CN104764666A - 高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，包括四柱测试台面、高频及大吨位组合油缸、伺服液压控制系统、全自动程控系统、裂隙演化图像采集及频率分析系统、过载保护系统、影像显示系统和相关仪器仪表，高频及大吨位组合油缸包括高频冲击油缸及大吨位压力油缸。本发明通过组合式油泵、组合式液压缸、组合式高低频频率监测设备的集成，来实现煤岩体及相似材料试件在压裂全过程中的力学特性、裂隙演化特征、裂纹多尺度分形特征、频率变化特征的观测与监测，从微观角度对瓦斯通道的时空演化规律开展相应的研究，为煤与瓦斯共采理论与技术提供了实验基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验台，具体涉及一种高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台。
背景技术
煤层开采过程中，上覆煤岩层在受开采扰动影响下发生弯曲破裂，为瓦斯运移提供了通道，但对整个煤岩体进行裂隙演化力学特性、分形特征、能量耗散特征及频率变化特征开展测试几乎不可能。而目前已有的固定频率岩石力学实验压力机，其只能满足压制成型煤样与岩样及原煤、型煤试件抗压强度的粗略测试，而对压裂整个过程的相关测试任然无法完成。通过查阅近期国内外相关文献，研究煤岩体试件及相似材料试件在压缩过程中其裂隙演化的力学特性、分形特征、能量耗散特征及频率变化特征，是一种开展对整个岩层各方面特征研究行之有效的方法之一，同时为瓦斯运移通道的时空演化规律研究提供了基础。因此，研发一套高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，是开展煤岩体及相似材料试件在不同冲击频率、不同成型压力、不同压力、不同脉冲频率下，试件压裂全过程中其裂隙演化特征实验的主要手段之一。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，通过组合式油泵、组合式液压缸、组合式高低频频率监测设备的集成，来实现煤岩体及相似材料试件在压裂全过程中的力学特性、裂隙演化特征、裂纹多尺度分形特征、频率变化特征的观测与监测，从微观角度对瓦斯通道的时空演化规律开展相应的研究，为煤与瓦斯共采理论与技术提供了实验基础。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，包括四柱测试台面、高频及大吨位组合油缸、伺服液压控制系统、全自动程控系统、裂隙演化图像采集及频率分析系统、过载保护系统、影像显示系统和相关仪器仪表，高频及大吨位组合油缸包括高频冲击油缸及大吨位压力油缸，
高频冲击油缸包括直径为50mm的油缸，实验台工作过程中在伺服液压控制系统及全自动程控系统的控制下能够快速下压，对试件施加实验规定的冲击力，以此达到具有实验要求抗压强度及致密性的试件，在高频冲击油缸的外部包裹有直径为195mm的大吨位压力油缸，该油缸同样由工作时伺服液压控制系统及全自动程控系统的控制，实验过程中缓慢下压，当接触试件后，能够做到保证压力及保压条件下的持续下压，能够制作出满足开展实验的型煤及型岩试件。
PLC全自动程控系统，包括PLC程序控制面板上设置的手动控制、自动控制，并以及用于显示油缸输出力度及推头施加力度的显示屏；
光电保护装置，用于针对高频缸冲击过程中的安全问题当有物体遮住外界光线后，整个系统自动闭锁；
油温报警装置，用于在实验过程中对液压站中的油温进行监测，保证液压站的正常运行；
自动闭锁装置，用于保证实验台周围物体及人员的安全，若在测试台压力缸下压过程中在有效工作台面内的任意点试件除外有物体，压力缸会自动停止工作并报警；
裂隙演化图像采集及频率分析系统包括裂隙演化观测装置BBC高速摄像探头和试件故有频率及压裂过程中试件能量监测装置声发射及TBS示波器监测，用于针对煤岩体试件及相似材料时间压裂全过程裂纹演化及频率变化的监测，以此实现裂隙演化的力学特性、分形特征、能量耗散特征及频率变化特征的实验研究；
过载保护系统包括电流表、电压表、温控表指液压油温过载保护装置；
相关仪器仪表包括电流表、电压表、温控表。
其中，所述四柱测试台面主体机架尺寸为750mm×750mm×1800mm。
其中，所述高频冲击油缸的参数要求为：缸径为63mm、杆径为40mm、外径为90mm、有效行程300mm、速度范围为20～400mm/s、额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃、安装方式以前法兰连接并两端缓冲。
其中，所述低频压缩油缸的参数要求为：缸径为160mm、杆径为125mm、外径为206mm、有效行程300mm、下压速度0～20mm/s，额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃、安装方式以前法兰连接并两端缓冲。
本发明具有以下有益效果：
通过组合式油泵、组合式液压缸、组合式高低频频率监测设备的集成，来实现煤岩体及相似材料试件在压裂全过程中的力学特性、裂隙演化特征、裂纹多尺度分形特征、频率变化特征的观测与监测，从微观角度对瓦斯通道的时空演化规律开展相应的研究，为煤与瓦斯共采理论与技术提供了实验基础。
附图说明
图1为本发明实施例的局部结构示意图。
图2为本发明实施例中全自动程控系统的结构示意图。
图3为本发明实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，本发明实施例提供了高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，包括四柱测试台面1、高频及大吨位组合油缸、伺服液压控制系统3、全自动程控系统4、裂隙演化图像采集及频率分析系统5、过载保护系统、影像显示系统和相关仪器仪表，高频及大吨位组合油缸包括高频冲击油缸2及大吨位压力油缸6，
高频冲击油缸(2)包括直径为50mm的油缸，实验台工作过程中在伺服液压控制系统(3)及全自动程控系统(4)的控制下能够快速下压，对试件施加实验规定的冲击力，以此达到具有实验要求抗压强度及致密性的试件，在高频冲击油缸(2)的外部包裹有直径为195mm的大吨位压力油缸(6)，该油缸同样由工作时伺服液压控制系统(3)及全自动程控系统(4)的控制，实验过程中缓慢下压，当接触试件后，能够做到保证压力及保压条件下的持续下压，能够制作出满足开展实验的型煤及型岩试件。
PLC全自动程控系统，包括PLC程序控制面板上设置的手动控制、自动控制，并以及用于显示油缸输出力度及推头施加力度的显示屏；
光电保护装置，用于针对高频缸冲击过程中的安全问题当有物体遮住外界光线后，整个系统自动闭锁；
油温报警装置，用于在实验过程中对液压站中的油温进行监测，保证液压站的正常运行；
自动闭锁装置，用于保证实验台周围物体及人员的安全，若在测试台压力缸下压过程中在有效工作台面内的任意点试件除外有物体，压力缸会自动停止工作并报警；
裂隙演化图像采集及频率分析系统5包括裂隙演化观测装置BBC高速摄像探头和试件故有频率及压裂过程中试件能量监测装置声发射及TBS示波器监测，用于针对煤岩体试件及相似材料时间压裂全过程裂纹演化及频率变化的监测，以此实现裂隙演化的力学特性、分形特征、能量耗散特征及频率变化特征的实验研究；
过载保护系统包括电流表、电压表、温控表指液压油温过载保护装置；
相关仪器仪表包括电流表、电压表、温控表。
所述四柱测试台面1主体机架尺寸为750mm×750mm×1800mm。所述高频冲击油缸的参数要求为：缸径为63mm、杆径为40mm、外径为90mm、有效行程300mm、速度范围为20～400mm/s、额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃。所述低频压缩油缸的参数要求为：缸径为160mm、杆径为125mm、外径为206mm、有效行程300mm、下压速度0～20mm/s，额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃、安装方式以前法兰连接并两端缓冲。
本具体实施高频冲击缸的工作流程为：原位→快速下降→冲击试件下降速度≤0.5s)→快速返回至原位→停止。
低频压缩缸的工作流程为：原位→下降→接触试件→设定压力位置→可保压停留→上升至原位或指定位置→停止。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，其特征在于，包括四柱测试台面(1)、高频及大吨位组合油缸、伺服液压控制系统(3)、全自动程控系统(4)、裂隙演化图像采集及频率分析系统(5)、过载保护系统、影像显示系统和相关仪器仪表，高频及大吨位组合油缸包括高频冲击油缸(2)及大吨位压力油缸(6)，
高频冲击油缸(2)包括直径为50mm的油缸，实验台工作过程中在伺服液压控制系统(3)及全自动程控系统(4)的控制下能够快速下压，对试件施加实验规定的冲击力，以此达到具有实验要求抗压强度及致密性的试件，在高频冲击油缸(2)的外部包裹有直径为195mm的大吨位压力油缸(6)，该油缸同样由工作时伺服液压控制系统(3)及全自动程控系统(4)的控制，实验过程中缓慢下压，当接触试件后，能够做到保证压力及保压条件下的持续下压，能够制作出满足开展实验的型煤及型岩试件。
PLC全自动程控系统，包括PLC程序控制面板上设置的手动控制、自动控制，并以及用于显示油缸输出力度及推头施加力度的显示屏；
光电保护装置(7)，用于针对高频缸冲击过程中的安全问题当有物体遮住外界光线后，整个系统自动闭锁；
油温报警装置，用于在实验过程中对液压站中的油温进行监测，保证液压站的正常运行；
自动闭锁装置，用于保证实验台周围物体及人员的安全，若在测试台压力缸下压过程中在有效工作台面内的任意点(试件除外)有物体，压力缸会自动停止工作并报警；
裂隙演化图像采集及频率分析系统(5)包括裂隙演化观测装置(BBC高速摄像探头)和试件故有频率及压裂过程中试件能量监测装置(声发射及TBS示波器监测)，用于针对煤岩体试件及相似材料时间压裂全过程裂纹演化及频率变化的监测，以此实现裂隙演化的力学特性、分形特征、能量耗散特征及频率变化特征的实验研究；
过载保护系统包括电流表、电压表、温控表(指液压油温)过载保护装置；
相关仪器仪表包括电流表、电压表、温控表。
2.根据权利要求1所述的高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，其特征在于，所述四柱测试台面(1)主体机架尺寸为750mm×750mm×1800mm。
3.根据权利要求1所述的高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，其特征在于，所述高频冲击油缸的参数要求为：缸径为63mm、杆径为40mm、外径为90mm、有效行程300mm、速度范围为20～400mm/s、额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃、安装方式以前法兰连接并两端缓冲。
4.根据权利要求1所述的高低频冲击力学及频率综合测试一体化实验台，其特征在于，所述低频压缩油缸的参数要求为：缸径为160mm、杆径为125mm、外径为206mm、有效行程300mm、下压速度0～20mm/s，额定压力32Mpa、工作环境温度0～40℃、安装方式以前法兰连接并两端缓冲。
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