CN110671385A - 一种用于岩土力学试验设备的专用动静组合液压缸 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于岩土力学试验设备的专用动静组合液压缸，包括静态加载液压缸缸筒、静载加载液压缸柱塞、静态加载液压缸端盖、动态加载液压缸前端盖、动态加载液压缸后端盖、动载加载液压缸活塞杆、均布载荷补偿液压缸端盖、均布载荷补偿液压缸活塞杆、静态载荷传递垫、动态载荷传递垫、保持架以及加载头。动态加载液压缸集成在静态加载液压缸内，通过动态加载液压缸进出油口的充油和出油实现动态载荷的高频加载，通过静态加载液压缸控制油口的充油实现柱塞伸出以实现静态载荷的加载。本发明采用单个液压缸单元同时实现了静态载荷和动态载荷的加载过程，在保证加载头始终保持与试件加载面贴合的同时保证了静态载荷在试件被加载面均匀分布。

Description

一种用于岩土力学试验设备的专用动静组合液压缸
技术领域
本发明涉及液压机械技术领域，具体涉及一种用于岩土力学试验设备的专用动静组合液压缸。
背景技术
在现有的岩土力学试验设备中，为了实现静态载荷在试件被加载面的均匀施加，所采用的静态载荷液压缸多为点阵式的液压缸组。
周辉、孟凡震、张传庆等人在《岩爆物理模拟试验研究现状及思考》一文中提到了一种均布压力加载器，利用点阵式的静态载荷液压缸组对试件的被加载面进行加载，由于点阵式的静态载荷液压缸组存在多个静态载荷液压缸加载单元，将试件的整个被加载面切分为零散的与静态载荷液压缸组液压缸单元数目相同的单元加载面，这样容易对试件的被加载面造成破坏，导致整个岩土试件的被加载面破损严重，不利于试件的观察，对岩土试验的试验结果造成较大的影响，而且静态载荷液压缸组整体的使用成本较高，液压管路的铺设较为复杂，整体的结构不够紧凑，占用空间较大，易出现泄露等故障，故障的排查较为复杂，更是无法完成动态载荷的施加过程，无法真正的模拟岩土试件所承受的载荷状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于岩土力学试验设备的专用动静组合液压缸，其具有结构紧凑、简单、不对试件被加载面造成破坏、可以调节静态载荷在试件被加载面的分布状态，能够同时对试件的被加载面施加静态载荷和动态载荷的优势。
本发明的技术方案为：一种用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，包括
静态载荷液压缸缸筒，圆筒形，一端端部设有端盖，端盖中心开有沿圆筒轴向设置的第一通孔，
动态载荷液压缸后端盖和动态载荷液压缸前端盖，分别过渡配合于第一通孔两端，
动态载荷液压缸活塞杆，其第一端穿过第一通孔、动态载荷液压缸后端盖和动态载荷液压缸前端盖伸入静态载荷液压缸缸筒的内腔，并抵住动态载荷传递垫，
静态载荷液压缸柱塞和静态载荷液压缸端盖，均套在动态载荷液压缸活塞杆的第一端上，与第一端间隙配合，
静态载荷传递垫，设置在静态载荷液压缸缸筒的开放端，并通过保持架定位，使得静态载荷传递垫能够在保持架内转动，且不掉落；
加载头，抵住动态载荷传递垫，并与静态载荷传递垫固连；
静态载荷液压缸柱塞靠近静态载荷传递垫的端面上环形分布若干二阶盲孔，每个二阶盲孔内设有一根均布载荷补偿液压缸活塞杆和一个均布载荷补偿液压缸端盖，均布载荷补偿液压缸活塞杆的第一端自均布载荷补偿液压缸端盖伸出盲孔。
本发明的技术与现有技术相比，其具有显著的优点：
（1）实现了动态载荷与静态载荷对试件被加载面的同时施加。
（2）在保证试件被加载面不破坏的情况下，利用N个均布载荷补偿液压缸较为简单实现了静态载荷在试件被加载面的均匀分布。
（3）相对于现有的产品具有结构紧凑，液压管路布置简单，使用寿命长，可靠性高等显著优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构三维示意图。
图2为本发明的结构剖视图。
图3为本发明的静态载荷液压缸缸筒结构图，其中图（a）为立体图，图（b）为剖视图。
图4为本发明的静态载荷液压缸柱塞结构图；其中图（a）为平面图，图（b）为剖视图。
图5为本发明的静态载荷传递垫结构图。
图6为本发明的保持架、静态载荷液压缸柱塞以及静态载荷传递垫的装配图。
图中1—静态载荷液压缸缸筒、2—动态载荷液压缸后端盖、3—动态载荷液压缸前端盖、4—动态载荷液压缸活塞杆、5—静态载荷液压缸柱塞、6—均布载荷补偿液压缸活塞杆、7—保持架、8—均布载荷补偿液压缸端盖、9—静态载荷传递垫、10—静态载荷液压缸端盖、11—动态载荷传递垫、12—加载头、13—静态载荷液压缸控制油口、14—第一动态载荷液压缸进出油口、15—第二动态载荷液压缸进出油口。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍：
结合图1和图2，本发明是一种用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，包括静态载荷液压缸缸筒1、动态载荷液压缸后端盖2、动态载荷液压缸前端盖3、动态载荷液压缸活塞杆4、静态载荷液压缸柱塞5、保持架7、静态载荷传递垫9、静态载荷液压缸端盖10、动态载荷传递垫11、加载头12、N根均布载荷补偿液压缸活塞杆6和M个均布载荷补偿液压缸端盖8，N≥4，M=N。
结合图2和图3，所述静态载荷液压缸缸筒1为圆筒形，一端端部设有端盖，端盖中心开有沿圆筒轴向设置的第一通孔，端盖上还开有与第一通孔相通的第一动态载荷液压缸进出油口14、第二动态载荷液压缸进出油口15，圆筒外壁上设有与圆筒内腔相通的静态载荷液压缸控制油口13，动态载荷液压缸活塞杆4的第一端自第一通孔伸入静态载荷液压缸缸筒1的内腔，动态载荷液压缸后端盖2和动态载荷液压缸前端盖3分别设置在第一通孔的两端，并套在动态载荷液压缸活塞杆4上构成间隙配合，用于对端盖进行密封同时限制动态载荷液压缸活塞杆4的行程，静态载荷液压缸柱塞5和静态载荷液压缸端盖10均套在动态载荷液压缸活塞杆4的第一端上，与第一端形成间隙配合，静态载荷液压缸端盖10与静态载荷液压缸柱塞5通过螺栓固连，动态载荷液压缸活塞杆4的第一端端面抵住动态载荷传递垫11，静态载荷传递垫9设置在静态载荷液压缸缸筒1的开放端，并通过保持架7定位，静态载荷传递垫9能够在保持架7内转动，且不掉落，加载头12抵住动态载荷传递垫11并通过螺栓与静态载荷传递垫9固连。静态载荷液压缸柱塞5靠近静态载荷传递垫9的端面上环形分布若干二阶盲孔，每个二阶盲孔内设有一根均布载荷补偿液压缸活塞杆6和一个均布载荷补偿液压缸端盖8，均布载荷补偿液压缸活塞杆6的第一端自均布载荷补偿液压缸端盖8伸出盲孔。
所述均布载荷补偿液压缸活塞杆6的活塞端位于二阶盲孔内。
动态载荷液压缸活塞杆4的外壁上设有一圈凸台，所述凸台位于动态载荷液压缸后端盖2、动态载荷液压缸前端盖3之间，凸台用于限制动态载荷液压缸活塞杆4的位移，防止动态载荷液压缸活塞杆4从静态载荷液压缸缸筒1中脱出。
动态载荷液压缸后端盖2和动态载荷液压缸前端盖3均与第一通孔的内壁过度配合，且通过螺栓与静态载荷液压缸缸筒1连接。
结合图4，静态载荷液压缸柱塞5为圆柱形，第一端端面上开有一个弧形凹槽，第二端端面上开有一个渐缩形凹槽，自圆弧形凹槽底部向渐缩形凹槽底部开有一个直径递减的三阶通孔，第二端端面靠近静态载荷液压缸缸筒1的第一通孔，静态载荷液压缸端盖10为二阶凸台状，沿其轴向开有一个第二通孔，设置在上述三阶通孔内，动态载荷液压缸活塞杆4穿过上述三阶通孔和第二通孔，并与三阶通孔和第二通孔间隙配合，且动态载荷液压缸活塞杆4与第二通孔之间设有密封圈。
结合图5和图6，所述静态载荷传递垫9的一端端面设有弧形凸起（该凸起与静态载荷液压缸柱塞5的弧形凹槽为等直径球面），自另一端面向弧形凸起开有一个第三通孔，弧形凸起与静态载荷液压缸柱塞5的弧形凹槽配合，第三通孔孔径与三阶通孔的最大孔径相匹配，动态载荷液压缸活塞杆4伸入第三通孔，抵住动态载荷传递垫11。
加载头12一端端面中心设有第二凸起，伸入第三通孔，用于抵住动态载荷传递垫11。
静态载荷液压缸柱塞5的高度小于静态载荷液压缸缸筒1的内腔高度。
动态载荷液压缸活塞杆4的凸台和动态载荷液压缸后端盖2之间形成的空腔与第二动态载荷液压缸进出油口15相连通，动态载荷液压缸活塞杆4的凸台和动态载荷液压缸前端盖3之间形成的空腔与第一动态载荷液压缸进出油口14相连通，构成动态加载液压缸，将整个动态记载液压缸集成在静态载荷液压缸的内部，保证了结构的紧凑性。
静态载荷液压缸柱塞5与静态载荷液压缸缸筒1内壁之间配合方式为间隙配合。
静态载荷液压缸柱塞5渐缩形凹槽、动态载荷液压缸后端盖2、静态载荷液压缸端盖10以及静态载荷液压缸缸筒1所围成的中间容腔为静载载荷液压缸的无杆腔，其与静态载荷液压缸控制油口13相连通，保证了无杆腔油液的容积及静态载荷液压缸柱塞5的正常伸出。
动态载荷传递垫11对冲击载荷具有一定的缓冲作用，加载头12采用一体式设计，有效的避免了对被试件表面的破坏。
当需要对试件的被加载面进行加载时，向静态载荷液压缸的控制油口13供入压力油，压力油推动静态载荷液压缸柱塞5向外伸出，运动和压力通过静态载荷传递垫9传递到加载头12，将静态的载荷施加在被加载试件的表面；当静态载荷施加完成后，以指定的频率对第一动态载荷液压缸进出油口14、第二动态载荷液压缸进出油口15分别进行供给压力油和泄压的状态切换，当第二动态载荷液压缸进出油口15供给压力油，第一动态载荷液压缸进出油口14处于泄压状态时，动态载荷将通过动态载荷传递垫11传递到加载头12，当第一动态载荷液压缸进出油口14供给压力油，第二动态载荷液压缸进出油口15处于泄压状态时，动态载荷对动态载荷传递垫11的作用取消，无动态载荷作用于加载头12，这样就实现了指定频率的动态载荷的施加过程；由于试件的不均匀，当试件的被加载面出现倾斜时，调节均布载荷补偿液压缸活塞杆6的伸出与收缩，使静态载荷液压缸柱塞5与静态载荷传递垫9以及保持架7与静态载荷传递垫9之间的球面副产生转动，驱动加载头12发生与试件的被加载面相适应的倾斜，保证了加载头12与试件被加载面的紧密贴合，同时，通过对均布载荷补偿液压缸的油液压力调节，实现试件被加载面的静态载荷进行重新分配，重新完成静态载荷的均布过程，直到试验结束。

Claims (9)

1.一种用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：包括
静态载荷液压缸缸筒（1），圆筒形，一端端部设有端盖，端盖中心开有沿圆筒轴向设置的第一通孔，
动态载荷液压缸后端盖（2）和动态载荷液压缸前端盖（3），分别过渡配合于第一通孔两端，
动态载荷液压缸活塞杆（4），其第一端穿过第一通孔、动态载荷液压缸后端盖（2）和动态载荷液压缸前端盖（3）伸入静态载荷液压缸缸筒（1）的内腔，并抵住动态载荷传递垫（11），
静态载荷液压缸柱塞（5）和静态载荷液压缸端盖（10），均套在动态载荷液压缸活塞杆（4）的第一端上，与第一端间隙配合，
静态载荷传递垫（9），设置在静态载荷液压缸缸筒（1）的开放端，并通过保持架（7）定位，使得静态载荷传递垫（9）能够在保持架（7）内转动，且不掉落；
加载头（12），抵住动态载荷传递垫（11），并与静态载荷传递垫（9）固连；
静态载荷液压缸柱塞（5）靠近静态载荷传递垫（9）的端面上环形分布若干二阶盲孔，每个二阶盲孔内设有一根均布载荷补偿液压缸活塞杆（6）和一个均布载荷补偿液压缸端盖（8），均布载荷补偿液压缸活塞杆（6）的第一端自均布载荷补偿液压缸端盖（8）伸出盲孔。
2.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：所述静态载荷液压缸缸筒（1）的端盖上还开有与第一通孔相通的第一动态载荷液压缸进出油口（14）、第二动态载荷液压缸进出油口（15），圆筒外壁上设有与圆筒内腔相通的静态载荷液压缸控制油口（13）。
3.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：均布载荷补偿液压缸活塞杆（6）的活塞头位于二阶盲孔内。
4.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：动态载荷液压缸活塞杆（4）的外壁上设有一圈凸台，所述凸台位于动态载荷液压缸后端盖（2）、动态载荷液压缸前端盖（3）之间，动态载荷液压缸活塞杆（4）的凸台和动态载荷液压缸后端盖（2）之间形成的空腔与第二动态载荷液压缸进出油口（15）相连通，动态载荷液压缸活塞杆（4）的凸台和动态载荷液压缸前端盖（3）之间形成的空腔与第一动态载荷液压缸进出油口（14）相连通。
5.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：静态载荷液压缸柱塞（5）为圆柱形，第一端端面上开有一个弧形凹槽，第二端端面上开有一个渐缩形凹槽，自圆弧形凹槽底部向渐缩形凹槽底部开有一个直径递减的三阶通孔，第二端端面靠近静态载荷液压缸缸筒（1）的端盖，动态载荷液压缸前端盖（3）为二阶凸台状，沿其轴向开有一个第二通孔，设置在上述三阶通孔内，动态载荷液压缸活塞杆（4）穿过上述三阶通孔和第二通孔，并与三阶通孔和第二通孔间隙配合。
6.根据权利要求5所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：动态载荷液压缸活塞杆（4）与第二通孔之间设有密封圈。
7.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：所述静态载荷传递垫（9）的一端端面设有弧形凸起，自另一端面向弧形凸起开有一个第三通孔，弧形凸起与静态载荷液压缸柱塞（5）的弧形凹槽配合，第三通孔孔径与三阶通孔的最大孔径相匹配，动态载荷液压缸活塞杆（4）伸入第三通孔，抵住动态载荷传递垫（11）。
8.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：加载头（12）一端端面中心设有第二凸起，伸入第三通孔，用于抵住动态载荷传递垫（11）。
9.根据权利要求1所述的用于岩土力学试验设备的专用的动静组合液压缸，其特征在于：静态载荷液压缸柱塞（5）的高度小于静态载荷液压缸缸筒（1）的内腔高度。
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