接新试样，工作人员向第二压力盒104内存入新试样后启动驱动结构带动第二压力盒104移动至第一压力盒102内，此过程中第二压力盒104顶部的滑板106复位使得第二压力盒104封闭，移动至第一压力盒102内后，通过刚性加压系统对测压板200施压，测压板200受力挤压岩石得到试验数据，其内的试样受力破碎，而第二压力盒104的顶部与底部通过滑板106对其封闭，刚性加压系统在对试样进行施压导致试样破碎，可使得碎石不会飞溅至第一压力盒102内，将碎石暂存在第二压力盒104内方便后续对其清理，试验完成后，再次启动驱动结构带动第二压力盒104移动至侧盒300内，第二压力盒104在经过通道301时带动换样结构工作，第二压力盒104顶部的滑板106在侧盒300上滑动以打开第二压力盒104方便投放新试样，其底部的滑板106在第二压力盒104上通过换样结构滑动一段距离后复位以用于承接新试样，在其滑动的时候可将第二压力盒104内试验产生的碎块排出第二压力盒104至侧盒300内，同时，第二压力盒104在通道301内移动的同时可通过换样结构向第二压力盒104内投放新的试样岩石，该装置易清理碎石且相对于目前传统的对试样岩石的换样，较大的提升了换样速度，提高了工作人员对不同试样岩石的测试效率，且方便清理第二压力盒104内的碎石。
32.作为本发明的进一步方案，换样结构包括开设在通道301内部的多个伸缩槽406，伸缩槽406内滑动连接有第一挡块407，第一挡块407的底部与伸缩槽406的底部之间固定连接有第三弹簧408，第一挡块407的一侧开设有限位槽409，限位槽409穿透伸缩槽406延伸至侧盒300的内部，限位槽409内滑动连接有限位杆410，侧盒300的内部一侧固定连接有固定杆411，固定杆411的外部滑动连接有固定块412，固定块412的顶部与限位杆410固定连接，其中一个固定块412的一侧固定连接有第四弹簧413，第四弹簧413的一端与侧盒300的内部一侧固定连接；
33.在工作时，通过设置第一挡块407，在驱动结构带动第二压力盒104移动至通道301处时，第一挡块407抵触第二压力盒104底部的滑板106，此时第二压力盒104持续移动，而滑板106受力不再移动，且通过第二弹性结构产生势能，第二压力盒104在移动时，其内部的碎石无滑板106的阻挡掉落至侧盒300内，实现了上述的对第二压力盒104内的试样碎石倾倒的效果，第二压力盒104移动至一定距离后接触限位杆410并带动限位杆410滑动一段距离，限位杆410的一端从限位槽409内移除，第一挡块407受滑板106的抵触力收缩在伸缩槽406内，滑板106不受阻挡时第二弹性结构释放势能带动滑板106复位至第二压力盒104的底部，以方便承接新的试样岩石。
34.作为本发明的进一步方案，换样结构还包括开设在通道301内部两侧的第一连接
槽500，侧盒300的一侧开设有连接孔502，第一连接槽500的底部开设有与连接孔502连通的转槽501，转槽501内转动套设有转杆503，转杆503的外侧壁固定套设有与第一连接槽500转动套设的直齿轮504，第二压力盒104的两侧分别开设有第二连接槽505，第二连接槽505的一侧固定连接有多个与直齿轮504相适配的齿块506，转杆503的顶部延伸至连接孔502内并固定连接有第一锥齿轮507，第一锥齿轮507上啮合有第二锥齿轮508，第二锥齿轮508的一侧固定连接有双头丝杆509，双头丝杆509的外侧壁转动套设有两个与侧盒300固定连接的连接板511，双头丝杆509的一侧设有挡板510，挡板510的一侧固定连接有两个连块513，双头丝杆509的外侧壁螺纹连接有两个移动块512，移动块512与连块513之间转动连接有连杆514，两个连接板511之间固定连接有限制杆515，限制杆515与移动块512滑动连接，侧盒300的顶部固定连接有进料管308；
35.在工作时，通过设置直齿轮504，工作人员可在进料管308内存放新的试样岩石，并由挡板510承接试样岩石，在驱动结构带动压力盒经过通道301时，可先移动第二压力盒104顶部的滑板106，在压力盒经过通道301时第二压力盒104上的齿块506带动直齿轮504转动，直齿轮504转动通过转杆503、第一锥齿轮507转动，第一锥齿轮507转动带动双头丝杆509转动，双头丝杆509转动可带动设在双头丝杆509上的两个移动块512相互远离，移动块512在移动时可通过连杆514带动挡板510靠近双头丝杆509，即，挡板510在试样岩石的底部滑动，渐渐的与试样岩石脱离，当挡板510与试样岩石脱离后，挡板510不再承接试样岩石，试样岩石受自然重力从进料口滑落至第二压力盒104内并由第二压力盒104底部的滑板106承接，实现了上述的投放新试样岩石的效果。
36.作为本发明的进一步方案，第二弹性结构包括开设在第二压力盒104顶部与底部的凹槽105，滑板106滑动连接在凹槽105内，第二压力盒104的内部两侧分别开设有滑槽400，滑板106的两侧分别固定连接有与滑槽400滑动连接的滑块401，滑槽400的内部一侧开设有限制槽402，滑块401的一侧固定连接有与限制槽402滑动连接的限制块403，滑块401的一侧开设有安装孔404，安装孔404的内部一侧固定连接有第二弹簧405，第二弹簧405的一端与滑槽400的内部一侧固定连接；
37.在工作时，通过设置第二弹性结构，当上述第一挡块407抵触第二压力盒104底部的滑板106时，滑块401在滑槽400内滑动，设置的限制块403可限制滑块401的位置使其不会脱离滑槽400，滑板106受第一挡块407的抵触在凹槽105内滑动的同时，第二弹簧405拉伸产生势能，当第一挡块407收缩在伸缩槽406内后，第二弹簧405释放势能，实现了上述的滑板106复位至第二压力盒104底部的效果。
38.作为本发明的进一步方案，通道301的顶部固定连接有第二挡块414，第二压力盒104的一侧开设有与凹槽105连通的侧孔415，侧孔415的底部开设有侧槽416，位于第二压力盒104顶部滑板106的一侧固定连接有与侧槽416相适配的第三挡块417；
39.在工作时，通过设置第三挡块417，第二压力盒104在通道301内移动时，第二挡块414抵触第二压力盒104顶部的滑板106以打开第二压力盒104的顶部，方便投放新的试样岩石，在驱动结构带动第二压力盒104移动出侧盒300内时，由第二弹簧405的作用力可复位滑板106至第二压力盒104的顶部以封闭第二压力盒104，同时，开设的侧孔415提供了滑板106上的测压板200进入第二压力盒104内的条件，进一步的，设置的第三挡块417可封闭侧孔415，以免在对第二压力盒104内的试样进行检测时，试样岩石的碎块溅出第二压力盒104，
实现了将试样岩石碎块封存在第二压力盒104的内部，利于换样结构对碎石清理。
40.作为本发明的进一步方案，第一弹性结构包括三组t槽201，其中两组t槽201开设在第二压力盒104内部前侧和左侧位置，另一组t槽201开设在位于第二压力盒104顶部的滑板106的底部，t槽201的内部两端位置分别滑动连接有t块202，测压板200的两侧固定连接有连接块203，连接块203与t块202之间转动连接有连接杆204，t块202的一侧固定连接有第一弹簧205，第一弹簧205的一端与t槽201的内部一侧固定连接；
41.在工作时，通过设置第一弹性结构，在刚性加压系统对测压板200施压以挤压第二压力盒104内的试样岩石时，测压板200移动靠近试样的同时，t块202在t槽201内滑动且第一弹簧205产生势能，在刚性加压系统停止工作且压力油缸109的轴复位后第一弹簧205带动测压板200复位，以免测压板200嵌入碎石的内部，不利于后续存放新石料与释放旧石料。
42.作为本发明的进一步方案，驱动结构包括与第二压力盒104螺纹连接的丝杆302，丝杆302的一端与第一压力盒102转动连接，丝杆302的另一端穿过侧盒300延伸至侧盒300的外部并固定连接有第一链轮305，侧盒300的一侧设有驱动电机303，驱动电机303与侧盒300通过第二支架304连接，驱动电机303的驱动轴上固定套设有第二链轮306，第一链轮305与第二链轮306通过链条307连接；
43.在工作时，通过设置驱动电机303，工作人员启动驱动电机303，驱动电机303带动第二链轮306转动，第二链轮306通过链条307带动第一链轮305转动，第一链轮305转动时可带动丝杆302转动，丝杆302与第二压力盒104螺纹连接以驱动第二压力盒104在第一压力盒102与侧盒300上进行位置转换，实现了上述的对第二压力盒104进行移动的效果。
44.作为本发明的进一步方案，侧盒300的一侧开设有出料口，出料口内滑动连接有收集盒309。
45.在工作时，通过设置收集盒309，第二压力盒104在移动至侧盒300的内部后，碎石从第二压力盒104内掉落至收集盒309内，以集中收集实验后的试样岩石碎块，方便工作人员后续对碎石进行处理。