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原文传递一种煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置和方法

专利名称：	一种煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置和方法
摘要：	本发明公开了一种煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置和方法，属于岩石力学试验设备技术领域。该装置包括底座、设置在底座上的主加载油缸、与底座连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头、冲击作用机构、围压施加机构、送样装置；上压头与下压头之间形成用于放置煤岩试样的夹持空间，主加载油缸的活塞杆对应下压头设置。本发明可实现冲击扰动与围压独立、同步控制，实现在高地应力环境下高冲击力协同作用时的力学响应研究，不仅满足高地应力和高冲击力协同作用下煤岩体的响应特性研究的需求，而且满足不同轴向应力或者不同围压与不同大小、次数冲击力等协同作用要求的试验装置，弥补过去常规岩石试验机在冲击部分的功能缺少。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	太原理工大学
发明人：	冯国瑞;郭军;文晓泽;王朋飞;闫勇敢;钱瑞鹏;李松玉;孙强;郝晨良
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910593080.9
公开号：	CN110296904A
代理机构：	太原市科瑞达专利代理有限公司
代理人：	申艳玲
分类号：	G01N3/36(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	030024 山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号
主权项：	1.一种煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：包括底座、设置在底座上的主加载油缸、与底座连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头、冲击作用机构、围压施加机构、送样装置；上压头与下压头之间形成用于放置煤岩试样的夹持空间，主加载油缸的活塞杆对应下压头设置；所述加载框架由两根横梁和两根纵梁组成，分别为底梁、第一纵梁、第二纵梁、支撑横梁；所述送样装置包括送样小车，送样小车底部设有一对平行的导轨供小车行走；送样小车上方设有支撑座，煤岩试样放置在支撑座的中心下压头的上方，支撑座上设有定位杆；所述冲击作用机构包括：空压机、发射气枪、气压表、子弹、冲击杆、内置速度传感器、钢板；在支撑横梁的上底面和下底面分别固定设置有钢板，支撑横梁的中心设有孔，冲击杆穿过该孔，冲击杆顶部连接发射气枪，子弹从冲击杆内穿过，冲击杆内置有速度传感器，发射气枪与空压机连接；所述围压机构包括：能沿冲击杆轴向移动的围压筒、与围压筒连接的液压升降千斤顶，千斤顶的上端固定于横梁和钢板底部，围压筒的下端设有下压头，正对煤岩试样设置，对应地在围压筒的下端设有与支撑座上的定位杆对应的导向槽，螺栓穿过该槽将围压筒与支撑座固定在一起，能实现单轴加压时的冲击扰动和施加围压的情况下的冲击扰动；所述的轴压和围压的加载机构的控制系统由数据采集、处理系统组成。 2.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述发射气枪通过塑胶软管连接空压机作为动力来源，发射气枪处设有冲击力指示表；空压机采用定制的最大压力为10MP大功率定制空压机，通过空压机的不同气压实现发射气枪发射子弹的不同冲击力，实现对冲击力大小的控制。 3.根据权利要求2所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述发射气枪采用子弹枪口速度较高的气枪，子弹的最大速度为80m/s，能为子弹提供较大的冲击力，最终可施加在煤岩体试件的冲击力的范围为0.1~8MPa。 4.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述冲击杆沿竖直方向布置，在冲击杆的下端，上冲击压头的直径小于冲击杆的内径，上冲击压头内套于冲击杆之中，冲击杆上端贯穿两块钢板和横梁；固定钢板与支撑横梁通过螺栓连接在一起，将冲击杆固定在横梁上。 5.根据权利要求4所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述冲击杆的长度为1.5m。 6.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述上冲击压头内嵌在冲击杆下端口内，在所发射子弹撞击上冲击压头后，由上冲击压头将冲击作用施加于试件。 7.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述的送样装置的导轨上设有固定送样小车的凹槽，导轨固定在加载框架的底梁上。 8.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：所述加载框架，第一纵梁、第二纵梁架立于底梁上，支撑横梁设置在第一纵梁、第二纵梁上，构成矩形框架结构。 9.根据权利要求1所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：该装置的控制系统包括主试验机、EDC控制柜、MOOG阀、伺服加载箱、伺服油源、气泵、计算机控制系统；轴向荷载的施加和控制，采用电液伺服控制，由伺服油源提供动力加载；围压筒的围压加载先通过围压气驱泵对围压筒内的液压油进行加压，待加载至目标值左右后关闭围压气驱泵，再通过计算机操作将围压调到目标值；整个加载过程依照采样程序进行数据采集并处理，采用微机控制，自动记录试验数据。 10.一种煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载方法，采用权利要求1~9任一项所述的煤岩体冲击作用下的伺服三轴加载装置，其特征在于：包括以下步骤：（1）调节好实验设备后，将通过热缩套管把煤岩试件、上下压头连接为一体，之后将三者连接的整体固定在支撑座上，且由送样小车送入预定位置，小车卡入凹槽后开始准备加载试验；（2）需要施加围压时，由电动液压升降千斤顶来控制围压筒的缓慢升降，将围压筒降下，并使得定位杆插入导向槽中，实现围压筒与支撑座的定位，然后由螺栓实现使得围压筒形成密闭腔室；再向围压筒中充液压油，给煤岩试件提供围压；（3）施加冲击作用时打开空压机开始升压，当气压表改装的冲击动力指示表达到预定值时，启动发射气枪发射子弹，射出后高速的子弹沿冲击杆高速运动直至撞击上冲击压头，将冲击动能传递给上冲击压头后由其施加给煤岩试件，完成一次冲击作用；所述发射气枪发射子弹，子弹在冲击杆腔内高速运动，撞击上冲击压头后留在冲击杆内，调解空压机之后发射气枪继续发射第二枚子弹，来实现在不同时间点施加不同大小冲击力；（4）撞击结束后子弹留在冲击杆内，持续工作的空压机继续升压，装填新的子弹，重复步骤（3），准备第二轮冲击作用。
所属类别：	发明专利