摘要：本文主要介紹了DGN液壓加載控制器的組成、原理和特性，然后介紹了應(yīng)用于巖土測(cè)試的重要儀器-三軸儀，以及DGN液壓加載控制器的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：DGN液壓加載控制器；三軸儀；原理；應(yīng)用
　　
　　1.前言
　　
　　DGN液壓加載控制器是用于巖土工程測(cè)試的儀器。DGN是多功能的縮寫。它是為三軸儀系統(tǒng)配套，用于分析土壤及巖土特性的儀器設(shè)備，它能夠測(cè)試巖土強(qiáng)度及抗剪切能力，測(cè)定在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度，確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。另外它也能為其他設(shè)備提供需要的動(dòng)力源。DGN液壓加載控制器能夠提供兩種方式的動(dòng)力源輸出：1．按照設(shè)定的壓力以恒壓方式輸出壓力源。2．按照設(shè)定的速度以恒定低速方式輸出壓力源。
　　目前國(guó)內(nèi)用于三軸儀系統(tǒng)上的液壓加載控制器都是從國(guó)外進(jìn)口的，主要是從英國(guó)的GDSInstrumentsLtd公司進(jìn)口。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有自主開發(fā)出和三軸儀系統(tǒng)配套的液壓加載控制器。
　　
　　2.DGN液壓加載控制器的組成、原理和特性
　　2.1組成
　　DGN液壓加載控制器是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它由控制器，步近電機(jī)，齒輪減速箱，絲杠，液壓缸和壓力傳感器組成。
　　DGN液壓加載控制器有兩種控制模式：（1）應(yīng)力控制模式。(閉環(huán)控制)通過(guò)在鍵盤上設(shè)定所需的壓力，液壓缸輸出設(shè)定的恒壓。（2）應(yīng)變控制模式。(開環(huán)控制)通過(guò)在鍵盤上設(shè)定所需的輸出流速，液壓缸輸出設(shè)定的流速。DGN液壓加載控制器設(shè)計(jì)有232通訊口和通信協(xié)議，可以和計(jì)算機(jī)相連，將傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)中。通過(guò)特定的程序，計(jì)算機(jī)也可以控制DGN液壓加載控制器運(yùn)行。
　　
　　2.2原理
　　
　　DNG液壓加載控制器的工作原理是：在控制器的面板上設(shè)定需控制的參數(shù)，比如壓力。利用數(shù)字控制電路控制輸出電脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器然后輸出經(jīng)過(guò)放大的電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)減速箱減速后，再通過(guò)絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲桿的另一端經(jīng)過(guò)一個(gè)固定在壓力缸端蓋滾動(dòng)絲杠副和一個(gè)壓力缸內(nèi)的活塞相連。壓力缸固定在基座上，步進(jìn)電機(jī)和減速箱安裝在導(dǎo)軌上可線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成壓力缸活塞線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞線性運(yùn)動(dòng)壓縮缸體體積，導(dǎo)致壓力缸輸出設(shè)定要求的壓力。按設(shè)定的要求對(duì)一些巖土測(cè)試儀液壓腔(或氣壓腔)加壓。在壓力缸出口安裝有壓力傳感器，壓力信號(hào)反饋到控制器。控制面板上有按鍵和顯示屏，可以設(shè)定需輸出的壓力，輸出的體積量等參數(shù)。微電腦控制器按預(yù)存的算法程序，通過(guò)比較設(shè)定值和反饋值，進(jìn)行計(jì)算，輸出脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)行壓力回路閉環(huán)控制。通過(guò)計(jì)算輸出的脈沖量，該控制器可以對(duì)輸出體積量實(shí)行開環(huán)控制。
　　
　　DGN多功能液壓加載控制裝置能夠提供三軸儀試驗(yàn)系統(tǒng)所需的三種控制方式：
　　（1）軸壓和軸向位移控制。
　　（2）室壓控制
　　（3）后壓及測(cè)量容積變化控制。
　　
　　2.3特性
　　
　　DGN液壓加載控制器的控制技術(shù)參數(shù)：
　　該控制器有兩種速度模式控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行：
　　1．高速模式方式：
　　步進(jìn)電機(jī)速度：1000步/s
　　運(yùn)用在將壓力缸中加液和排空階段。
　　2．低速模式方式：
　　步進(jìn)電機(jī)速度：500步/s
　　運(yùn)用于正常壓力輸出控制階段。
　　最大壓力輸出：3Mpa
　　步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角產(chǎn)生壓力缸中的體積變化量是0.5mm3
　　排空速度：1000x0.5mm2/s=500mm3/s
　　供電電壓220v，A.C，50Hz．單相三線制，電流：2A。
　　壓力持感器的精度誤差：滿量程的0.1％
　　體積變化控制精度謀差；壓力缸總?cè)莘e的0.1%
　　體積變化的分辨率：0.5mm3
　　換算成步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一步，活塞移動(dòng)的距離為=4x10-4mm
　　滾珠絲桿的螺距為5mm，換算成絲桿旋轉(zhuǎn)一圈步進(jìn)電機(jī)需運(yùn)行的步數(shù)為1.25x10-4
　　
　　2.4三軸儀的簡(jiǎn)介
　　
　　三軸位系統(tǒng)是用于分析土壤及巖土特性的儀器沒(méi)備，它能夠測(cè)試巖土強(qiáng)度及抗剪切能力，測(cè)定在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度．然后根據(jù)三個(gè)以上試件，在不同周圍壓力下測(cè)得的抗剪強(qiáng)度，利用用莫爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。
　　它有以下功能特性
　　1.可自動(dòng)進(jìn)行面積校正。
　　2．孔壓通過(guò)連接在基座上的孔壓傳感器測(cè)量。
　　3.體積變化測(cè)量分辨率為1mm2。
　　4.摩擦影響通過(guò)三軸壓力室中的水下荷載傳感器測(cè)量軸向力而消除。偏應(yīng)力通過(guò)計(jì)算機(jī)校正。
　　5.軸向位移通過(guò)兩種方式測(cè)量一直接通過(guò)位移傳感器測(cè)量和間接通過(guò)壓力室內(nèi)體積變化測(cè)量。
　　6.典型的試驗(yàn)可在壓縮或拉伸試驗(yàn)中采用應(yīng)變或應(yīng)力控制。
　　7.可完成應(yīng)力路徑試驗(yàn)。
　　8.通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的3Mpa/200cc壓力/體積控制器或高級(jí)的2Mpa/200cc壓力體積控制器上的遠(yuǎn)程反饋模塊(RFM)來(lái)完成數(shù)據(jù)采集。
　　9.控制軟件可顯示3個(gè)實(shí)時(shí)圖形和1個(gè)數(shù)據(jù)窗口。
　　它由三臺(tái)DGN液壓加載控制器提供三軸儀壓力室X，Y，Z三個(gè)方向的加載力。這一裝置包括壓力室，圍壓、軸力、孔隙水壓和孔隙氣壓的生成與控制器，及數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)控制器件，同時(shí)還配備軸力、變形量測(cè)和軸平移吸力控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)為：使試樣頂端與可用以提供氣壓(ua)的壓力生成裝置相連，底端與孔隙水壓力生成裝置相接，用以通過(guò)透水陶瓷板提供水壓(uw)。透水陶瓷板的特點(diǎn)是允許水自由進(jìn)出，而氣相則需在壓強(qiáng)超過(guò)透水陶瓷板的最大吸力值pcs后才能通過(guò)。據(jù)此控制試樣內(nèi)部的吸力。
　　
　　工程實(shí)踐中遇到的土有許多是非飽和土．其性狀并不符合經(jīng)典飽和力學(xué)的原理和概念。例如，雖然所遇到的天然土體通常處于飽和狀態(tài)，但與工程建設(shè)相關(guān)土體則常因一些工程措施的采用(如降水加固等)而處于種人工非飽和狀態(tài)。此外，國(guó)內(nèi)有許多易于引發(fā)工程事故的問(wèn)題土，如濕陷性黃土和膨脹土等。均為典型的非飽和土。對(duì)于與以上土質(zhì)相關(guān)的工程問(wèn)題，均可借助非飽和土力學(xué)予以研究。飽和土三軸儀試驗(yàn)系統(tǒng)是用于巖土工程實(shí)驗(yàn)的大型試驗(yàn)設(shè)備。它也是結(jié)構(gòu)與巖土工程項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)。在非飽和土力學(xué)的教學(xué)和科研都有很大的需要。
　　非飽和士是由土顆粒(固相)、孔隙永(液相)、孔隙氣(氣相)和液-氣交界面構(gòu)成的四相體系。吸力是影響非飽和土力學(xué)性態(tài)的關(guān)鍵因素，控制吸力技術(shù)則成為決定試驗(yàn)成畋的關(guān)鍵。試驗(yàn)方法主要有：軸平移技術(shù)、滲析技術(shù)和相對(duì)濕度控制方法。
　　在非飽和土三軸儀試驗(yàn)系統(tǒng)中，包括應(yīng)力路徑室一套．DGN多功能液壓加載控制裝置數(shù)字式空氣壓力/體積控制器，數(shù)據(jù)采集板和轉(zhuǎn)換器．用于數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制的GDSLAB模塊軟件，內(nèi)置式水下荷重傳感器和其它輔助元器件等。
　　
　　3.DGN液壓加載控制器的應(yīng)用
　　
　　DGN液壓加載控制器是三軸儀系統(tǒng)的重要組成部分。標(biāo)準(zhǔn)的三軸儀系統(tǒng)由三套液壓利氣壓加載控制器構(gòu)成，提供試驗(yàn)加載動(dòng)力。DGN液壓加載控制器是由微電腦控制的液壓加載裝置，它能控制和測(cè)量水壓，測(cè)量體積變化。
　　特征：
　　1.壓力量程為3Mpa，可選擇lMpa，2Mpa，3Mpa以保護(hù)低量程的設(shè)備。體積容量是200cc。
　　2.通過(guò)閉合同路微處理器控制水壓至1Kpa。
　　3.鍵盤功能包括TARGET(目標(biāo)值)，RAMP(線性蠕變和壓力或體積的循環(huán)變化)，加上快速裝填和排空液壓腔。
　　4.體積變化測(cè)量和顯示至0.001mm2(0.001cc)。
　　5.重簧輕(14Kg)、占用面積小(600x230mm)。
　　6.用戶界面是16位鍵盤和液晶顯示。
　　7.可選擇RS232計(jì)算機(jī)串口，用于計(jì)算機(jī)控制和采集壓力和體積變化。
　　8.可選抒模擬串口，使數(shù)據(jù)采集器可輸出壓力和體積變化值。
　　9.控制器提供超過(guò)預(yù)設(shè)壓力和體積的自動(dòng)保護(hù)功能。
　　10.為傳統(tǒng)的土力學(xué)試驗(yàn)室提供低成本的壓力源和體積變化測(cè)量計(jì)。
　　DNG液壓加載控制器能夠代替試驗(yàn)室中傳統(tǒng)的壓力源，如永銀柱，靜負(fù)載儀，空壓機(jī)和液壓油泵等設(shè)備。它提供容積變化精度達(dá)劐0.001毫升。DNG液壓加載控制器能夠使用在巖士試驗(yàn)室中做為一個(gè)壓力源和容積變化測(cè)量器。例如：它是一個(gè)理想的備壓源。能夠測(cè)量測(cè)試樣品的體積變化量。通過(guò)控制面板設(shè)定參數(shù)，DNG液壓加載控制器能夠提供壓力或體積的線性蠕變和循環(huán)變化。它也能用于恒速流體的滲透性試驗(yàn)。它帶有和計(jì)算機(jī)通訊的232接口，通過(guò)應(yīng)用軟件可以由電腦直接控制。
　　
　　4.本文總結(jié)
　　
　　本文首先介紹了了DGN液壓加載控制器組成和原理。DNG液壓加載控制器是由單片機(jī)控制器，步進(jìn)電機(jī)，絲杠，液壓缸和壓力傳感器組成。然后介紹了DGN液壓加載控制器特性。接著介紹了三軸儀的組成。三軸儀是應(yīng)用于研土測(cè)試的重要儀器，可以獲得多種所需的土壤特性。對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的設(shè)計(jì)和施工提供必須的理論數(shù)據(jù)。最后介紹DGN液壓加載控制器的應(yīng)用，DGN液壓加載控制器是三軸儀系統(tǒng)的重要組成部分，它是三軸儀系統(tǒng)的動(dòng)力源。