探尋試驗(yàn)機(jī)“硬”實(shí)力（三） | 從巖石三軸試驗(yàn)機(jī)看機(jī)架結(jié)構(gòu)對機(jī)架剛度的影響
本系列前兩期文章分享了試驗(yàn)機(jī)剛度的基本概念、重要性以及常見的測量方法。在第一期文章中我們提到，試驗(yàn)機(jī)機(jī)架剛度對試驗(yàn)機(jī)整體剛度的影響最為重要，而試驗(yàn)機(jī)機(jī)架剛度又與其結(jié)構(gòu)具有密不可分的關(guān)系。那么不同試驗(yàn)機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)是如何影響機(jī)架剛度呢？我們今天還是以巖石三軸試驗(yàn)機(jī)為例，與您探討試驗(yàn)機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)對機(jī)架剛度的影響。
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目前，市面上三軸試驗(yàn)機(jī)機(jī)架種類眾多，不同種類的機(jī)架適合的實(shí)際工況也大不相同。下面列舉幾種常見的機(jī)架類型及其適配的應(yīng)用場合。
試驗(yàn)機(jī) | 機(jī)架 | 應(yīng)用場合 |
常 規(guī) 三 軸 試 驗(yàn) 機(jī) | 一體式“口”字型機(jī)架 | 應(yīng)于硬巖、混凝土類三軸試驗(yàn)機(jī)軸向加載系統(tǒng)，剛度要求≥5GN/m。 |
拼接式“口”字型機(jī)架 | ||
立柱門式機(jī)架 | 應(yīng)于軟巖、巖土、混凝土、瀝青等路面材料類三軸試驗(yàn)機(jī)軸向加載系統(tǒng)，剛度要求≥1GN/m。 | |
空間可調(diào)式門式機(jī)架 | ||
真 三 軸 試 驗(yàn) 機(jī) | 三向立柱式組合機(jī)架 | 應(yīng)于軟巖、巖土、混凝土、瀝青等路面材料類三軸試驗(yàn)機(jī)，剛度要求≥1GN/m。 |
四立柱和拼接式組合機(jī)架 | ||
四立柱和一體式組合機(jī)架 | 軟巖和硬巖材料的真三軸試驗(yàn)機(jī)均適用，適用剛度范圍：2G～15GN/m。 | |
雙一體式組合機(jī)架 | 應(yīng)于硬巖、混凝土類三軸試驗(yàn)機(jī)軸向加載系統(tǒng)，剛度要求≥5GN/m，特別注明可達(dá)到≥15GN/m | |
自對中式五面封閉式機(jī)架 |
通過上面的表格我們明確了各類三軸試驗(yàn)機(jī)機(jī)架的適用工況后，我們更需要聚焦核心——不同機(jī)架之所以適配不同場景，本質(zhì)是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了自身剛度特性；而要深入理解機(jī)架結(jié)構(gòu)對整體剛度的具體影響，就必須先剖析清楚各類機(jī)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)究竟有何不同。
下面我們從機(jī)架結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析不同機(jī)架的剛度特點(diǎn)，從而了解試驗(yàn)機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)是如何影響其剛度的。
該機(jī)架通過整體鑄造或鍛造的方式，將上下橫梁與左右立柱鑄鍛成整體封閉機(jī)架，無螺紋/銷釘間隙，同步抑制軸向伸長與立柱鼓脹。?
剛度高（≥10GN/m）、變形小、重心低，抗彎、抗剪、抗扭特點(diǎn)，對偏載具有一定的容忍度。
該機(jī)架通過焊接或螺栓把上橫梁、下橫梁與左右立柱剛性拼接成封閉機(jī)架，加工難度低、成本低，適合中等剛度、需現(xiàn)場拆裝或運(yùn)輸受限的實(shí)驗(yàn)室場景。?
沿受力方向剛度接近于整體機(jī)架。
由光杠立柱穿入底座和上橫梁通過高強(qiáng)度螺母鎖緊固定，一般對稱式布置，分為雙立柱結(jié)構(gòu)或四立柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
其剛度特點(diǎn)主要表現(xiàn)為整體剛度和抗傾覆能力高，剛度高低主要受橫梁厚度、立柱截面面積和跨距影響。
由工作臺(tái)、上橫梁、立柱、升降驅(qū)動(dòng)工裝組成，上橫梁可由液壓或電動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)從而調(diào)節(jié)試驗(yàn)空間高度，從而適應(yīng)不同高度試樣測試需求。
試驗(yàn)空間可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)整，剛度隨著橫梁的高度變化，橫梁越低剛度越高。
由三個(gè)獨(dú)立的四立柱（或雙立柱）機(jī)架組成，結(jié)構(gòu)簡單，組裝便捷，互換性高，加工難度低，可擴(kuò)展空間可調(diào)式。
整機(jī)剛度應(yīng)以三個(gè)方向中最低剛度作為驗(yàn)證指標(biāo)，單一方向剛度特點(diǎn)參考立柱門式機(jī)架剛度特點(diǎn)。
由一套四立柱機(jī)架和雙軸四缸拼接式封閉機(jī)架組成，結(jié)構(gòu)簡單拼接靈活，且單個(gè)部件加工成本低、加工周期短。
該機(jī)架四立柱方向的剛度低于其他兩個(gè)方向的剛度，因此整機(jī)剛度應(yīng)以四立柱方向中的最低剛度作為驗(yàn)證指標(biāo)，參考立柱門式機(jī)架剛度特點(diǎn)。
由一套四立柱機(jī)架和雙軸四缸封閉機(jī)架組成，雙軸機(jī)架可以采用焊接一體式機(jī)架或鑄造（或鍛造）一體式機(jī)架。該機(jī)架的四立柱式機(jī)架和其他兩個(gè)方向機(jī)架相對獨(dú)立，但為了提高整體剛度立柱截面直徑通常相對較粗。
該機(jī)架剛度設(shè)計(jì)范較廣（2GN/m～15GN/m），整機(jī)剛度以四立柱方向?yàn)轵?yàn)證指標(biāo)。
由兩個(gè)鑄造（或鍛造）一體式機(jī)架互套式安裝組成機(jī)架，常見結(jié)構(gòu)為單軸式機(jī)架外側(cè)套雙軸式機(jī)架，若對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整增加密封功能話可實(shí)現(xiàn)兩剛一柔型機(jī)架
該機(jī)架是所有框架類型中剛度最高的一種機(jī)架組合方式，每個(gè)方向剛度均可達(dá)到整體式框架剛度，適用于高剛度（≥10GN/m）應(yīng)用要求場合。
該機(jī)架整合了整體式機(jī)架和四柱式空間可調(diào)機(jī)架的優(yōu)點(diǎn)，一般為兩個(gè)承載梁組成，一套承載梁上固定三向五個(gè)面的油缸形成封閉腔，另一套承載梁可移動(dòng)式，移動(dòng)到試驗(yàn)位置時(shí)同時(shí)也能完成自動(dòng)中功能。
該框架結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，適用于中高剛度（≥5GN/m）應(yīng)用要求場合.
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