本實(shí)用新型涉及小角散射原位壓剪扭領(lǐng)域，尤其涉及一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置。

背景技術(shù)：

納米材料力學(xué)性能事關(guān)其力學(xué)及微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化響應(yīng)特征。納米材料彈塑性條件下內(nèi)部納米尺度微觀孔隙結(jié)構(gòu)改變是煤巖材料損傷的開(kāi)始，材料損傷一直是科學(xué)與工程界討論的焦點(diǎn)?，F(xiàn)有煤巖材料測(cè)試系統(tǒng)都是從宏觀尺度的破壞入手，基于宏觀破壞后的大尺度裂縫來(lái)表征煤巖體破壞過(guò)程，之后進(jìn)行數(shù)值模擬重構(gòu)，而這些數(shù)值模擬軟件在圖像過(guò)濾噪聲消除及圖像分割處理后，只能表征大尺度的樣品破壞形態(tài)特征，無(wú)法獲得納米尺度下煤巖體損傷變化特征。煤巖體的拉伸破壞必然涉及內(nèi)部非均質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的位移、錯(cuò)位、滑動(dòng)響應(yīng)，孔形態(tài)發(fā)生改變，納米孔隙數(shù)量及大小也會(huì)發(fā)生變化。而現(xiàn)有煤巖材料測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法獲得納米尺度下動(dòng)態(tài)拉伸過(guò)程孔隙結(jié)構(gòu)變化，載荷作用下煤巖納觀結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型首先需建立在大量的觀測(cè)實(shí)踐上，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)分析方法顯然已經(jīng)不能滿足要求。因此迫切需要一種成本低，操作簡(jiǎn)便、體積小的用于測(cè)試煤巖材料壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)條件下納米尺度孔隙結(jié)構(gòu)變化實(shí)驗(yàn)裝置，來(lái)揭示納米尺度材料損傷過(guò)程，提高微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化定量化表征研究能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提出一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，通過(guò)微型伺服第一電機(jī)、行星齒輪箱、磁電式編碼器、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠、滾珠式螺母滑塊、導(dǎo)軌、固定端、壓力傳感器、多通道采集端、LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、卡套、螺釘、應(yīng)變片、加載端、微型伺服第二電機(jī)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)進(jìn)行有序組合，所述微型伺服第一電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)行星齒輪箱進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠運(yùn)傳動(dòng)，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠與滾珠式螺母滑塊滾動(dòng)接觸，所述加載端在微型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下滾珠式螺母滑塊帶動(dòng)卡套沿著導(dǎo)軌向固定端進(jìn)給，所述卡套通過(guò)螺釘與滾珠式螺母滑塊固定一體，并且卡套與固定端通過(guò)各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。達(dá)到在中子小角散射和X射線小角散射的透射下測(cè)試納米尺度固體煤巖材料動(dòng)態(tài)壓縮(剪切)過(guò)程中納米孔隙結(jié)構(gòu)變化特征的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，包括:

微型伺服第一電機(jī)(1)、行星齒輪箱(2)、磁電式編碼器(3)、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)、滾珠式螺母滑塊(5)、導(dǎo)軌(6)、固定端(7)、壓力傳感器(8)、多通道采集端(9)、LabVIEW 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)、卡套(11)、螺釘(12)、應(yīng)變片(13)、加載端(14)、微型伺服第二電機(jī)(15)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，所述微型伺服電機(jī)(1)通過(guò)驅(qū)動(dòng)行星齒輪箱(2)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(3)傳動(dòng)，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)與滾珠式螺母滑塊(5)滾動(dòng)接觸，所述加載端(14)在微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)驅(qū)動(dòng)作用下滾珠式螺母滑塊(5)帶動(dòng)卡套(11)沿著導(dǎo)軌(6)向固定端(7)進(jìn)給，所述卡套(11)通過(guò)螺釘(12)與滾珠式螺母滑塊(5)固定一體，并且卡套(11)與固定端(7)通過(guò)各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)選地，所述微型伺服電機(jī)其與行星齒輪箱連接傳動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)滾珠式螺母滑塊沿導(dǎo)軌平動(dòng)促使通過(guò)螺釘固與其上的卡套進(jìn)行一維平動(dòng)。

優(yōu)選地，所述卡套具有一個(gè)狹縫，長(zhǎng)×寬×高為30mm×1.5mm×30mm，矩形煤巖薄板呈豎直狀卡入卡套中并與卡套進(jìn)行耦合連接進(jìn)而進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)；卡套具有另外一個(gè)斜槽，尺寸同為長(zhǎng)×寬×高為30mm×1.5mm×30mm，將矩形薄板成豎直狀卡入卡套中耦合連接進(jìn)而進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)。將矩形煤巖薄板呈豎直狀卡入卡套并與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行不同速率下扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)選地，該裝置采用計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域先進(jìn)的LabVIEW虛擬儀器軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將微型伺服電機(jī)控制系統(tǒng)、壓力傳感器的載荷、壓縮產(chǎn)生的位移形變、壓縮速度、煤巖表面應(yīng)變片進(jìn)行在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)同步控制與數(shù)據(jù)集成采集。

與相關(guān)裝置相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型述及的一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，具有微型伺服電機(jī)、螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠、滾珠式螺母滑塊卡套、LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，各結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，安裝拆卸簡(jiǎn)單；微型伺服電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)行星齒輪箱進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠運(yùn)傳動(dòng)，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠與滾珠式螺母滑塊滾動(dòng)接觸，所述加載端在微型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下滾珠式螺母滑塊帶動(dòng)卡套沿著導(dǎo)軌向固定端進(jìn)給，所述卡套通過(guò)螺釘與滾珠式螺母滑塊固定一體，并且卡套與固定端通過(guò)各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。各結(jié)構(gòu)部件生產(chǎn)成本低，且整體裝置操作簡(jiǎn)單，最終在中子小角散射或X射線小角散射系統(tǒng)產(chǎn)生的射線透射下測(cè)試納米尺度固體煤巖材料動(dòng)態(tài)壓縮(剪切)過(guò)程中納米孔隙結(jié)構(gòu)變化特征。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的樣品受壓縮時(shí)工作效果圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的樣品受剪切力時(shí)工作效果圖；

圖中：1—微型伺服第一電機(jī)；2—行星齒輪箱；3—磁電式編碼器；4—螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠；5—滾珠式螺母滑塊；6—導(dǎo)軌；7—固定端；8—壓力傳感器；9—多通道采集端；10—LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；11—卡套；12—螺釘；13—應(yīng)變片；14—加載端；15—微型伺服第二電機(jī)；16—扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于以下所描述具體實(shí)施方式的范圍。

結(jié)合圖1所示，一種小角散射研究煤巖材料納觀壓剪扭裝置，微型伺服第一電機(jī)(1)，、行星齒輪箱(2)，磁電式編碼器(3)，螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)，滾珠式螺母滑塊(5)，導(dǎo)軌(6)，固定端(7)，壓力傳感器(8)，多通道采集端(9)，LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)，卡套(11)、螺釘(12)、應(yīng)變片(13)、加載端(14)、微型伺服第二電機(jī)(15)、扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，所述微型伺服電機(jī)(1)通過(guò)驅(qū)動(dòng)行星齒輪箱(2)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(3)傳動(dòng)，所述螺母旋轉(zhuǎn)式絲杠(4)與滾珠式螺母滑塊(5)滾動(dòng)接觸，所述加載端(14)在微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)驅(qū)動(dòng)作用下滾珠式螺母滑塊(5)帶動(dòng)卡套(11)沿著導(dǎo)軌(6)向固定端(7)進(jìn)給，所述卡套(11)通過(guò)螺釘(12)與滾珠式螺母滑塊(5)固定一體，并且卡套(11)與固定端(7)通過(guò)各自具有的兩種不同類型切口使得待研究煤巖樣品固于其上進(jìn)行壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

結(jié)合圖2所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)中部位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動(dòng)微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)，啟動(dòng)LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受壓縮下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)。

結(jié)合圖3所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)斜側(cè)位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動(dòng)微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)，啟動(dòng)LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受剪切力下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)。

結(jié)合圖3所示，組裝完畢本實(shí)用新型后，將矩形薄板狀煤巖固定于卡套(11)中部位置，與卡套進(jìn)行耦合連接，啟動(dòng)微型伺服第一電機(jī)(1)和微型伺服第二電機(jī)(15)以及扭轉(zhuǎn)微型伺服第三電機(jī)(16)，啟動(dòng)LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合小角散射系統(tǒng)進(jìn)行矩形薄板煤巖受扭轉(zhuǎn)下納米孔隙結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)。