本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種微型多功能水壓強(qiáng)控制器。

背景技術(shù)：

三軸儀是土工試驗(yàn)領(lǐng)域最常見的一種土工實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其組成可分成圍壓控制系統(tǒng)、軸向力加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其中圍壓系統(tǒng)的水壓強(qiáng)的產(chǎn)生可以由水壓強(qiáng)控制器完成?，F(xiàn)存的水壓強(qiáng)控制器按功能分，有靜態(tài)恒載類，能模擬土的一般工況實(shí)現(xiàn)常規(guī)的圍壓控制；有動態(tài)波形荷載類，能模擬波浪荷載、地震荷載實(shí)現(xiàn)隨機(jī)波或自定義波形荷載控制；按結(jié)構(gòu)形式分，有直列式和錯位式。以上所列水壓強(qiáng)控制器都能替換實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的室內(nèi)壓力源滿足相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求，但在功能上不具有多樣性，難以滿足試驗(yàn)的需求；在結(jié)構(gòu)上體積偏大，安裝也不方便。另外，現(xiàn)存水壓強(qiáng)控制器能用來研究飽和土的孔隙水壓力對土體強(qiáng)度的影響，如動孔隙水壓力對土體強(qiáng)度的影響等；但是對于目前土力學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域-非飽和土土力學(xué)來講，研究孔隙水壓力或者孔隙氣壓力對土體的強(qiáng)度影響時(shí)，就要求水壓強(qiáng)控制器能高精度定位并量測排水體積?；谝陨犀F(xiàn)狀，研究一種集成靜荷載、動荷載、智能反饋、循環(huán)控制、結(jié)構(gòu)巧妙體積小、具有排水體積量測功能等眾多優(yōu)勢于一體的微型多功能水壓強(qiáng)控制器具有明顯的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微型多功能水壓強(qiáng)控制器，技術(shù)方案具體為：

一種微型多功能水壓強(qiáng)控制器，包括步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠傳動系、移動座、雙列水缸組件、高精度光柵尺、限位開關(guān)、水管路和機(jī)架。

所述步進(jìn)電機(jī)4固定安裝在移動座8的右板上；所述移動座8與移動導(dǎo)軌11滑動連接，做往復(fù)移動運(yùn)動；所述移動導(dǎo)軌11固定在機(jī)架1上；所述滾珠絲杠12的左端通過絲杠支持座19固定在移動座8的左板上，右端通過絲杠固定座16安裝在絲杠固定座支座7上，軸端通過聯(lián)軸器17與步進(jìn)電機(jī)4連接，所述滾珠絲杠12的螺帽18固定在絲杠螺帽固定座15上；所述絲杠固定座支座7固定在移動座8底板上；所述絲杠螺帽固定座15固定在機(jī)架1上。

所述雙列水缸組件包括兩個(gè)水缸2、四個(gè)水缸座14和水缸螺母9，所述水缸2包括鋁制筒、活塞和活塞桿，用于產(chǎn)生一定的水壓強(qiáng)；所述兩個(gè)水缸2的布置形式是平行并排放置，即所述兩個(gè)水缸2通過四個(gè)水缸座14平行對稱固定在移動座8兩側(cè)，兩個(gè)水缸2的一端通水孔通過水管路3連通為一體，輸送一定的水壓強(qiáng)到圍壓或?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，另一端兩個(gè)活塞桿均通過水缸螺母9將活塞桿固定在加載板10上；所述加載板10固定在移動座8的左板上，加載板10截面是等強(qiáng)度不規(guī)則截面，通過移動座8的移動帶動水缸活塞桿的移動，產(chǎn)生水壓強(qiáng)。

所述高精度光柵尺5的尺身兩端懸空固定在移動座8的左板和右板上，隨移動座8一起做往復(fù)移動；所述高精度光柵尺5的讀數(shù)頭固定在絲杠螺帽固定座15上，當(dāng)移動座8做往復(fù)移動時(shí)，高精度光柵尺5的讀數(shù)頭就會相對于移動座8有相對位移，即測得移動座8的位移，也就是水缸2的活塞運(yùn)動行程；所述限位開關(guān)13固定在機(jī)架1上，安裝在運(yùn)動行程極限位置處，其探頭略伸進(jìn)移動座8空腔內(nèi)，移動座8往右移動時(shí)，當(dāng)移動座8左板觸碰限位開關(guān)的探頭，步進(jìn)電機(jī)4停止轉(zhuǎn)動，移動座8往左移動時(shí)，當(dāng)絲杠固定座支座7觸碰限位開關(guān)探頭時(shí)，步進(jìn)電機(jī)4停轉(zhuǎn)，起到保護(hù)儀器的作用。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)圍壓控制、動態(tài)波形圍壓控制、高精度定位和量測排水體積；本發(fā)明采用雙缸并排放置并連通的水缸，這種布置形式大大縮小了整個(gè)儀器的體積，并且每個(gè)活塞單位排水體積小，能實(shí)現(xiàn)較高的控制精度，壓力響應(yīng)速率大大提高；本發(fā)明的絲杠副傳動采用固定螺帽，螺桿移動的方式，移動座及固定在移動座的連接件有相對大的慣性，受步進(jìn)電機(jī)振動的影響較小，并且整個(gè)控制系統(tǒng)采用PID控制算法，實(shí)現(xiàn)更高精度的反饋調(diào)節(jié)，整個(gè)加載系統(tǒng)更為穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為移動副結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1機(jī)架；2水缸；3水管路；4步進(jìn)電機(jī)；5高精度光柵尺；6光柵尺固定螺釘；7絲杠固定座支座；8移動座；9水缸螺母；10加載板；11移動導(dǎo)軌；12滾珠絲杠；13限位開關(guān)；14水缸支座；15絲杠螺帽固定座；16絲杠固定座；17聯(lián)軸器；18絲杠螺帽；19絲杠支持座。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述：

步進(jìn)電機(jī)4通過聯(lián)軸器17將傳動傳遞給滾珠絲杠12，由于滾珠絲杠的螺帽18與絲杠螺帽固定座15固定在機(jī)架1上，所以步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動就轉(zhuǎn)換成絲桿桿的往復(fù)移動，而滾珠絲杠又固定在移動座8上，所以移動座8就在移動導(dǎo)軌11上往復(fù)移動；移動座8左板上固定加載板10，所以最終運(yùn)動通過加載板10傳遞到水缸2的活塞桿上，同時(shí)移動座8正上方固定了高精度光柵尺5，高精度光柵尺5的尺身隨著移動座8做直線運(yùn)動，而讀數(shù)頭則通過絲杠螺帽固定座15固定在機(jī)架1上，這樣尺身和讀數(shù)頭的相對運(yùn)動就實(shí)時(shí)記錄了移動座8的精確位置，進(jìn)而得到活塞的行程實(shí)現(xiàn)排水體積的量測；通過安裝在運(yùn)動行程極限位置處的限位開關(guān)13，保護(hù)儀器意外損壞。當(dāng)活塞有一定的行程產(chǎn)生相應(yīng)的水壓強(qiáng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)4通過計(jì)算機(jī)采集壓力傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，壓力精度控制在1kpa，有著易操作人機(jī)交互界面的控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)不同試驗(yàn)要求的加載方式，比如靜恒載、動態(tài)波形荷載、循環(huán)荷載等。