CN109142074A - 一种散体充填材料多向加载试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统;所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上;所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载;所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力;所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。本发明所达到的有益效果:本试验系统可同时实现对充填材料试样的侧向与轴向加载,与现场实际情况更加吻合,可准确地测试夯实作用对充填材料压实特性的影响规律,从而为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑,更好地指导充填采煤工作面的设计与生产,为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种散体充填材料多向加载试验系统,属于充填材料实验技术领域。
背景技术
当散体充填材料被充填入采空区后,为达到较好的充填效果,充填采煤液压支架后部的夯实系统将对充填材料施加一定的夯实力。但夯实力的方向与上覆岩层作用于充填材料的方向不一致,而目前研究夯实力对充填材料压实特性的影响时,均是近似将轴向应力加载方向视为夯实力作用方向,模拟夯实力对充填材料的作用,导致试验结果与实际有所偏差。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种散体充填材料多向加载试验系统,解决目前试验研究所面临的一系列问题,为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统;所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上;所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载;所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力;所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。
前述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述数据监测与采集装置包括拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器、控制器、MCGS组态软件和主控模块;所述拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器均固定在侧向加载系统中,位移与压力物理量通过模拟量输入输出模块进行信号采集,并传输到控制器;所述控制器与MCGS组态软件相连接,对数据进行存储,存储至数据库的数据导入到EXCEL文件中,对数据进行处理。
前述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述侧向加载系统包括液压泵站、加载油缸、控制箱、液压油管、肋板和弧形支撑;所述肋板和弧形支撑用于连接加载箱体;所述液压泵站上装有压力表和溢流阀,通过液压油管与加载油缸相连接;所述控制箱上安装有控制按钮,包括电机的启动按钮、停止按钮,加载油缸的加载按钮、卸载按钮和急停按钮。
前述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述加载油缸上安装有单向节流阀,其前端通过销子连接轮辐式压力传感器;所述轮辐式压力传感器直接作用于侧向加载系统的侧向压板上。
前述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述加载箱体包括金属底座、侧压板、前侧板、左侧板、右侧板和上盖板;所述左侧板、右侧板均与前侧板之间焊接加强筋;所述左侧板、右侧板、前侧板与上盖板、金属底座之间通过螺栓连接;所述金属底座上焊接所述肋板与弧形支撑结构;所述加载油缸通过法兰与肋板固定,通过弧形支撑结构与金属底座固定。
本发明所达到的有益效果:本试验系统可同时实现对充填材料试样的侧向与轴向加载,与现场实际情况更加吻合,数据更可靠,可准确地测试夯实作用对充填材料压实特性的影响规律,从而为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑,更好地指导充填采煤工作面的设计与生产,为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。
附图说明
图1是散体充填材料多向加载试验系统整体示意图;
图2(a)是侧向加载系统与加载箱体的主视图;
图2(b)是侧向加载系统与加载箱体的俯视图。
图中附图标记的含义:
1-轴向加载系统,2-加载箱体,3-侧向加载系统,4-数据监测与采集系统,5-电液伺服万能试验机,6-电脑,7-控制器,8-金属底座,9-肋板,10-弧形支撑,11-侧压板,12-前侧板,13-侧板,14-上盖板,15-螺栓,16-加载油缸,17-加强筋,18-液压泵站,19-控制箱,20-压力表,21-轮辐式压力传感器,22-拉杆式位移传感器,23-压力变送器,24-笔记本电脑,25-模拟量输入输出模块,26-PLC控制器,27-法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
所述的散体充填材料多向加载试验系统,包括轴向加载系统1、加载箱体2、侧向加载系统3和数据监测与采集系统4四部分。
所述的轴向加载系统需要依托电液伺服万能试验机5,加载箱体2放在其工作台上,由电脑6及控制器7操纵电液伺服万能试验机进行轴向加载。
试验时,首先打开电脑6的显示器与主机,然后打开控制器7,启动电脑6上的试验软件,打开电液伺服万能试验机5上的液压源,并至少预热15分钟。将加载箱体2放到电液伺服万能试验机5的试验台上,然后在试验软件上设置加载载荷或加载速率,点击试验窗口的“运行”按钮,开始进行轴向加载试验。
所述的加载箱体主要由金属底座8、侧压板11、前侧板12、左右侧板13、上盖板14、螺栓15组成。左右侧板13与前侧板12均焊接加强筋17,来提高箱体的强度,左右侧板13、前侧板12与上盖板14、底座8之间通过螺栓15连接,并与侧压板11组成充填材料试样的装料空间。
加载箱体2主要用于轴向与侧向加载试验时盛装试验材料,进行试验时,首先按照上述描述将加载箱体2组装好,并将位移传感器22、压力传感器21归零,然后将制备好的试样分3~6层装入加载箱体2内;当装完每层后,对试样进行一定的预压,直到所有分层装料完毕,并记录每组试样的装料质量,将加载箱体2置于电液伺服万能试验机5的试台上。
所述的侧向加载系统主要由液压泵站18、加载油缸16、控制箱19、压力表20、液压油管、溢流阀、肋板9和弧形支撑10组成。金属底座8上焊接肋板9与弧形支撑结构10,加载油缸16通过法兰27与肋板9固定,通过弧形支撑结构10与底座8固定,从而为充填材料提供侧向加载压力。加载油缸16上加装单向节流阀,侧向加载后能够限制油缸16的位移,其活塞杆前段中心钻取孔径16mm、深度30mm的孔,通过销子与轮辐式压力传感器21连接,可监测油缸的加载压力,且进行轴向加载时,能够实时监测充填材料的侧向压力,轮辐式传感器21直接作用于侧压板11上。液压泵站18上装有压力表20和溢流阀,两者相互配合可调节侧向加载的压力值,并通过液压油管与加载油缸16相连接。控制箱19用来控制电机的启动、加载油缸16的加卸载,加卸载主要是通过液压泵站18上的电磁阀进行控制,并设有急停按钮,保证充填材料压实力学特性试验的安全进行。
进行侧向加载试验时,需要将位于电液伺服万能试验机5试台上的加载箱体2装满后,通过螺栓15将上盖板14连接固定,然后进行试验。
所述的数据监测与采集装置4主要由拉杆式位移传感器22、轮辐式压力传感器21、压力变送器23、PLC控制器26、MCGS组态软件和笔记本电脑24组成。拉杆式位移传感器22固定在加载油缸16上部,实时监测加载油缸16的位移;压力变送器23通过三通安装在液压泵站18上,可实时监测试验过程中的油压变化。位移传感器22、压力传感器21、压力变送器23均是将位移、压力转化为电流信号,通过模拟量输入输出模块25进行信号采集,并传输到控制器26,完成数据采集。PLC控制器26与MCGS组态软件进行连接,建立数据通道,对数据进行存储,存储至数据库的数据可导入到EXCEL文件中,从而对数据进行处理。
按照上述描述将接据监测与采集装置4连接好,接通液压泵站18的电机、各类传感器与PLC等设备的电源,然后打开MCGS软件对压力、位移进行监测;根据此次试验方案所设定的侧向应力对应计算油压值,在压力表20上将需要的油压值调好,通过控制箱19对试验材料进行加载,并实时监测与记录侧向加载过程中的侧向压力与位移。
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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统;所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上;
所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载;
所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力;
所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。
2.根据权利要求1所述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述数据监测与采集装置包括拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器、控制器、MCGS组态软件和主控模块;
所述拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器均固定在侧向加载系统中,位移与压力物理量通过模拟量输入输出模块进行信号采集,并传输到控制器;
所述控制器与MCGS组态软件相连接,对数据进行存储,存储至数据库的数据导入到EXCEL文件中,对数据进行处理。
3.根据权利要求1所述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,所述侧向加载系统包括液压泵站、加载油缸、控制箱、液压油管、肋板和弧形支撑;所述肋板和弧形支撑用于连接加载箱体;
所述液压泵站上装有压力表和溢流阀,通过液压油管与加载油缸相连接;所述控制箱上安装有控制按钮,包括电机的启动按钮、停止按钮,加载油缸的加载按钮、卸载按钮和急停按钮。
4.根据权利要求3所述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,
所述加载油缸上安装有单向节流阀,其前端通过销子连接轮辐式压力传感器;所述轮辐式压力传感器直接作用于侧向加载系统的侧向压板上。
5.根据权利要求1所述的一种散体充填材料多向加载试验系统,其特征是,
所述加载箱体包括金属底座、侧压板、前侧板、左侧板、右侧板和上盖板;所述左侧板、右侧板均与前侧板之间焊接加强筋;所述左侧板、右侧板、前侧板与上盖板、金属底座之间通过螺栓连接;所述金属底座上焊接所述肋板与弧形支撑结构;所述加载油缸通过法兰与肋板固定,通过弧形支撑结构与金属底座固定。
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