自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统的制作方法

本发明涉及岩石冻融试验系统，尤其是涉及自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统。

背景技术：

岩石冻融试验是采用极值方式模拟自然界环境温度变化对岩石性能造成的影响，从而判定岩石是否能够满足工程应用。

水利工程岩石试验规程中，岩石冻融试验的步骤可概述如下：将装有试件的铁皮容器在－20±2℃下冻结，持续四个小时后，然后取出铁皮容器，向铁皮容器内注水浸没试件，水温保持在20±2℃，持续融解四个小时为一个冻融循环。每进行一个循环，检查试件有无掉块、裂缝，观察其破坏过程，循环次数不低于20次，严寒地区不应少于25次。试验结束后通过试件质量损失率、单轴抗压强度、冻融系数等评定岩石性能。

现有岩石冻融试验系统存在的不足是：一、冷冻设备和融化设备是分开的，冷冻时需要人工放入冷冻机内，冷冻四小时后，人工从冷冻机内取出放入水融箱内，反复循环，费工费力，且冷冻温度、融解温度偏差较大。二、采用自动化技术使用一体式试验机，将冷冻和融化在一个试验箱内完成，但是从冷冻状态结束时到升温至20℃需要几十分钟，从融化状态结束时再降温至－20℃需要更长时间，甚至几小时，浪费大量时间和能耗，而且在转换过程中需要水泵来回抽排水，试件杂质易堵塞泵路，甚至损坏泵体。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统，实现降低人力成本，提高试验准确度，降低实验过程能耗，防止试验设备损坏。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统，包括冷冻试验控制柜和设置有侧开门的保温箱体；所述保温箱体中部通过下翻对开式隔温板将其内腔分为上部的冷冻室和下部的融化室，所述侧开门设置在所述冷冻室侧壁上；位于所述侧开门两侧的保温箱体侧壁夹层内分别设置有竖向升降链轮副，两个所述竖向升降链轮副的上链轮分别位于冷冻室侧壁夹层的顶部而下链轮分别位于融化室侧壁夹层的中部，保温箱体侧壁上沿两个竖向升降链轮副的传动链分别开设有与对应侧壁夹层相通的竖向导槽，两个所述传动链之间水平连接有承力试件梁，所述承力试件梁的两端分别穿过对应的所述竖向导槽与对应的传动链相铰接；沿两个竖向导槽分别设置有由电机驱动转动的柔性密封带。

所述下翻对开式隔温板由铰接在所述保温箱体相对两侧壁上的两块水平板衔接组成，位于所述融化室相对两侧壁上分别开设有竖向滑槽，两块所述水平板的下板面分别与对应的一个液压伸缩杆或电动推杆的活塞杆端部相铰接，两个所述液压伸缩杆或电动推杆的另一端通过滑块分别滑动设置在对应一个所述竖向滑槽内。

所述柔性密封带由横截面为长方形结构的两个橡胶密封条构成，两个所述橡胶密封条内均沿长度方向设置有一个转轴，两个所述转轴的端部均设置有被动齿轮，两个所述被动齿轮通过一个主动齿轮与所述的电机传动连接。

所述冷冻室的侧壁上设置有第一制冷蒸发器和第一蒸发器风机、第二制冷蒸发器和第二蒸发器风机，所述第一制冷蒸发器和第一蒸发器风机与所述冷冻试验控制柜内的第一制冷压缩机构成第一制冷系统，所述第二制冷蒸发器和第二蒸发器风机与冷冻试验控制柜内的第二制冷压缩机构成第二制冷系统，冷冻室内设置有冷冻温度检测传感器；所述融化室侧壁上设置有第三制冷蒸发器，所述第三制冷蒸发器与冷冻试验控制柜内的第三制冷压缩机构成第三制冷系统，融化室内位于第三制冷蒸发器下方设置有由冷冻试验控制柜控制开/关的电加热器；融化室侧壁下部开设有循环水口和进/排水口，所述循环水口通过管道与设置在冷冻试验控制柜内的循环水泵进水口相连通，所述循环水泵出水口与融化室内腔相连通，融化室内设置有融化温度检测传感器。

本发明优点在于提高试验准确度，降低实验过程能耗，避免了采用一个空间进行冻结、融化转换的繁琐复杂过程，防止了试验设备损坏。

附图说明

图1是本发明所述保温箱体的内部结构示意图。

图2是图1的a-a向剖视结构示意图。

图3是图2的俯视结构示意图。

图4是本发明所述处于竖向导槽打开状态的结构示意图。

图5是本发明的外观结构示意图。

图6是本发明的冷冻试验控制柜原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-5所示，本发明所述自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统，包括冷冻试验控制柜1和设置有侧开门2的保温箱体3；保温箱体3中部通过下翻对开式隔温板将其内腔分为上部的冷冻室4和下部的融化室5，侧开门2设置在冷冻室4侧壁上。如图2、3所示，下翻对开式隔温板由铰接在保温箱体1前、后两侧壁上的两块水平板6.1、6.2衔接组成，位于融化室5前、后两侧壁上分别开设有竖向滑槽7.1、7.2，两块水平板6.1、6.2的下板面分别与对应的一个液压伸缩杆8.1、8.2的活塞杆端部相铰接，两个液压伸缩杆8.1、8.2的另一端通过滑块分别滑动设置在对应的一个竖向滑槽7.1、7.2内；位于侧开门2两侧的保温箱体3侧壁夹层内分别设置有竖向升降链轮副，两个竖向升降链轮副的上链轮9.1分别位于冷冻室4侧壁夹层的顶部而下链轮9.2分别位于融化室侧壁夹层的中部，保温箱体3侧壁上沿两个竖向升降链轮副的传动链10.1、10.2分别开设有与对应侧壁夹层相通的竖向导槽11.1、11.2，两个传动链10.1、10.2之间水平连接有承力试件梁12，承力试件梁12的两端分别穿过对应的竖向导槽11.2、11.2与对应的传动链10.1、10.2相铰接；沿两个竖向导槽11.1、11.2分别设置有由电机13.1、13.2驱动转动的柔性密封带。

如图1-5所示，设置在两个竖向导槽11.1、11.2内的柔性密封带结构相同，均由横截面为长方形结构的两个橡胶密封条14.1、14.2构成；两个橡胶密封条14.1、14.2内均沿长度方向埋设有一个转轴，两个转轴的端部均设置有被动齿轮，两个被动齿轮通过一个主动齿轮与对应的电机13.1、13.2传动连接。

如图1-5所示，冷冻室4的侧壁上设置有第一制冷蒸发器15.1和第一蒸发器风机16.1、第二制冷蒸发器15.2和第二蒸发器风机16.2，第一制冷蒸发器15.1和第一蒸发器风机16.1与冷冻试验控制柜1内的第一制冷压缩机17.1构成第一制冷系统，第二制冷蒸发器15.2和第二蒸发器风机16.2与冷冻试验控制柜1内的第二制冷压缩机17.2构成第二制冷系统，冷冻室4内设置有冷冻温度检测传感器；融化室5侧壁上设置有第三制冷蒸发器15.3，第三制冷蒸发器15.3与冷冻试验控制柜1内的第三制冷压缩机17.3构成第三制冷系统，融化室5内位于第三制冷蒸发器15.3下方设置有由冷冻试验控制柜1控制开/关的电加热器18；融化室5侧壁下部开设有循环水口19和进/排水口20，循环水口19通过管道与设置在冷冻试验控制柜1内的循环水泵21进水口相连通，循环水泵21出水口与融化室5内腔相连通，在融化室5前侧壁上设置有用于显示融化室5内水位的液位显示器22，融化室内设置有融化温度检测传感器。

本发明采取上、下隔离的双恒温空间，上部空间用于岩石试件冷冻试验，下部空间用于岩石试件融化试验，上、下空间通过填充有岩棉的下翻对开式隔温板分开，使两个空间相对独立，互不干扰，两块水平板6.1、6.2采用不导温不生锈的有机玻璃板，中间填充绝热岩棉。

为了保持融化室5内水温的均匀，在融化室5的两侧开有循环水对流口，通过循环水泵21抽取融化室5内的水进行循环，保持水温均匀。融化室5底部设置的进/排水口20用于向融化室5内注入融化用水，试验结束后用于向外排泄试验用水。

开设在侧开门2两侧保温箱体3侧壁上的竖向导槽11.2、11.2是承力试件梁12上、下滑动转运岩石试件的路线，通过两个传动链10.1、10.2的正转和反转完成承力试件梁12的升、降。

竖向导槽的打开与密封，现以竖向导槽11.1进行描述：如图2、3所示，竖向导槽11.1通过由横截面为长方形结构的两个橡胶密封条14.1、14.2进行密封；两个橡胶密封条14.1、14.2内均沿长度方向埋设有一个转轴，两个转轴的端部均通过被动齿轮与由微型电机13.1驱动的主动齿轮传动连接。如图4所示，当两个橡胶密封条14.1、14.2转动至长方形横截面的长边竖起位置时竖向导槽11.1打开，为承力试件梁12提供上、下滑动通道；当两个橡胶密封条14.1、14.2转动至长方形横截面的短边竖起位置时将竖向导槽11.1封闭；此时，由于两个橡胶密封条14.1、14.2为柔性材料制成，位于承力试件梁12位置处的两个橡胶密封条14.1、14.2变形后紧贴承力试件梁12，将竖向导槽11.1封闭。

如图1-6所示，本发明工作过程简述如下：

1、冻融试验开始之前，做好准备工作，将岩石试样按照规定时间进行处理。

2、将浸泡完成的岩石试样放入试样盒内，打开冷冻室4的侧开门2将试样盒挂在承力试件梁12上，启动冻融试验控制器，开始制冷程序，并通过冷冻室4内的三个冷冻温度检测传感器采集空间内温度，保持冷冻室4在-20℃±2℃的温度下，同时冻融试验控制器自动计时四小时，冷冻室4内三个冷冻温度检测传感器温度偏差大于1℃时，通过蒸发器风机16.1、16.2进行对流风循环1分钟。

3、冻融试验控制器控制液压伸缩杆8.1、8.2收缩，液压伸缩杆8.1、8.2的活塞杆带动两块水平板6.1、6.2向下翻转，同时液压伸缩杆8.1、8.2沿竖向滑槽7.1、7.2缓慢沿向下滑动，使两块水平板6.1、6.2向下翻转贴合在融化室5侧壁上。

4、冻融试验控制器开启电机13.1、13.2驱动柔性密封带将两个竖向导槽11.1、11.2打开，形成承力试件梁12升降的通道。

5、冻融试验控制器开启两个竖向升降链轮副同步转动，带动承力试件梁12向下运行，承力试件梁12带动试件盒一直向下运行至浸没入融化室5的水面以下，两个竖向升降链轮副停止工作。

6、冻融试验控制器再次开启电机13.1、13.2驱动柔性密封带将两个竖向导槽11.1、11.2封闭，使冷冻室4恢复密闭空间。

7、冻融试验控制器再次控制液压伸缩杆8.1、8.2伸长，液压伸缩杆8.1、8.2的活塞杆带动两块水平板6.1、6.2向上翻转，同时液压伸缩杆8.1、8.2沿竖向滑槽7.1、7.2缓慢沿上滑动，使两块水平板6.1、6.2向上翻转闭合，直至密封严实。

8、冻融试验控制器开始融化程序，并自动计时直至4小时，在溶解过程中，当融化室5内的三个融化温度传感器的温差大于1℃时启动循环水泵21工作1分钟。

上述过程完成一个完整的冻融循环，冻融试验控制器设置冻融循环次数即可实现冻融自动循环。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。