CN106124324B - 三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置 - Google Patents

三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，包括电液伺服液压传动系统、柔性组合式多级加载系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统，电液伺服液压传动系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统通过电源线相连，电液伺服液压传动系统包括电液伺服油缸、伺服电机、伺服油泵、电液伺服溢流阀、电液伺服换向阀，柔性组合式多级加载系统包括刚性连接传力推头、多尺度密集组合式弹簧、高延展性橡胶板和可伸缩橡胶围挡。本发明通过将刚性推头、组合弹簧与特柔性橡胶有机组合，从而实现载荷在接触面的均匀分布，同时满足对模型沉降处连续加载的要求，使三维物理相似模拟实验的力学环境与现实更为接近。

Description

三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置
技术领域
本发明涉及一种三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置。
背景技术
目前在实验室开展煤层采动覆岩裂隙演化的三维物理相似模拟实验，其加载方式大多数为刚性加载，即利用一整块钢板或者铁砖分片加载的方式对模型施加轴向的载荷，这种加载方式存在以下缺陷：
(1)无法保证对接触面的每个点施加完全相同的载荷；
(2)无满足对煤层开采覆岩垮落后地表沉降处的同步加载。由于这两个问题的存在，导致实验模型所处的力学环境与实际差别较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，通过将刚性推头、组合弹簧与特柔性橡胶有机组合，从而实现载荷在接触面的均匀分布，同时满足对模型沉降处连续加载的要求，使三维物理相似模拟实验的力学环境与现实更为接近。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，包括电液伺服液压传动系统、柔性组合式多级加载系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统，电液伺服液压传动系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统通过电源线相连，电液伺服液压传动系统包括电液伺服油缸、伺服电机、伺服油泵、电液伺服溢流阀、电液伺服换向阀、比例溢流阀、节流阀，柔性组合式多级加载系统包括刚性连接传力推头、多尺度密集组合式弹簧、高延展性橡胶板和可伸缩橡胶围挡，该系统是装置中的关键关节，主要实现平面载荷的均匀分布及对围岩沉降适应性加载的目的，监控系统包括油泵温度传感器、油液压力传感器、轴向应力传感器和位移传感器和压力表和位移传感器，电液伺服油缸的油缸活塞杆下端连接有刚性连接传力推头，刚性连接传力推头下底面通过多尺度密集组合式弹簧安装有高延展性橡胶板，位移传感器安装在油缸活塞杆上，可伸缩橡胶围挡罩设在高延展性橡胶板外。
优选地，所述全自动程序控制系统用于实现三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置的全自动控制，包括控制多油缸同步升降、控制电液伺服阀的同步开停、控制液压系统载荷输出的大小等。
优选地，所述数据分析反馈系统包括数据分析反馈程序，用于为通过收集监控系统实时采集的数据，通过整理分析反馈系统整体的工作状态，并实现系统空载时的自学习，保证装置运行时的安全可靠。
本发明具有以下有益效果：
通过将刚性推头、组合弹簧与特柔性橡胶有机组合，从而实现载荷在接触面的均匀分布，同时满足对模型沉降处连续加载的要求，使三维物理相似模拟实验的力学环境与现实更为接近。
附图说明
图1为本发明实施例三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置的结构示意图。
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所示，本发明实施例提供了三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，包括电液伺服液压传动系统、柔性组合式多级加载系统、全自动程序控制系统19、监控系统20和数据处理反馈系统21，电液伺服液压传动系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统通过电源线相连，电液伺服液压传动系统包括电液伺服油缸1、伺服电机2、伺服油泵3、电液伺服溢流阀4、电液伺服换向阀5、比例溢流阀15、节流阀16，柔性组合式多级加载系统包括刚性连接传力推头6、多尺度密集组合式弹簧7、高延展性橡胶板8和可伸缩橡胶围挡9，该系统是装置中的关键关节，主要实现平面载荷的均匀分布及对围岩沉降适应性加载的目的，监控系统包括油泵温度传感器11、油液压力传感器12、轴向应力传感器13和位移传感器14和压力表17，电液伺服油缸1的油缸活塞杆下端连接有刚性连接传力推头6，刚性连接传力推头6下底面通过多尺度密集组合式弹簧7安装有高延展性橡胶板8，位移传感器13安装在油缸活塞杆18上，可伸缩橡胶围挡9罩设在高延展性橡胶板8外。
所述全自动程序控制系统用于实现三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置的全自动控制，包括控制多油缸同步升降、控制电液伺服阀的同步开停、控制液压系统载荷输出的大小等。
所述数据分析反馈系统包括数据分析反馈程序，用于为通过收集监控系统实时采集的数据，通过整理分析反馈系统整体的工作状态，并实现系统空载时的自学习，保证装置运行时的安全可靠。
本具体实施三维物理模型搭好后，将三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置移动至模型框架内，开启电液伺服液压传动系统，利用轴向油缸将柔性组合式多级加载系统移动至物理模型平面上方，并与之接触，之后再监控系统中输入需要的轴向载荷数值，开始对三维物理模型进行加载，由位移传感器记录柔性组合式多级加载系统的位移量，实验过程中，模型受实验影响后，其表面会发生下沉变形，利用装置弹簧下所连接的高延展性橡胶板对其下沉部位进行加载力补充，并由安装在柔性推头上的轴向压力传感器对模型下沉引起加载力的变化进行实时监测并进行分析。
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 (3)

1.三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，其特征在于，包括电液伺服液压传动系统、柔性组合式多级加载系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统，电液伺服液压传动系统、全自动程序控制系统、监控系统和数据处理反馈系统通过电源线相连，电液伺服液压传动系统包括电液伺服油缸(1)、伺服电机(2)、伺服油泵(3)、电液伺服溢流阀(4)、电液伺服换向阀(5)、比例溢流阀(15)、节流阀(16)，柔性组合式多级加载系统包括刚性连接传力推头(6)、多尺度密集组合式弹簧(7)、高延展性橡胶板(8)和可伸缩橡胶围挡(9)，监控系统包括油泵温度传感器(11)、油液压力传感器(12)、轴向应力传感器(13)、位移传感器(14)和压力表(17)，电液伺服油缸(1)的油缸活塞杆下端连接有刚性连接传力推头(6)，刚性连接传力推头(6)下底面通过多尺度密集组合式弹簧(7)安装有高延展性橡胶板(8)，位移传感器(14)安装在油缸活塞杆(18)上，可伸缩橡胶围挡(9)罩设在高延展性橡胶板(8)外，轴向应力传感器(13)安装在刚性连接传力推头(6)上。
2.根据权利要求1所述的三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，其特征在于，所述全自动程序控制系统用于实现三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置的全自动控制，包括控制多油缸同步升降、控制电液伺服阀的同步开停、控制液压系统载荷输出的大小。
3.根据权利要求1所述的三维物理模型采动沉降适应性力学环境密封均布加载装置，其特征在于，所述数据处理反馈系统包括数据分析反馈程序，用于收集监控系统实时采集的数据，通过整理分析反馈系统整体的工作状态，并实现系统空载时的自学习，保证装置运行时的安全可靠。
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