[發明專利]一種基于霍普金森壓桿的真三軸動靜組合加卸載試驗系統

在審

• 申請號: 201710164119.6
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107014689A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 竇林名;鞏思園;青克爾;何江;丁國龍;楊彬;鄭文桐;張敏;馮龍飛;蔡武
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;長春機械科學研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,薛海霞

技術領域

本發明涉及煤巖動力破壞試驗技術領域，具體涉及一種基于霍普金森壓桿的真三軸動靜組合加卸載試驗系統。

背景技術

隨著礦井開采深度的逐年增加，以煤礦礦震為代表的深部開采誘發災害更具突發性，表現出明顯的非線性動力特征，嚴重時可導致沖擊礦壓、煤與瓦斯突出和突水等礦井災害。目前國內有關于真三軸加卸載、假三軸動靜組合加載的發明，均無法真實模擬煤巖動力災害發生時的環境特征，阻礙了煤巖動力災害研究的理論突破。為此，本發明研發了基于霍普金森桿的真三軸動靜組合加卸載試驗系統，從而模擬開采條件下圍巖的真實應力狀態和破壞特征，為沖擊礦壓理論研究提供依據。

發明內容

本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種結構緊湊、能實現煤巖樣真三軸靜態加載、軸向沖擊動力加載、瞬間卸載以及各種組合形式下的基于霍普金森壓桿的真三軸動靜組合加卸載試驗系統。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：本發明由X、Y、Z三個方向施加靜載荷的靜載壓力裝置、X方向施加動載的動載裝置和瞬間卸載跌落裝置構成；所述的靜載壓力裝置包括XZ軸油缸座、安裝在XZ軸油缸座上的Z軸上油缸和固定在XZ軸油缸座上的Z軸上負荷傳感器；所述的X方向的動載裝置由X軸右油缸、安裝在X軸右油缸上的透射桿、X軸左油缸、從X軸左油缸中穿過的入射桿、沖擊桿、導向管和氣室構成；瞬間卸載跌落裝置由驅動油缸、安裝在驅動油缸中的驅動桿、固定在XZ軸油缸座上的固定部件、安裝在固定軸并可繞固定軸轉動的連接桿和從連接桿中穿過的跌落桿；所述的氣室、導向管、沖擊桿、入射桿順序連接，導向管端部插入所述的沖擊桿。

X軸采用在XZ油缸座左右兩側分別穿過一個中空式雙活塞桿伺服缸、一個中空式單活塞伺服缸，即X軸左油缸和X軸右油缸，在X軸左油缸、X軸右油缸中分別穿過入射桿、透射桿的結構。

Y軸采用從Y軸前油缸座和Y軸后油缸座中分別穿過一個單活塞高頻響伺服缸，即Y軸前油缸和Y軸后油缸，瞬間卸載跌落裝置中的驅動油缸，及與Y軸前油缸座和Y軸后油缸座相連的四根橫柱的結構。

Z軸采用從XZ油缸座中穿過的兩個單活塞高頻響伺服缸即Z軸上油缸和Z軸下油缸的結構。

所述X軸左油缸、X軸右油缸上分別安裝有X軸左磁致伸縮傳感器、X軸右磁致伸縮傳感器，用于精確測量X軸壓頭移動位置；所述Y軸前油缸、Y軸后油缸上分別安裝有Y前磁致伸縮傳感器、Y軸后磁致伸縮傳感器，用于精確測量Y軸壓頭移動位置；所述Z軸上油缸、Z軸下油缸上分別安裝有Z軸上磁致伸縮傳感器、Z軸下磁致伸縮傳感器，用于精確測量Z軸壓頭移動位置。

所述Y軸前油缸、Y軸后油缸上分別安裝有Y軸前負荷傳感器、Y軸后負荷傳感器，用于精確測量Y軸作用在試樣上的力；所述Z軸上油缸、Z軸下油缸上分別安裝有所述的Z軸上負荷傳感器、Z軸下負荷傳感器，用于精確測量Z軸作用在試樣上的力；所述X軸左油缸和X軸右油缸安裝有壓差傳感器，壓差傳感器用于精確測量X軸作用在試樣上的力。

所述三軸六面夾具上安裝有變形傳感器，變形傳感器用于測量試驗過程中試樣沿各方向的變形。所述入射桿和透射桿上貼有應變片，用來精確測量入射桿和透射桿的應變。三軸六面夾具裝配在試樣表面，裝配好后三軸六面夾具放于Z軸下壓頭上方；通過控制系統使各軸壓頭貼在三軸六面夾具表面后，按各軸向靜載加載目標值進行加載；三軸六面夾具的每個面均與試樣表面完全貼合。

通過控制Y軸的驅動油缸的油壓，使得跌落桿瞬間跌落，實現對試樣Y軸后側的突然卸載，卸載時間約為0.15s，讓出攝像所需的空間和時間。

本試驗系統實現單軸、雙軸、三軸加載，分別在Y軸和X軸上實現對試件兩端不等壓加載，每軸的加載速率可控制并調整。

本試驗系統能夠實現中心點自動調節，半徑R_S不大于0.5mm。X軸最大靜載噸位為2500kN，Y軸最大靜載噸位為1500kN，Z軸最大靜載噸位為1500kN，力值精度為±1%，達到最大靜載噸位的最快加載時間為20s。X軸最大沖擊動載為2000kN，最大沖擊壓強200MPa，動載最大作用時間為300~400us。