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专利号: 202210180471X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,包括支撑架、封闭测试腔室、主动加载装置、从动加载装置、气体注排装置、承压轴和监测系统;所述主动加载装置包括液压泵、液压油缸和竖向加压轴,液压泵与液压油缸和竖向加压轴相连,竖向加压轴穿过封闭测试腔室上部并固定;从动加载装置包括横向加压轴、纵向加压轴、底部油缸、液压管路、定比减压阀和先导式双向溢流阀,横向加压轴置于封闭测试腔室的左右两侧,纵向加压轴置于封闭测试腔室的前后两侧,底部油缸固定于支撑架下方,且底部油缸上方、左侧与背侧开口,底部油缸上方开口与承压轴下部连接,油液相通,底部油缸左侧开口通过液压管路与横向加压轴相通,底部油缸背侧开口通过液压管路与纵向加压轴相通;所述监测系统包括位移传感器、压力传感器、气体压力传感器、声发射传感器以及三维数字散斑测试装置;所述承压轴设置于封闭测试腔室下方并穿过支撑架桌面,承压轴能够沿竖轴上下运动,与下方底部油缸相连;当所述承压轴受到压力增大或减小时,油液将通过所述底部油缸和所述液压管路传递压力至从动加压轴,引起相应载荷的变化;

其中,所述竖向加压轴为主动加压轴,所述从动加压轴包括所述横向加压轴和所述纵向加压轴;所述承压轴上安设有承压板,承压板与承压轴紧密贴合;所述承压板中开设有与样本大小相等的槽孔,承压板采用防滑材质;所述承压轴与所述底部油缸之间通过双向溢流阀连接,双向溢流阀下端额定压力大于上端,用于控制油液流通方向;所述底部油缸与所述液压管路之间通过控制阀连接,所述控制阀为定比减压阀,用于将油压按固定比例输出,出厂时根据具体要求选择阀组与比值。

2.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述封闭测试腔室经过特殊密封处理,关闭腔室窗口后通入气体无泄漏情况。

3.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述承压轴为大半径刚性运动轴,承受压力所导致的位移量较小,内部有一定量油液,油液与下方底部油缸相通。

4.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述液压管路为“Y”型油压管,横向加压轴与纵向加压轴均通过油路与下方底部油缸连接。

5.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述压力传感器设置于主动加压轴,所述位移传感器设置于主动加压轴、从动加压轴和承压轴,主动加压轴和从动加压轴的端头开设小孔,所述声发射传感器置于主动加压轴和从动加压轴的端头的小孔中,通过导线连接传输,所述气体压力传感器以及所述三维数字散斑测试装置设置于封闭测试腔室内壁上。

6.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述气体注排装置与外部气罐连接,通过更换气罐改变注入气体种类。

7.根据权利要求1所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机,其特征在于,所述三维数字散斑测试装置由两个高速摄像机组成,结合双目立体视觉技术进行采集含瓦斯煤变形阶段的散斑图像。

8.一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验方法,其利用权利要求1至7中任一项所述的一种单液压泵控制定比例加载的含瓦斯煤三轴试验机而实现,其特征在于,所述方法包括以下步骤:第一步:在含瓦斯煤样本表面喷洒墨水制作散斑点后放置于承压板上槽孔中间,防止其滑动,根据样本大小调整承压轴位置,使得承压轴在受到压力作用下降小部分距离后两侧从动加压轴的轴心能够对准样本中部;

第二步:关闭压力控制阀,手动调节从动加压轴初始位置,使压头紧贴样本表面,并使声发射传感器贴到样本表面;

第三步:开启定比减压阀,调节液压泵,使主动加压轴施加少量初始载荷,承压轴受到载荷内部油压增大直至大于先导式双向溢流阀上部额定压力,双向溢流阀导通,少量油液被挤入到下方底部油缸,进而将压力传递到从动加压轴,使从动加压轴从四周微微夹紧样本,后停止主动加压轴的加载,此时承压轴压力降低,底部油缸中油压大于承压轴,但未达到双向溢流阀下端额定压力,双向溢流阀未导通,故从动加载装置中存在压力微微夹紧样本;

第四步:调整压力传感器和位移传感器归零,开启三维数字散斑测试装置,调整拍摄方向与样本保持垂直,打开气体注排装置并通过监测气体压力传感器数值通入预定浓度渗流气体,待气体完全渗入样本后使液压泵开始逐渐加压,进行循环加载试验,直至样本被破坏,停止加载,此时底部油缸内压力大于双向溢流阀下端额定值,双向溢流阀反向导通泄压,从动加压轴松开样本,回收渗流气体,试验结束;

第五步:根据位移传感器获得数值或曲线进行计算,其中竖直方向应变为竖向加压轴上位移变化量与承压轴上位移变化量之差,水平方向应变为对应从动加压轴位移变化量之和,主应力曲线由压力传感器获得,横向和纵向应力曲线由主应力曲线乘以固定比例获得,声发射传感器用于接收样本声发射信号,三维数字散斑测试装置通过数字图像相关方法,测量样本三维变形场。