CN108333064A - 一种岩石超低摩擦液压加载试验装置 - Google Patents

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唐治
唐巨鹏
王洁
刘凌巍
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Abstract

本发明公开了一种岩石超低摩擦液压加载试验装置,包括试验台本体、冲击液压缸、静载液压缸、动载液压缸和夹紧液压缸;所述冲击液压缸和夹紧液压缸分别位于试验台本体的两侧,所述静载液压缸安装在试验台本体的上方,所述动载液压缸安装在静载液压缸的上方;所述冲击液压缸和夹紧液压缸是缸筒固定的单杆活塞缸;所述静载液压缸和动载液压缸是缸筒固定的双杆活塞缸。本发明调节范围广,竖向动载的频率、幅值以及冲击力的大小均要求可调节;控制精度高、响应速度快;设有急停装置,安全可靠;可以应用于应力波扰动下层状煤岩体超低摩擦效应诱发冲击地压机理研究,对冲击地压进行预测以及灾害防治具有重要的意义。

Description

一种岩石超低摩擦液压加载试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种试验装置,具体是一种岩石超低摩擦液压加载试验装置。
背景技术
[0002]煤炭工业是我国国民经济的主要支柱产业。煤炭是主要的能源和战略物质,是社 会发展和国民经济的保证。目前,随着我国国民经济的迅速发展,浅部资源逐渐减少和枯 竭,使得越来越多的煤矿和金属矿进入深部开采。由于开采深度不断增加,深部的地质条件 比浅部更趋复杂,具有明显的高地应力、高地温、高孔隙水压的特征,动力灾害(冲击地压或 岩爆、煤与瓦斯突出、突水等)的频度和强度明显增加。
[0003]冲击地压作为我国严重的煤岩动力灾害,发生时间短,瞬时将破碎煤岩体抛出,充 填巷道达数百米乃至千米,常伴有煤岩体爆裂、弹射、滑出、抛出或崩出、巨响及气浪等现 象,直接威胁着煤矿安全生产。目前,我国煤矿大多已进入深部开采,冲击地压发生更趋严 重和频繁。深部煤岩体在长期高地应力作用和集中采掘活动引起的应力波反复强烈扰动 下,层状煤岩体很容易在周围荷载作用下突然发生沿次生的较薄软煤层的层间滑动,瞬间 使得顶板、软煤层、煤层沿接触结构面滑移速度非线性增加,摩擦阻力减弱、甚至极弱,产生 超低摩擦效应,导致层状煤岩体发生超低摩擦滑动失稳,从而最终诱发冲击地压。然而目前 没有这方面的研宄试验装置。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种控制精度高、响应速度快的超低摩擦液压加载试验装 置,以解决上述背景技术中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0006] —种岩石超低摩擦液压加载试验装置,包括试验台本体、冲击液压缸、静载液压 缸、动载液压缸和夹紧液压缸;所述冲击液压缸和夹紧液压缸分别位于试验台本体的两侧, 所述静载液压缸安装在试验台本体的上方,所述动载液压缸安装在静载液压缸的上方; [0007]所述夹紧液压缸分别连接有第二液压锁器、第三压力传感器开关和第四蓄能器, 所述第三压力传感器开关的另一端连接有第三压力传感器,所述第二液压锁器的另一端连 接有第四三位四通电磁换向阀;所述冲击液压缸分别连接有第一液压锁器、第二液控单向 阀、第三液控单向阀、第三蓄能器和第二力传感器,所述第一液压锁器的另一端连接有第三 三位四通电磁换向阀,第二液控单向阀的另一端分别连接第一液压锁器的第三端和第二三 位四通电磁换向阀,第三液控单向阀的另一端分连接有第二三位四通电磁换向阀;所述静 载液压缸分别连接有第二蓄能器、第一液控单向阀、单向节流阀和第一力传感器,所述第一 液控单向阀的另一端和单向节流阀的另一端均连接有第一三位四通电磁换向阀;所述动载 液压缸分别连接有电液伺服阀和单向溢流阀组,电液伺服阀的另一端分别连接有第四过滤 器、第二压力传感器开关和第一蓄能器,所述第二压力传感器开关的另一端连接有第二压 力传感器,第四过滤器的另一端通过第一单向阀分别连接有第一液压栗、第一比例溢流阀 和第一压力表开关,所述第一压力表开关的另一端连接有第一压力表,所述第一液压栗的 另一端分别连接有第一过滤器和第一电动机;所述第一三位四通电磁换向阀的另一端、第 二三位四通电磁换向阀的另一端、第三三位四通电磁换向阀的另一端和第四三位四通电磁 换向阀的另一端均连接有第二单向阀,第二单向阀的另一端分别连接有第二比例溢流阀、 第一压力传感器开关、第二压力表开关和第二液压栗,第一压力传感器开关的另一端和第 二压力表开关的另一端分别连接有第一压力传感器和第二压力表,第二比例溢流阀的另一 端分别连接有第一比例溢流阀的另一端和第二过滤器,所述第二液压泵的另一端分别连接 有第三过滤器和第二电动机,所述第一过滤器的另一端、第二过滤器的另一端和第三过滤 器的另一端均连接有邮箱。
[0008]作为本发明再进一步的方案:所述冲击液压缸和夹紧液压缸是缸筒固定的单杆活 塞缸•,所述静载液压缸和动载液压缸是缸筒固定的双杆活塞缸。
[0009] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0010]本发明是根据深部采掘活动中超低摩擦型冲击地压机理研宄的需求提出的,研究 采动影响和工程扰动对冲击地压的影响,调节范围广,竖向动载的频率、幅值以及冲击力的 大小均要求可调节;控制精度高、响应速度快;设有急停装置,安全可靠;可以应用于应力波 扰动下层状煤岩体超低摩擦效应诱发冲击地压机理研究,对冲击地压进行预测以及灾害防 治具有重要的意义。
附图说明
[0011] 图1为本发明的结构示意图。
[0012] 图2为本发明的液压系统原理图。
[0013]图中:1_油箱;2_第一过滤器,3_第一液压泵;4-第一电动机;5-第一比例溢流阀; 6_第一单向阀;7-第一压力表开关;8-第一压力表;9-第二过滤器;10-第二比例溢流阀;11— 第一压力传感器开关;12-第一压力传感器;13-第二压力表;14-第二压力表开关;15-第三 过滤器;16-第二液压泵;17-第二电动机;18-第二单向阀;19-第四过滤器;20-第二压力传 感器开关;21_第二压力传感器;22_第一蓄能器;23-第二蓄能器;24-第一液控单向阀;25-第一三位四通电磁换向阀;26_单向节流阀;27_第一力传感器;28-静载液压缸;29-电液伺 服阀;30-动载液压缸;31-单向溢流阀组;32-第二三位四通电磁换向阀;33-第三三位四通 电磁换向阀;34-第一液压锁器;35-第二液控单向阀;36-第三液控单向阀;37-第三蓄能器; 38-第二力传感器;39-冲击液压缸;40-第四三位四通电磁换向阀;41-第二液压锁器;42-第 三压力传感器开关;43-第三压力传感器;44-第四蓄能器;45-夹紧液压缸。
具体实施方式
[0014]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0015] 请参阅图1-2, 一种岩石超低摩擦液压加载试验装置,包括试验台本体46、冲击液 压缸39、静载液压缸28、动载液压缸30和夹紧液压缸45;所述冲击液压缸39和夹紧液压缸45 分别位于试验台本体46的两侧,所述静载液压缸28安装在试验台本体46的上方,所述动载 液压缸3〇安装在静载液压缸28的上方;所述冲击液压缸39和夹紧液压缸45是缸筒固定的单 杆活塞缸;所述静载液压缸28和动载液压缸30是缸筒固定的双杆活塞缸。
[0016] 所述夹紧液压缸45分别连接有第二液压锁器41、第三压力传感器开关42和第四蓄 能器44,所述第三压力传感器开关42的另一端连接有第三压力传感器43,所述第二液压锁 器41的另一端连接有第四三位四通电磁换向阀40;所述冲击液压缸39分别连接有第一液压 锁器34、第二液控单向阀35、第三液控单向阀36、第三蓄能器37和第二力传感器38,所述第 一液压锁器34的另一端连接有第三三位四通电磁换向阀,第二液控单向阀35的另一端分别 连接第一液压锁器34的第三端和第二三位四通电磁换向阀32,第三液控单向阀36的另一端 分连接有第二三位四通电磁换向阀32;所述静载液压缸28分别连接有第二蓄能器23、第一 液控单向阀24、单向节流阀26和第一力传感器27,所述第一液控单向阀24的另一端和单向 节流阀26的另一端均连接有第一三位四通电磁换向阀25;所述动载液压缸30分别连接有电 液伺服阀29和单向溢流阀组31,电液伺服阀29的另一端分别连接有第四过滤器19、第二压 力传感器开关20和第一蓄能器,所述第二压力传感器开关20的另一端连接有第二压力传感 器21,第四过滤器19的另一端通过第一单向阀6分别连接有第一液压栗3、第一比例溢流阀5 和第一压力表开关7,所述第一压力表开关7的另一端连接有第一压力表8,所述第一液压泵 3的另一端分别连接有第一过滤器2和第一电动机4;所述第一三位四通电磁换向阀25的另 一端、第二三位四通电磁换向阀32的另一端、第三三位四通电磁换向阀33的另一端和第四 三位四通电磁换向阀40的另一端均连接有第二单向阀18,第二单向阀18的另一端分别连接 有第二比例溢流阀10、第一压力传感器开关11、第二压力表开关14和第二液压栗16,第一压 力传感器开关11的另一端和第二压力表开关14的另一端分别连接有第一压力传感器12和 第二压力表13,第二比例溢流阀10的另一端分别连接有第一比例溢流阀5的另一端和第二 过滤器9,所述第二液压泵16的另一端分别连接有第三过滤器15和第二电动机17,所述第一 过滤器2的另一端、第二过滤器9的另一端和第三过滤器15的另一端均连接有油箱1。
[0017] 所述岩石超低摩擦液压加载试验装置在工作时,其中静载液压缸30、夹紧液压缸 45和冲击液压缸39分别对试件作用竖向静载力、水平夹紧力和水平冲击力,均为液压传动 系统,在进行振动频率、幅值以及岩层结构对冲击地压发生影响实验时,通过改变模型的长 度和高度尺寸来模拟不同的岩层结构。当岩层结构确定的情况下,先对模型前后方向施加 一定水平夹紧力。试件夹紧完成后,竖直方向的静载加载机构动作,延时一段时间后,动载 加载机构动作,在计算机上可以调节动载的幅值和频率。冲击系统蓄能完成,对试件进行冲 击。即超低摩擦液压加载实验台实验过程主要分夹紧阶段、静载加载阶段、冲击蓄能阶段、 动载加载阶段、冲击阶段、复位阶段。
[0018] 1)夹紧阶段:
[0019] 开启第二液压泵16,使第四三位四通电磁换向阀40工作在左位,即电磁铁9YA通 电,需要调节第二比例溢流阀10的控制信号,使其调定压力到达系统所需要的工作压力,此 后,第二液压栗16向系统供油,同时第四蓄能器44冲液,夹紧液压缸45伸出,夹紧机构动作。
[0020] 2)静载加载阶段:
[0021] 当夹紧力达到设定值后,第三压力传感器43发出信号,使第四三位四通电磁换向 阀40工作在中位,即电磁铁9YA断电,同时电磁铁4YA通电,第一三位四通电磁换向阀25工作 在右位,静载液压缸28伸出,垂直方向静载力开始加载。此时,夹紧力由第四蓄能器44保持, 第二液压栗16开始向静载加载液压系统供油,并向第二蓄能器23冲液。
[0022] 当静载力达到设定值后,第一压力传感器12发出信号,使第一三位四通电磁换向 阀25工作在中位,即电磁铁4YA断电,同时电磁铁7YA通电,第三三位四通电磁换向阀33工作 在左位,第三蓄能器37冲液,储存冲击能。此时,静载力由第三蓄能器37保持,第二液压泵16 开始向冲击机构液压系统供油。当冲击第三蓄能器37的压力达到冲击力要求时,第一压力 传感器12发出信号,电磁铁7YA断电,第三三位四通电磁换向阀33工作在中位,并且第二比 例溢流阀10断电,使第二液压泵16卸荷运转。
[0023] 4)动载加载阶段:
[0024]当冲击蓄能阶段完成后,第二压力表13的数值降到最低,其数值不再变化。当第二 压力表13的数值稳定后,开启第一液压栗3,油液会直接经过第一比例溢流阀5回油箱1,并 不向系统供油,第一压力表8的数值不会变化,需要调节第一比例溢流阀5的控制信号,使其 调定压力到达系统所需要的工作压力,此后,第一液压泵3向系统供油,并向第一蓄能器22 冲液。动载机构采用定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源,第一蓄能器22的入口压力供油压力 时,第二压力传感器21发出信号,第一比例溢流阀5断电,第一液压泵3卸荷运转,动载机构 系统压力由第一蓄能器22保持,当压力降低时,第二压力传感器21发出信号,第一比例溢流 阀5电接通控制信号,第一液压栗3又向系统供油,第一蓄能器22冲液。恒压油源下,电液伺 服阀29在指定的信号形式下进行动载力的控制。
[0025] 5)冲击阶段:
[0026] 当动载加载预定时间后,使第二三位四通电磁换向阀32工作在右位,即电磁铁6YA 通电,第二比例溢流阀10通电,使第二液压泵16向系统再次供油。第三液控单向阀36被反向 打开,冲击液压缸39开始对试件冲击,观察试件是否破坏。
[0027] 当试件未损坏,则电磁铁6YA断电,第二三位四通电磁换向阀32工作在中位,令第 三三位四通电磁换向阀33工作在右位,即电磁铁8YA通电,冲击液压缸39缩回。当冲击液压 缸39活塞杆停止时,冲击液压缸39活塞杆完全缩回。加大冲击力要求,令电磁铁7YA通电,第 三三位四通电磁换向阀33工作在左位,第三蓄能器37冲液,储存冲击能。第二液压栗16开始 向冲击机构液压系统供油。当冲击第三蓄能器37的压力达到设定的更大的冲击力要求时, 第一压力传感器12发出信号,电磁铁7YA断电,第三三位四通电磁换向阀33工作在中位,并 且第二比例溢流阀10断电,使第二液压泵16卸荷运转。重复上述冲击动作。
[0028] 6)复位阶段:
[0029]当试件被破坏后,记录下此时的夹紧力、静载力、动载力以及冲击力的数值,以便 后续的的理论研宄。当实验结束后需要对系统各个加载机构进行复位操作,以方便下一次 的实验。复位时,关闭第一液压栗3,动载加载机构不动作。冲击缸缩回电磁铁6YA断电,第二 三位四通电磁换向阀32工作在中位,令第三三位四通电磁换向阀33工作在右位,即电磁铁 8YA通电,冲击液压缸39缩回。当冲击液压缸活塞杆停止时,活塞杆完全缩回。
[0030] 静载缸缩回电磁铁8YA断电,第三三位四通电磁换向阀33工作在中位,令第一三位 四通电磁换向阀25工作在左位,即电磁铁3YA通电,油液通过单向节流阀26使静载液压缸28 缩回。当静载液压缸28活塞杆停止时,活塞杆完全缩回。夹紧液压缸45缩回,电磁铁3YA断 电,第一三位四通电磁换向阀25工作在中位,令第四三位四通电磁换向阀40工作在右位,即 电磁铁10YA通电夹紧液压缸45缩回。当夹紧液压缸45活塞杆停止时,活塞杆完全缩回。超低 摩擦实验台复位结束后,第二比例溢流阀10断电,第二液压栗16卸荷运转。
[0031] 本发明是根据深部采掘活动中超低摩擦型冲击地压机理研究的需求提出的,研究 采动影响和工程扰动对冲击地压的影响,调节范围广,竖向动载的频率、幅值以及冲击力的 大小要求可调节;控制精度高、响应速度快;设有急停装置,安全可靠;可以应用于应力波 扰动下层状煤岩体超低摩擦效应诱发冲击地压机理研究,对冲击地压进行预测以及灾害防 治具有重要的意义。
[0032] 上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方 式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宇旨的前提下 作出各种变化。

Claims (2)

1.一种岩石超低摩擦液压加载试验装置,其特征在于,包括试验台本体(46)、冲击液压 缸CB9)、静载液压缸(2¾、动载液压缸(3〇)和夹紧液压缸(45);所述冲击液压缸(39)和夹紧 液压缸(4¾分别位于试验台本体(46)的两侧,所述静载液压缸(28)安装在试验台本体(46) 的上方,所述动载液压缸(30)安装在静载液压缸(28)的上方; 所述夹紧液压缸(45)分别连接有第二液压锁器(41)、第三压力传感器开关(42)和第四 蓄能器(44),所述第三压力传感器开关(4¾的另一端连接有第三压力传感器(43),所述第 二液压锁器(41)的另一端连接有第四三位四通电磁换向阀(4〇);所述冲击液压缸(39)分别 连接有第一液压锁器C34)、第二液控单向阀(35)、第三液控单向阀(36)、第三蓄能器(37)和 第二力传感器(38),所述第一液压锁器(34)的另一端连接有第三三位四通电磁换向阀,第 二液控单向阀(35)的另一端分别连接第一液压锁器(34)的第三端和第二三位四通电磁换 向阀(32),第三液控单向阀(36)的另一端分连接有第二三位四通电磁换向阀(32);所述静 载液压缸(28)分别连接有第二蓄能器(23)、第一液控单向阀(24)、单向节流阀(26)和第一 力传感器(27),所述第一液控单向阀(24)的另一端和单向节流阀(26)的另一端均连接有第 一三位四通电磁换向阀(25);所述动载液压缸(30)分别连接有电液伺服阀(29)和单向溢流 阀组(31),电液伺服阀(29)的另一端分别连接有第四过滤器(19)、第二压力传感器开关 (20)和第一蓄能器,所述第二压力传感器开关(20)的另一端连接有第二压力传感器(21), 第四过滤器(19)的另一端通过第一单向阀^3)分别连接有第一液压栗(3)、第一比例溢流阀 (5)和第一压力表开关(7),所述第一压力表开关(7)的另一端连接有第一压力表(8),所述 第一液压泵(3)的另一端分别连接有第一过滤器(2)和第一电动机(4);所述第一三位四通 电磁换向阀(25)的另一端、第二三位四通电磁换向阀(32)的另一端、第三三位四通电磁换 向阀(3¾的另一端和第四三位四通电磁换向阀(40)的另一端均连接有第二单向阀(18),第 二单向阀(18)的另一端分别连接有第二比例溢流阀(10)、第一压力传感器开关(11)、第二 压力表开关(14)和第二液压泵(16),第一压力传感器开关(11)的另一端和第二压力表开关 (14)的另一端分别连接有第一压力传感器(12)和第二压力表(13),第二比例溢流阀(10)的 另一端分别连接有第一比例溢流阀⑸的另一端和第二过滤器(9),所述第二液压泵(16)的 另一端分别连接有第三过滤器(15)和第二电动机(17),所述第一过滤器⑵的另一端、第二 过滤器(9)的另一端和第三过滤器(15)的另一端均连接有邮箱(1)。
2.根据权利要求1所述的超低摩擦液压加载实验台,其特征在于,所述冲击液压缸(39) 和夹紧液压缸(45)是缸筒固定的单杆活塞缸;所述静载液压缸(28)和动载液压缸(30)是缸 筒固定的双杆活塞缸。
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