多功能高开口真三轴刚性试验机制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能高开口真三轴刚性试验机，涉及岩石材料力学领域。具体结构如下：主机加载系统采用四柱立式结构，加压方式为上压式；移动工作台包括移动平台与两条导轨，移动工作台沿前后方向移动；围压装置为四边等距方框结构，包括围压框，围压框四边中间分别安装有四个围压活塞油缸；液压系统包括液压支架冲击试验系统、轴压加载系统、围压加载系统、压机刚性机架预紧系统、辅助动作系统；电气控制系统包括电机控制系统、PLC控制系统、试验机检测系统及计算机数据采集及分析系统。所有部件通过管路及电气装置连接为一个整体。本发明专利技术可满足大型液压支架偏载、点载、动载性能试验、大型岩体真三轴变形和压裂试验及大型岩样单轴压缩变形试验研究。样单轴压缩变形试验研究。样单轴压缩变形试验研究。

【技术实现步骤摘要】
多功能高开口真三轴刚性试验机


[0001]本专利技术涉及岩石材料力学领域，具体为一种多功能高开口真三轴刚性试验机。

技术介绍

[0002]岩石力学的发展始终是伴随着试验机的发展而逐渐和材料力学独立，并发展、成长和成熟的。早期，岩石力学的实验完全采用普通的材料力学试验机，但随着之后刚性试验机原理的发现和刚性试验机的诞生、三轴围压试验机的研制、真三轴试验机的研制以及大量相关试验研究，岩体的许多鲜为人知的特性被揭示出来。从而，大大推动了岩石力学学科的发展，并成为对国民经济有重要影响的新兴学科。
[0003]一方面，随着人类对深部资源能源开发工程的迅速发展，迫切需要了解深部岩体的特性，例如煤矿深部岩层特性、高温岩体地热资源开采、金属矿山资源、煤炭地下页岩油、页岩气开采的力学性能特征等。但是，复杂状态下岩石的强度特征及其破坏行为一直以来都是采矿工程及相关领域中异常复杂且非常重要的研究课题之一。虽然国内外现有的试验机压力压强也很高，但试样尺寸很小，且功能单一，对于岩石的真三轴变形和压裂试验研究急需大型试验设备提供试验数据的支撑，国外许多岩石研究机构也提出了相似设备迫切要求。
[0004]另一方面，液压支架作为综采工作面的关键支护设备，在煤矿生产中的地位非常重要，在新的液压支架确定使用之前，必须对支架的整架及主体结构件的各种工况性能进行非常严格的检测试验，但对特大型液压支架的静态、偏载、动态特性的大型试验国内尚无试验设备。因此，国家急需研制新型大型液压支架试验机，以便高效准确地对液压支架进行检测试验，从而保证其设计和制造质量，提高液压支架的综合性能。
[0005]目前，国内生产的岩石三轴试验机主要分为常规三轴试验机和真三轴试验机两大类。根据不同研究目的，在此基础上又派生出了具有蠕变、静动态、高低温、渗透等功能的三轴试验机或附有剪切功能的复合试验机等。但是经过研究，发现各种试验机均有其对应的优缺点，综合发现各种试验机的试验精度还不够高，功能不够全面，而且多数试验机还这没有针对大吨位岩石的加载实验能力，所以需要开发新型的岩石刚性实验机。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有的试验机的试验精度不够高、功能不够全面而且还没有针对大吨位岩石的加载实验能力的问题，提供了一种多功能高开口真三轴刚性试验机。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种多功能高开口真三轴刚性试验机，包括主机加载系统、移动工作台、围压装置、液压系统、电气控制系统及操作台，所有部件通过管路及电气装置连接为一个整体；所述液压系统、电气控制系统及操作台均位于地面上，一般会安置于与试验机相应的位置。
[0008]所述主机加载系统采用四柱立式结构，加压方式为“上压式”，即压头由上向下运动对式样加压；主机加载系统包括顶梁、可升降上横梁、下横梁、滑块、立柱、支座及旋转套、
锁紧螺母、主油缸、侧油缸、预紧缸，所述顶梁、可升降上横梁、下横梁、立柱通过旋转套及锁紧螺母紧固形成封闭受力框架；所述滑块安装在可升降上横梁与下横梁之间，所述可升降上横梁的四角通过旋转套与立柱连接；所述滑块与主油缸的活塞杆、侧油缸的柱塞杆通过对开法兰连接，且依靠四根立柱作为导向上下运动；所述滑块的下表面设有通孔与螺孔，以便于压制垫板的安装；所述主油缸成环形布置安装于可升降上横梁下表面保证了大面积滑块均匀承载。所述主油缸为四个主柱塞缸，所述侧油缸为两个主活塞缸，所述主柱塞缸的缸体依靠缸口台肩及锁紧螺母紧固于可升降上横梁中间、活塞杆下端通过对开法兰与滑块连接，实现给滑块加压、快速回程运动。所述主活塞缸的缸体通过缸口台肩及锁紧螺母紧固于可升降上横梁两侧、柱塞杆通过对开法兰与滑块连接，实现滑块快速下行。
[0009]所述可升降上横梁通过四个独立的电机减速机分别驱动，完成可升降上横梁的上下移动；所述四个电机减速机由四台变频器驱动，通过四角高度检测及输出转矩检测，实现可移动上梁的自如升降。四个立柱上部为螺杆结构；所述可升降上横梁包括上梁、油缸、上平台及围栏、上液压站及其管路，所述上梁上表面为上平台且设置围栏，所述上液压站位于上平台上、且其上设置有由24个100L的蓄能器。
[0010]所述移动工作台包括移动平台与两条导轨，移动工作台沿前后方向移动，所述导轨与主机加载系统的位置相应，可以使移动平台移入试验机内；所述移动平台上安装驱动电机与减速机、平台下四角装设有行走车轮、且通过齿轮轴及齿轮驱动移动平台在两条导轨上移动；四个立柱的下边内侧安装有四个顶起缸，且位置与移动平台下的行走车轮的位置相对应，当移动工作台移入移出时，顶起缸顶起，形成移动台平整的导轨，当移动台移入到位后顶起缸落下，移动台四个车轮落入顶起落下的位置，移动台下平面与下梁上平面贴合，移动台承受最大轴向压力。
[0011]所述滑块设有滑块行程控制装置，包括行程检测开关及其支架、传感器、位移传感器、行程驱动装置；所述行程检测开关的支架安装在可升降上横梁的左前侧和右后侧；传感器安装在可升降上横梁下表面；所述位移传感器的驱动杆安装在滑块上、通过行程驱动装置将滑块位移传至位移传感器上，为提高测量精度，采用左前、右后位置测量对角位移，取平均值作为滑块的总位移，可大幅消除测量误差。
[0012]所述围压装置为四边等距方框结构，包括围压框，所述围压框四边中间分别安装有四个围压活塞油缸，所述围压活塞油缸由液压系统驱动伸出和退回。围压加载装置独立设计，可置于移动工作台上，随移动工作台移入或移出至试验机内；在试验机外可根据试验要求安装试验试样，并安装试验压块。安装完成后由移动工作台移入至试验机内。
[0013]所述液压系统包括液压支架冲击试验系统、轴压加载系统、围压加载系统、压机刚性机架预紧系统、辅助动作系统；所述液压支架冲击试验系统采用上横梁上的24个100L的蓄能器进行试验，由主泵对蓄能器充液，且根据支架速度压力特性要求，由比例插装阀控制蓄能器放油速度，实现液压支架的冲击动载试验；采用蓄能器系统可大幅降低试验机装机功率，同时满足液压支架试验高压大流量的要求。所述轴压加载系统采用Moog伺服阀进行电液伺服控制通过分辨率为0.001mm的MTS磁致伸缩位移传感器检测滑块位移，通过压力传感器检测轴压缸压力，实现轴压的设定位移及设定压力的闭环控制；所述围压加载系统采用Atos比例压力阀进行围压压力控制，通过分辨率为0.001mm的MTS磁致伸缩位移传感器检测滑块位移，通过压力传感器检测围压缸压力，实现两向围压设定压力的闭环控制；所述压
机刚性机架预压系统采用增压器系统实现刚性预压系统与轴向加载压力的随动。
[0014]所述液压系统的工作由油泵电机组控制：（1）试验机轴压加载系统油泵电机组：当工作状态为大流量轴压加载系统时，采用90KW双轴伸电机控制A4VO125DR高压油泵与A10V100DR反转高压油泵工作，为轴压系统提供油源，同时为支架试验蓄能器提供油源；当为控制泵系统时，45KW电机控制A10V100DR恒压变量泵工作，为轴压充液阀及预紧缸辅助动作提供油源；当为轴压加载系统时，采用变频器控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能高开口真三轴刚性试验机，其特征在于：包括主机加载系统、移动工作台、围压装置、液压系统、电气控制系统及操作台，所有部件通过管路及电气装置连接为一个整体；所述液压系统、电气控制系统及操作台均位于地面上；所述主机加载系统采用四柱立式结构，加压方式为“上压式”，即压头由上向下运动对式样加压；包括顶梁、可升降上横梁、下横梁、滑块、立柱、支座及旋转套、锁紧螺母、主油缸、侧油缸、预紧缸，所述顶梁、可升降上横梁、下横梁、立柱通过旋转套及锁紧螺母紧固形成封闭受力框架；所述滑块安装在可升降上横梁与下横梁之间，所述可升降上横梁的四角通过旋转套与立柱连接；所述滑块与主油缸的活塞杆、侧油缸的柱塞杆通过对开法兰连接，且依靠四根立柱作为导向上下运动；所述滑块的下表面设有通孔与螺孔；所述主油缸成环形布置安装于可升降上横梁下表面；所述主油缸为四个主柱塞缸，所述侧油缸为两个主活塞缸，所述主柱塞缸的缸体依靠缸口台肩及锁紧螺母紧固于可升降上横梁中间、活塞杆下端通过对开法兰与滑块连接；所述主活塞缸的缸体通过缸口台肩及锁紧螺母紧固于可升降上横梁两侧、柱塞杆通过对开法兰与滑块连接；所述可升降上横梁通过四个独立的电机减速机分别驱动，完成可升降上横梁的上下移动；所述四个电机减速机由四台变频器驱动；四个立柱上部为螺杆结构；所述可升降上横梁包括上梁、油缸、上平台及围栏、上液压站及其管路，所述上梁上表面为上平台且设置围栏，所述上液压站位于上平台上、且其上设置有由24个100L的蓄能器；所述移动工作台包括移动平台与两条导轨，所述导轨与主机加载系统的位置相应，可以使移动平台移入试验机内；所述移动平台上安装驱动电机与减速机、平台下四角装设有行走车轮、且通过齿轮轴及齿轮驱动移动平台在两条导轨上移动；四个立柱的下边内侧安装有四个顶起缸，且位置与移动平台下的行走车轮的位置相对应；所述滑块设有滑块行程控制装置，包括行程检测开关及其支架、传感器、位移传感器、行程驱动装置；所述行程检测开关的支架安装在可升降上横梁的左前侧和右后侧；传感器安装在可升降上横梁下表面；所述位移传感器的驱动杆安装在滑块上、通过行程驱动装置将滑块位移传至位移传感器上；所述围压装置为四边等距方框结构，包括围压框，所述围压框四边中间分别安装有四个围压活塞油缸，所述围压活塞油缸由液压系统驱动伸出和退回；所述液压系统包括液压支架冲击试验系统、轴压加载系统、围压加载系统、压机刚性机架预紧系统、辅助动作系统；所述液压支架冲击试验系统采用上横梁上的24个100L的蓄能器进行试验，由主泵对蓄能器充液，且根据支架速度压力特性要求，由比例插装阀控制蓄能器放油速度，实现液压支架的冲击动载试验；所述轴压加载系统采用Moog伺服阀进行电液伺服控制通过分辨率为0.001mm的MTS磁致伸缩位移传感器检测滑块位移，通过压力传感器检测轴压缸压力，实现轴压的设定位移及设定压力的闭环控制；所述围压加载系统采用Atos比例压力阀进行围压压力控制，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国彪，宋金旺，郭万忠，田利军，杨帆，
申请(专利权)人：晋能控股煤业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：