[发明专利]一种基于霍普金森压杆的真三轴动静组合加卸载试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤岩动力破坏试验技术领域，具体涉及一种基于霍普金森压杆的真三轴动静组合加卸载试验系统。

背景技术

随着矿井开采深度的逐年增加，以煤矿矿震为代表的深部开采诱发灾害更具突发性，表现出明显的非线性动力特征，严重时可导致冲击矿压、煤与瓦斯突出和突水等矿井灾害。目前国内有关于真三轴加卸载、假三轴动静组合加载的发明，均无法真实模拟煤岩动力灾害发生时的环境特征，阻碍了煤岩动力灾害研究的理论突破。为此，本发明研发了基于霍普金森杆的真三轴动静组合加卸载试验系统，从而模拟开采条件下围岩的真实应力状态和破坏特征，为冲击矿压理论研究提供依据。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、能实现煤岩样真三轴静态加载、轴向冲击动力加载、瞬间卸载以及各种组合形式下的基于霍普金森压杆的真三轴动静组合加卸载试验系统。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：本发明由X、Y、Z三个方向施加静载荷的静载压力装置、X方向施加动载的动载装置和瞬间卸载跌落装置构成；所述的静载压力装置包括XZ轴油缸座、安装在XZ轴油缸座上的Z轴上油缸和固定在XZ轴油缸座上的Z轴上负荷传感器；所述的X方向的动载装置由X轴右油缸、安装在X轴右油缸上的透射杆、X轴左油缸、从X轴左油缸中穿过的入射杆、冲击杆、导向管和气室构成；瞬间卸载跌落装置由驱动油缸、安装在驱动油缸中的驱动杆、固定在XZ轴油缸座上的固定部件、安装在固定轴并可绕固定轴转动的连接杆和从连接杆中穿过的跌落杆；所述的气室、导向管、冲击杆、入射杆顺序连接，导向管端部插入所述的冲击杆。

X轴采用在XZ油缸座左右两侧分别穿过一个中空式双活塞杆伺服缸、一个中空式单活塞伺服缸，即X轴左油缸和X轴右油缸，在X轴左油缸、X轴右油缸中分别穿过入射杆、透射杆的结构。

Y轴采用从Y轴前油缸座和Y轴后油缸座中分别穿过一个单活塞高频响伺服缸，即Y轴前油缸和Y轴后油缸，瞬间卸载跌落装置中的驱动油缸，及与Y轴前油缸座和Y轴后油缸座相连的四根横柱的结构。

Z轴采用从XZ油缸座中穿过的两个单活塞高频响伺服缸即Z轴上油缸和Z轴下油缸的结构。

所述X轴左油缸、X轴右油缸上分别安装有X轴左磁致伸缩传感器、X轴右磁致伸缩传感器，用于精确测量X轴压头移动位置；所述Y轴前油缸、Y轴后油缸上分别安装有Y前磁致伸缩传感器、Y轴后磁致伸缩传感器，用于精确测量Y轴压头移动位置；所述Z轴上油缸、Z轴下油缸上分别安装有Z轴上磁致伸缩传感器、Z轴下磁致伸缩传感器，用于精确测量Z轴压头移动位置。

所述Y轴前油缸、Y轴后油缸上分别安装有Y轴前负荷传感器、Y轴后负荷传感器，用于精确测量Y轴作用在试样上的力；所述Z轴上油缸、Z轴下油缸上分别安装有所述的Z轴上负荷传感器、Z轴下负荷传感器，用于精确测量Z轴作用在试样上的力；所述X轴左油缸和X轴右油缸安装有压差传感器，压差传感器用于精确测量X轴作用在试样上的力。

所述三轴六面夹具上安装有变形传感器，变形传感器用于测量试验过程中试样沿各方向的变形。所述入射杆和透射杆上贴有应变片，用来精确测量入射杆和透射杆的应变。三轴六面夹具装配在试样表面，装配好后三轴六面夹具放于Z轴下压头上方；通过控制系统使各轴压头贴在三轴六面夹具表面后，按各轴向静载加载目标值进行加载；三轴六面夹具的每个面均与试样表面完全贴合。

通过控制Y轴的驱动油缸的油压，使得跌落杆瞬间跌落，实现对试样Y轴后侧的突然卸载，卸载时间约为0.15s，让出摄像所需的空间和时间。

本试验系统实现单轴、双轴、三轴加载，分别在Y轴和X轴上实现对试件两端不等压加载，每轴的加载速率可控制并调整。

本试验系统能够实现中心点自动调节，半径R_S不大于0.5mm。X轴最大静载吨位为2500kN，Y轴最大静载吨位为1500kN，Z轴最大静载吨位为1500kN，力值精度为±1%，达到最大静载吨位的最快加载时间为20s。X轴最大冲击动载为2000kN，最大冲击压强200MPa，动载最大作用时间为300~400us。