本發(fā)明涉及巖石凍融試驗系統(tǒng)，尤其是涉及自動化雙恒溫空間的巖石凍融試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

巖石凍融試驗是采用極值方式模擬自然界環(huán)境溫度變化對巖石性能造成的影響，從而判定巖石是否能夠滿足工程應(yīng)用。

水利工程巖石試驗規(guī)程中，巖石凍融試驗的步驟可概述如下：將裝有試件的鐵皮容器在－20±2℃下凍結(jié)，持續(xù)四個小時后，然后取出鐵皮容器，向鐵皮容器內(nèi)注水浸沒試件，水溫保持在20±2℃，持續(xù)融解四個小時為一個凍融循環(huán)。每進(jìn)行一個循環(huán)，檢查試件有無掉塊、裂縫，觀察其破壞過程，循環(huán)次數(shù)不低于20次，嚴(yán)寒地區(qū)不應(yīng)少于25次。試驗結(jié)束后通過試件質(zhì)量損失率、單軸抗壓強度、凍融系數(shù)等評定巖石性能。

現(xiàn)有巖石凍融試驗系統(tǒng)存在的不足是：一、冷凍設(shè)備和融化設(shè)備是分開的，冷凍時需要人工放入冷凍機內(nèi)，冷凍四小時后，人工從冷凍機內(nèi)取出放入水融箱內(nèi)，反復(fù)循環(huán)，費工費力，且冷凍溫度、融解溫度偏差較大。二、采用自動化技術(shù)使用一體式試驗機，將冷凍和融化在一個試驗箱內(nèi)完成，但是從冷凍狀態(tài)結(jié)束時到升溫至20℃需要幾十分鐘，從融化狀態(tài)結(jié)束時再降溫至－20℃需要更長時間，甚至幾小時，浪費大量時間和能耗，而且在轉(zhuǎn)換過程中需要水泵來回抽排水，試件雜質(zhì)易堵塞泵路，甚至損壞泵體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種自動化雙恒溫空間的巖石凍融試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)降低人力成本，提高試驗準(zhǔn)確度，降低實驗過程能耗，防止試驗設(shè)備損壞。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述自動化雙恒溫空間的巖石凍融試驗系統(tǒng)，包括冷凍試驗控制柜和設(shè)置有側(cè)開門的保溫箱體；所述保溫箱體中部通過下翻對開式隔溫板將其內(nèi)腔分為上部的冷凍室和下部的融化室，所述側(cè)開門設(shè)置在所述冷凍室側(cè)壁上；位于所述側(cè)開門兩側(cè)的保溫箱體側(cè)壁夾層內(nèi)分別設(shè)置有豎向升降鏈輪副，兩個所述豎向升降鏈輪副的上鏈輪分別位于冷凍室側(cè)壁夾層的頂部而下鏈輪分別位于融化室側(cè)壁夾層的中部，保溫箱體側(cè)壁上沿兩個豎向升降鏈輪副的傳動鏈分別開設(shè)有與對應(yīng)側(cè)壁夾層相通的豎向?qū)Р郏瑑蓚€所述傳動鏈之間水平連接有承力試件梁，所述承力試件梁的兩端分別穿過對應(yīng)的所述豎向?qū)Р叟c對應(yīng)的傳動鏈相鉸接；沿兩個豎向?qū)Р鄯謩e設(shè)置有由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動的柔性密封帶。

所述下翻對開式隔溫板由鉸接在所述保溫箱體相對兩側(cè)壁上的兩塊水平板銜接組成，位于所述融化室相對兩側(cè)壁上分別開設(shè)有豎向滑槽，兩塊所述水平板的下板面分別與對應(yīng)的一個液壓伸縮桿或電動推桿的活塞桿端部相鉸接，兩個所述液壓伸縮桿或電動推桿的另一端通過滑塊分別滑動設(shè)置在對應(yīng)一個所述豎向滑槽內(nèi)。

所述柔性密封帶由橫截面為長方形結(jié)構(gòu)的兩個橡膠密封條構(gòu)成，兩個所述橡膠密封條內(nèi)均沿長度方向設(shè)置有一個轉(zhuǎn)軸，兩個所述轉(zhuǎn)軸的端部均設(shè)置有被動齒輪，兩個所述被動齒輪通過一個主動齒輪與所述的電機傳動連接。

所述冷凍室的側(cè)壁上設(shè)置有第一制冷蒸發(fā)器和第一蒸發(fā)器風(fēng)機、第二制冷蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器風(fēng)機，所述第一制冷蒸發(fā)器和第一蒸發(fā)器風(fēng)機與所述冷凍試驗控制柜內(nèi)的第一制冷壓縮機構(gòu)成第一制冷系統(tǒng)，所述第二制冷蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器風(fēng)機與冷凍試驗控制柜內(nèi)的第二制冷壓縮機構(gòu)成第二制冷系統(tǒng)，冷凍室內(nèi)設(shè)置有冷凍溫度檢測傳感器；所述融化室側(cè)壁上設(shè)置有第三制冷蒸發(fā)器，所述第三制冷蒸發(fā)器與冷凍試驗控制柜內(nèi)的第三制冷壓縮機構(gòu)成第三制冷系統(tǒng)，融化室內(nèi)位于第三制冷蒸發(fā)器下方設(shè)置有由冷凍試驗控制柜控制開/關(guān)的電加熱器；融化室側(cè)壁下部開設(shè)有循環(huán)水口和進(jìn)/排水口，所述循環(huán)水口通過管道與設(shè)置在冷凍試驗控制柜內(nèi)的循環(huán)水泵進(jìn)水口相連通，所述循環(huán)水泵出水口與融化室內(nèi)腔相連通，融化室內(nèi)設(shè)置有融化溫度檢測傳感器。

本發(fā)明優(yōu)點在于提高試驗準(zhǔn)確度，降低實驗過程能耗，避免了采用一個空間進(jìn)行凍結(jié)、融化轉(zhuǎn)換的繁瑣復(fù)雜過程，防止了試驗設(shè)備損壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述保溫箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述處于豎向?qū)Р鄞蜷_狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的冷凍試驗控制柜原理框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實施例。

如圖1-5所示，本發(fā)明所述自動化雙恒溫空間的巖石凍融試驗系統(tǒng)，包括冷凍試驗控制柜1和設(shè)置有側(cè)開門2的保溫箱體3；保溫箱體3中部通過下翻對開式隔溫板將其內(nèi)腔分為上部的冷凍室4和下部的融化室5，側(cè)開門2設(shè)置在冷凍室4側(cè)壁上。如圖2、3所示，下翻對開式隔溫板由鉸接在保溫箱體1前、后兩側(cè)壁上的兩塊水平板6.1、6.2銜接組成，位于融化室5前、后兩側(cè)壁上分別開設(shè)有豎向滑槽7.1、7.2，兩塊水平板6.1、6.2的下板面分別與對應(yīng)的一個液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿端部相鉸接，兩個液壓伸縮桿8.1、8.2的另一端通過滑塊分別滑動設(shè)置在對應(yīng)的一個豎向滑槽7.1、7.2內(nèi)；位于側(cè)開門2兩側(cè)的保溫箱體3側(cè)壁夾層內(nèi)分別設(shè)置有豎向升降鏈輪副，兩個豎向升降鏈輪副的上鏈輪9.1分別位于冷凍室4側(cè)壁夾層的頂部而下鏈輪9.2分別位于融化室側(cè)壁夾層的中部，保溫箱體3側(cè)壁上沿兩個豎向升降鏈輪副的傳動鏈10.1、10.2分別開設(shè)有與對應(yīng)側(cè)壁夾層相通的豎向?qū)Р?1.1、11.2，兩個傳動鏈10.1、10.2之間水平連接有承力試件梁12，承力試件梁12的兩端分別穿過對應(yīng)的豎向?qū)Р?1.2、11.2與對應(yīng)的傳動鏈10.1、10.2相鉸接；沿兩個豎向?qū)Р?1.1、11.2分別設(shè)置有由電機13.1、13.2驅(qū)動轉(zhuǎn)動的柔性密封帶。

如圖1-5所示，設(shè)置在兩個豎向?qū)Р?1.1、11.2內(nèi)的柔性密封帶結(jié)構(gòu)相同，均由橫截面為長方形結(jié)構(gòu)的兩個橡膠密封條14.1、14.2構(gòu)成；兩個橡膠密封條14.1、14.2內(nèi)均沿長度方向埋設(shè)有一個轉(zhuǎn)軸，兩個轉(zhuǎn)軸的端部均設(shè)置有被動齒輪，兩個被動齒輪通過一個主動齒輪與對應(yīng)的電機13.1、13.2傳動連接。

如圖1-5所示，冷凍室4的側(cè)壁上設(shè)置有第一制冷蒸發(fā)器15.1和第一蒸發(fā)器風(fēng)機16.1、第二制冷蒸發(fā)器15.2和第二蒸發(fā)器風(fēng)機16.2，第一制冷蒸發(fā)器15.1和第一蒸發(fā)器風(fēng)機16.1與冷凍試驗控制柜1內(nèi)的第一制冷壓縮機17.1構(gòu)成第一制冷系統(tǒng)，第二制冷蒸發(fā)器15.2和第二蒸發(fā)器風(fēng)機16.2與冷凍試驗控制柜1內(nèi)的第二制冷壓縮機17.2構(gòu)成第二制冷系統(tǒng)，冷凍室4內(nèi)設(shè)置有冷凍溫度檢測傳感器；融化室5側(cè)壁上設(shè)置有第三制冷蒸發(fā)器15.3，第三制冷蒸發(fā)器15.3與冷凍試驗控制柜1內(nèi)的第三制冷壓縮機17.3構(gòu)成第三制冷系統(tǒng)，融化室5內(nèi)位于第三制冷蒸發(fā)器15.3下方設(shè)置有由冷凍試驗控制柜1控制開/關(guān)的電加熱器18；融化室5側(cè)壁下部開設(shè)有循環(huán)水口19和進(jìn)/排水口20，循環(huán)水口19通過管道與設(shè)置在冷凍試驗控制柜1內(nèi)的循環(huán)水泵21進(jìn)水口相連通，循環(huán)水泵21出水口與融化室5內(nèi)腔相連通，在融化室5前側(cè)壁上設(shè)置有用于顯示融化室5內(nèi)水位的液位顯示器22，融化室內(nèi)設(shè)置有融化溫度檢測傳感器。

本發(fā)明采取上、下隔離的雙恒溫空間，上部空間用于巖石試件冷凍試驗，下部空間用于巖石試件融化試驗，上、下空間通過填充有巖棉的下翻對開式隔溫板分開，使兩個空間相對獨立，互不干擾，兩塊水平板6.1、6.2采用不導(dǎo)溫不生銹的有機玻璃板，中間填充絕熱巖棉。

為了保持融化室5內(nèi)水溫的均勻，在融化室5的兩側(cè)開有循環(huán)水對流口，通過循環(huán)水泵21抽取融化室5內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán)，保持水溫均勻。融化室5底部設(shè)置的進(jìn)/排水口20用于向融化室5內(nèi)注入融化用水，試驗結(jié)束后用于向外排泄試驗用水。

開設(shè)在側(cè)開門2兩側(cè)保溫箱體3側(cè)壁上的豎向?qū)Р?1.2、11.2是承力試件梁12上、下滑動轉(zhuǎn)運巖石試件的路線，通過兩個傳動鏈10.1、10.2的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)完成承力試件梁12的升、降。

豎向?qū)Р鄣拇蜷_與密封，現(xiàn)以豎向?qū)Р?1.1進(jìn)行描述：如圖2、3所示，豎向?qū)Р?1.1通過由橫截面為長方形結(jié)構(gòu)的兩個橡膠密封條14.1、14.2進(jìn)行密封；兩個橡膠密封條14.1、14.2內(nèi)均沿長度方向埋設(shè)有一個轉(zhuǎn)軸，兩個轉(zhuǎn)軸的端部均通過被動齒輪與由微型電機13.1驅(qū)動的主動齒輪傳動連接。如圖4所示，當(dāng)兩個橡膠密封條14.1、14.2轉(zhuǎn)動至長方形橫截面的長邊豎起位置時豎向?qū)Р?1.1打開，為承力試件梁12提供上、下滑動通道；當(dāng)兩個橡膠密封條14.1、14.2轉(zhuǎn)動至長方形橫截面的短邊豎起位置時將豎向?qū)Р?1.1封閉；此時，由于兩個橡膠密封條14.1、14.2為柔性材料制成，位于承力試件梁12位置處的兩個橡膠密封條14.1、14.2變形后緊貼承力試件梁12，將豎向?qū)Р?1.1封閉。

如圖1-6所示，本發(fā)明工作過程簡述如下：

1、凍融試驗開始之前，做好準(zhǔn)備工作，將巖石試樣按照規(guī)定時間進(jìn)行處理。

2、將浸泡完成的巖石試樣放入試樣盒內(nèi)，打開冷凍室4的側(cè)開門2將試樣盒掛在承力試件梁12上，啟動凍融試驗控制器，開始制冷程序，并通過冷凍室4內(nèi)的三個冷凍溫度檢測傳感器采集空間內(nèi)溫度，保持冷凍室4在-20℃±2℃的溫度下，同時凍融試驗控制器自動計時四小時，冷凍室4內(nèi)三個冷凍溫度檢測傳感器溫度偏差大于1℃時，通過蒸發(fā)器風(fēng)機16.1、16.2進(jìn)行對流風(fēng)循環(huán)1分鐘。

3、凍融試驗控制器控制液壓伸縮桿8.1、8.2收縮，液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿帶動兩塊水平板6.1、6.2向下翻轉(zhuǎn)，同時液壓伸縮桿8.1、8.2沿豎向滑槽7.1、7.2緩慢沿向下滑動，使兩塊水平板6.1、6.2向下翻轉(zhuǎn)貼合在融化室5側(cè)壁上。

4、凍融試驗控制器開啟電機13.1、13.2驅(qū)動柔性密封帶將兩個豎向?qū)Р?1.1、11.2打開，形成承力試件梁12升降的通道。

5、凍融試驗控制器開啟兩個豎向升降鏈輪副同步轉(zhuǎn)動，帶動承力試件梁12向下運行，承力試件梁12帶動試件盒一直向下運行至浸沒入融化室5的水面以下，兩個豎向升降鏈輪副停止工作。

6、凍融試驗控制器再次開啟電機13.1、13.2驅(qū)動柔性密封帶將兩個豎向?qū)Р?1.1、11.2封閉，使冷凍室4恢復(fù)密閉空間。

7、凍融試驗控制器再次控制液壓伸縮桿8.1、8.2伸長，液壓伸縮桿8.1、8.2的活塞桿帶動兩塊水平板6.1、6.2向上翻轉(zhuǎn)，同時液壓伸縮桿8.1、8.2沿豎向滑槽7.1、7.2緩慢沿上滑動，使兩塊水平板6.1、6.2向上翻轉(zhuǎn)閉合，直至密封嚴(yán)實。

8、凍融試驗控制器開始融化程序，并自動計時直至4小時，在溶解過程中，當(dāng)融化室5內(nèi)的三個融化溫度傳感器的溫差大于1℃時啟動循環(huán)水泵21工作1分鐘。

上述過程完成一個完整的凍融循環(huán)，凍融試驗控制器設(shè)置凍融循環(huán)次數(shù)即可實現(xiàn)凍融自動循環(huán)。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系是基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。