卸压窗口可调型三轴加载样品缸及其实验方法技术

卸压窗口可调型三轴加载样品缸，包括上加载头、下加载头、四方体样品缸、卸压窗口调节系统和加压系统，四方体样品缸包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板，四方体样品缸的顶部敞口，后侧板、右侧板和底板一体成型，底板的下表面固定连接在下加载头的上表面，左侧板沿左右方向滑动连接在底板的上侧面，前侧板为左右伸缩的两级板，前侧板设在左侧板与右侧板之间，前侧板沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，卸压窗口调节系统安装在左侧板上，左侧板的左侧面和前侧板的前侧面分别连接有若干液压推拉机构，各个液压推拉机构分别与加压系统连接。本发明专利技术设计科学、结构合理、能够在三轴方向对样品加载、可单侧卸压并调节卸压窗口大小。

Three-axis loading sample cylinder with adjustable pressure relief window and its experimental method

The pressure relief window adjustable triaxial loading sample cylinder includes the upper loading head, the lower loading head, the tetragonal sample cylinder, the pressure relief window adjusting system and the pressure system. The tetragonal sample cylinder includes the front side plate, the rear side plate, the left side plate, the right side plate and the bottom plate, the top opening of the tetragonal sample cylinder, the rear side plate, the right side plate and the bottom plate are formed in one body, and the bottom surface of the bottom plate is fixed connected to the lower loading. On the upper surface of the head, the left side plate slides along the left and right directions and connects to the upper side of the bottom plate. The front side plate is a two-stage plate with left and right expansion. The front side plate is located between the left side plate and the right side plate. The front side plate slides along the front and rear directions and connects to the upper side of the bottom plate. The pressure relief window regulating system is installed on the left side plate. The left side of the left side plate and the front side of the front side plate are connected with several hydraulic push-pull respectively. The mechanism and each hydraulic push-pull mechanism are respectively connected with the pressure system. The invention has the advantages of scientific design, reasonable structure, loading sample in three axes direction, unilateral pressure relief and adjusting the size of pressure relief window.

【技术实现步骤摘要】
卸压窗口可调型三轴加载样品缸及其实验方法
本专利技术涉及煤岩样品三轴加载单侧卸压破坏特征测试实验
，具体的说，涉及一种卸压窗口可调型三轴加载样品缸及其实验方法。
技术介绍
我国煤矿地质条件复杂，尤其是随着煤矿开采深度的增加，煤矿灾害事故的强度、频度增大。为此，加强煤岩破坏特征及破坏机理的研究，对提高煤矿灾害事故预测的准确度，减少煤矿事故的发生具有重要意义。为了对煤岩破坏特征、破坏机理进行研究，一些学者分别采用理论分析、数值模拟、实验室测试、现场测试等方法开展相关研究。经过长期的研究证实：实验室测试和现场测试结果更接近于生产实际。但是，由于煤矿灾害发生时间的不确定性、突发性以及发生条件的不可控性等特点，在现场很难对一次完整的破坏过程进行测试，并进行针对性分析。为此，对于煤岩破坏特征的研究，主要是以实验室研究为主。煤矿事故的发生大多是由于采掘活动的影响，造成煤岩一侧突然卸压、不均匀卸压，导致大量煤岩体在应力、瓦斯、煤体结构综合作用下从卸压侧大量涌入采掘空间。为此诸多学者开展了大量卸围压、卸轴压的实验测试，但是这些测试装置并不能测试煤岩单侧卸压时的破坏特征。为此，迫切需要一种能对单侧卸压时破坏特征，尤其是不同卸压窗口大小条件下的破坏特征进行测试的装置，这对研究煤与瓦斯突出过程煤岩破坏特征，尤其是深部煤岩破坏特征具有重要的指导，对揭示深部煤矿煤与瓦斯突出机理具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种设计科学、结构合理、能够在三轴方向对样品加载、可单侧卸压并调节卸压窗口大小的卸压窗口可调型三轴加载样品缸及其实验方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：卸压窗口可调型三轴加载样品缸，包括上加载头、下加载头、四方体样品缸、卸压窗口调节系统和加压系统，上加载头、下加载头和四方体样品缸均垂直设置，四方体样品缸包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板，四方体样品缸的顶部敞口，前侧板、后侧板、左侧板和右侧板均垂直设置，底板水平设置，后侧板、右侧板和底板一体成型，底板的下表面固定连接在下加载头的上表面，左侧板的下侧边沿左右方向滑动连接在底板的上侧面，前侧板为左右伸缩的两级板，前侧板设在左侧板与右侧板之间，前侧板的下侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，卸压窗口调节系统安装在左侧板上，卸压窗口调节系统包括垂直控制窗口和水平控制窗口，垂直控制窗口和水平控制窗口均开设在左侧板内中部，垂直控制窗口设在水平控制窗口的右侧，垂直控制窗口的中间部分和水平控制窗口的中间部分左右对应贯通，垂直控制窗口内设有一块上竖直平板和一块下竖直平板，上竖直平板和下竖直平板相对垂直滑动在垂直控制窗口内，水平控制窗口内设有一块前竖直平板和一块后竖直平板，前竖直平板和后竖直平板相对前后水平滑动在水平控制窗口内，左侧板上设有分别驱动上竖直平板和下竖直平板上下垂直滑动的垂直动力机构、驱动前竖直平板和后竖直平板前后水平滑动的水平动力机构，左侧板的左侧面和前侧板的前侧面分别连接有若干液压推拉机构，各个液压推拉机构分别与加压系统连接。前侧板包括左滑动板和右滑动板，右滑动板的下侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，右滑动板的内部开设有滑槽盲孔，滑槽盲孔沿左右方向设置且左侧敞口，左滑动板的右侧伸入到滑槽盲孔中且沿左右方向滑动连接在滑槽盲孔中，左滑动板的右侧边与滑槽盲孔内底部之间连接有压缩弹簧，左滑动板的左侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面。上竖直平板和下竖直平板的左右两侧边之间分别对应连接有一根垂直拉伸弹簧，前竖直平板和后竖直平板的上下两侧边之间分别对应连接有一根水平拉伸弹簧。垂直控制窗口和水平控制窗口均为开设在左侧板内部的槽型导轨，垂直动力机构包括上旋转圆柱和下旋转圆柱，上旋转圆柱和下旋转圆柱的中心线均与左侧板的左侧面垂直，上旋转圆柱转动安装在垂直控制窗口正上方的左侧板上，上旋转圆柱上缠绕有一根上垂直钢丝，上垂直钢丝的下端与上竖直平板的上侧边固定连接，下旋转圆柱转动安装在垂直控制窗口正下方的左侧板上，下旋转圆柱上缠绕有一根下垂直钢丝，下垂直钢丝的上端与下竖直平板的下侧边固定连接；水平动力机构包括前旋转圆柱和后旋转圆柱，前旋转圆柱和后旋转圆柱的中心线均与左侧板的左侧面垂直，前旋转圆柱转动安装在水平控制窗口正前方的左侧板上，前旋转圆柱上缠绕有一根前水平钢丝，前水平钢丝的后端与前竖直平板的前侧边固定连接，后旋转圆柱转动安装在水平控制窗口正后方的左侧板上，后旋转圆柱上缠绕有一根后水平钢丝，后水平钢丝的前端与后竖直平板的后侧边固定连接。左侧板的左侧和前侧板的前侧分别设有左固定架和前固定架，四个沿左右方向上推拉驱动的液压推拉机构的固定端和驱动端分别连接在左固定架的右侧与左侧板的左侧面四周之间，前固定架为与前侧板对应在左右方向伸缩的伸缩架，四个沿前后方向上推拉驱动的液压推拉机构的固定端和驱动端分别连接在前固定架的后侧与左滑动板的前侧面上部、下部和右滑动板的前侧面上部、下部之间。液压推拉机构包括液压油缸，加压系统包括油泵和液压油阀，液压油缸与油泵之间连接有液压管路，液压油阀设在液压管路上。卸压窗口可调型三轴加载样品缸的实验方法，包括以下步骤：（1）检查测试装置的密封性和良好性；（2）将样品装入样品缸：控制压力机的动力机构带动上加载头上升，将制作好的四方体煤岩样品放入四方体样品缸中，四方体煤岩样品上侧、左侧和前侧内部分别设置有应力测试探头；（3）根据实验方案进行加载参数设置，设置后对样品缸内的四方体煤岩样品进行加载作业；（4）根据实验目的进行卸压窗口的调节；（5）进行卸压过程相关参数测试：各个应力测试探头分别将四方体煤岩样品上侧、左侧和前侧内部的应力值信号传至压力机的试验主机，试验主机处理、分析各个应力测试探头测得的应力值，由于四方体煤岩样品左侧的左侧板具有卸压窗口，则四方体煤岩样品左侧的应力值相对发生突变；（6）测试完成后进行装置整理：停止加载，控制压力机的动力机构带动上加载头上升，左侧的四个液压油缸的活塞杆向左收缩拉动左侧板向左滑动，前侧的四个液压油缸的活塞杆向前收缩拉动前侧板向前滑动，将测试完的四方体煤岩样品从四方体样品缸中取出回收。步骤（3）的具体步骤是：通过压力机的试验主机设置在三轴方向的加载参数，启动加载步骤，压力机的动力机构带动上加载头向下挤压四方体煤岩样品的上表面，启动油泵，油泵通过液压管路向左侧的四个液压油缸提供液压油，通过液压油阀控制左侧的四个液压油缸动作，左侧的四个液压油缸的活塞杆向右伸出推动左侧板向右滑动，左侧板向右挤压四方体煤岩样品的左侧面，由于前侧板为左右伸缩的两级板，且前侧板设在左侧板与右侧板之间，则左侧板向右滑动时，左侧板推动左滑动板向右滑动伸入右滑动板的滑槽盲孔中，使前侧板向右收缩，然后，油泵通过液压管路向前侧的四个液压油缸提供液压油，通过液压油阀控制前侧的四个液压油缸动作，前侧的四个液压油缸的活塞杆向后伸出推动前侧板向后滑动，前侧板向后挤压四方体煤岩样品的前侧面，保持加载力恒定。步骤（4）的具体步骤是：首先，分别旋转上旋转圆柱和下旋转圆柱，使上垂直钢丝向上缠绕在上旋转圆柱上，上垂直钢丝的下端拉动上竖直平板沿垂直控制窗口向上滑动，对应的，下垂直钢丝向下缠绕在下旋转圆柱上，下垂直钢丝的上端拉动下竖直平板沿垂直控制窗口向下滑动，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：包括上加载头、下加载头、四方体样品缸、卸压窗口调节系统和加压系统，上加载头、下加载头和四方体样品缸均垂直设置，四方体样品缸包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板，四方体样品缸的顶部敞口，前侧板、后侧板、左侧板和右侧板均垂直设置，底板水平设置，后侧板、右侧板和底板一体成型，底板的下表面固定连接在下加载头的上表面，左侧板的下侧边沿左右方向滑动连接在底板的上侧面，前侧板为左右伸缩的两级板，前侧板设在左侧板与右侧板之间，前侧板的下侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，卸压窗口调节系统安装在左侧板上，卸压窗口调节系统包括垂直控制窗口和水平控制窗口，垂直控制窗口和水平控制窗口均开设在左侧板内中部，垂直控制窗口设在水平控制窗口的右侧，垂直控制窗口的中间部分和水平控制窗口的中间部分左右对应贯通，垂直控制窗口内设有一块上竖直平板和一块下竖直平板，上竖直平板和下竖直平板相对垂直滑动在垂直控制窗口内，水平控制窗口内设有一块前竖直平板和一块后竖直平板，前竖直平板和后竖直平板相对前后水平滑动在水平控制窗口内，左侧板上设有分别驱动上竖直平板和下竖直平板上下垂直滑动的垂直动力机构、驱动前竖直平板和后竖直平板前后水平滑动的水平动力机构，左侧板的左侧面和前侧板的前侧面分别连接有若干液压推拉机构，各个液压推拉机构分别与加压系统连接。...

【技术特征摘要】
1.卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：包括上加载头、下加载头、四方体样品缸、卸压窗口调节系统和加压系统，上加载头、下加载头和四方体样品缸均垂直设置，四方体样品缸包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板，四方体样品缸的顶部敞口，前侧板、后侧板、左侧板和右侧板均垂直设置，底板水平设置，后侧板、右侧板和底板一体成型，底板的下表面固定连接在下加载头的上表面，左侧板的下侧边沿左右方向滑动连接在底板的上侧面，前侧板为左右伸缩的两级板，前侧板设在左侧板与右侧板之间，前侧板的下侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，卸压窗口调节系统安装在左侧板上，卸压窗口调节系统包括垂直控制窗口和水平控制窗口，垂直控制窗口和水平控制窗口均开设在左侧板内中部，垂直控制窗口设在水平控制窗口的右侧，垂直控制窗口的中间部分和水平控制窗口的中间部分左右对应贯通，垂直控制窗口内设有一块上竖直平板和一块下竖直平板，上竖直平板和下竖直平板相对垂直滑动在垂直控制窗口内，水平控制窗口内设有一块前竖直平板和一块后竖直平板，前竖直平板和后竖直平板相对前后水平滑动在水平控制窗口内，左侧板上设有分别驱动上竖直平板和下竖直平板上下垂直滑动的垂直动力机构、驱动前竖直平板和后竖直平板前后水平滑动的水平动力机构，左侧板的左侧面和前侧板的前侧面分别连接有若干液压推拉机构，各个液压推拉机构分别与加压系统连接。2.根据权利要求1所述的卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：前侧板包括左滑动板和右滑动板，右滑动板的下侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面，右滑动板的内部开设有滑槽盲孔，滑槽盲孔沿左右方向设置且左侧敞口，左滑动板的右侧伸入到滑槽盲孔中且沿左右方向滑动连接在滑槽盲孔中，左滑动板的右侧边与滑槽盲孔内底部之间连接有压缩弹簧，左滑动板的左侧边沿前后方向滑动连接在底板的上侧面。3.根据权利要求2所述的卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：上竖直平板和下竖直平板的左右两侧边之间分别对应连接有一根垂直拉伸弹簧，前竖直平板和后竖直平板的上下两侧边之间分别对应连接有一根水平拉伸弹簧。4.根据权利要求3所述的卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：垂直控制窗口和水平控制窗口均为开设在左侧板内部的槽型导轨，垂直动力机构包括上旋转圆柱和下旋转圆柱，上旋转圆柱和下旋转圆柱的中心线均与左侧板的左侧面垂直，上旋转圆柱转动安装在垂直控制窗口正上方的左侧板上，上旋转圆柱上缠绕有一根上垂直钢丝，上垂直钢丝的下端与上竖直平板的上侧边固定连接，下旋转圆柱转动安装在垂直控制窗口正下方的左侧板上，下旋转圆柱上缠绕有一根下垂直钢丝，下垂直钢丝的上端与下竖直平板的下侧边固定连接；水平动力机构包括前旋转圆柱和后旋转圆柱，前旋转圆柱和后旋转圆柱的中心线均与左侧板的左侧面垂直，前旋转圆柱转动安装在水平控制窗口正前方的左侧板上，前旋转圆柱上缠绕有一根前水平钢丝，前水平钢丝的后端与前竖直平板的前侧边固定连接，后旋转圆柱转动安装在水平控制窗口正后方的左侧板上，后旋转圆柱上缠绕有一根后水平钢丝，后水平钢丝的前端与后竖直平板的后侧边固定连接。5.根据权利要求4所述的卸压窗口可调型三轴加载样品缸，其特征在于：左侧板的左侧和前侧板的前侧分别设有左固定架和前固定架，四个沿左右方向上推拉驱动的液压推拉机构的固定端和驱动端分别连接在左固定架的右侧与左侧板的左侧面四周之...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾炳，黄战峰，万祥云，苗向医，孙兰会，彭荣富，田好敏，王文军，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41