[发明专利]一种活塞杆自平衡主动卸载作动器及使用方法

说明书

一种活塞杆自平衡主动卸载作动器及使用方法，包括作动器端盖；所述作动器端盖、环形端盖、单利缸筒及密封法兰依次连接，所述作动器端盖中心孔内安装有位移传感器，在所述反力缸筒内安装有自平衡活塞杆，自平衡活塞杆将作动器端盖、环形端盖及反力缸筒形成的腔体分隔成自平衡腔、液压加载腔及气压保护腔，所述自平衡活塞杆伸出反力缸筒部分端部设置有测力传感器，所述测力传感器及位移传感器通过光纤电缆依次与控制器及电脑连接。采用三腔结构设计，使压力室高液压对活塞加载没有影响，使测力传感器直接测试作用于岩样表面的应力，使压力卸载使作动器自动退回底部。新的作动器系统保证了试验获得岩样强度值得准确性，保证了系统安全性。

技术领域

本发明属于岩石室内加载试验技术领域，具体涉及一种活塞杆自平衡主动卸载作动器及使用方法，活塞杆自平衡主动卸载作动器主要适用于真三轴试验机。

背景技术

岩石作为地壳的主要组成物质，不可或缺的影响着人类的生活。地铁隧道、深部矿山、水利水电、核废料处置库的建设都需要面临着岩石失稳破坏引起的塌方、岩爆及大变形等灾害。为了充分揭示岩石的力学特性，岩石室内试验是最简单最直接的方法。岩石力学试验机是室内研究岩石力学特性不可或缺的手段之一。

随着科学技术的发展，真三轴试验机逐渐取代以往只能进行σ₂＝σ₃状态下加载的常规试验机。真三轴试验机液包括两种，一种采用6个刚性压头对方形岩样6个加载面直接接触的加载方式进行试验；另一种是最大主应力方向和中间主应力方向采用4个刚性压头直接接触的加载方式，而最小主应力方向通过高压油进行加载。这种利用高压油进行最小主应力加载的试验机均包含了一个可以承受高液压压力的压力室。

含高液压压力室的真三轴试验装置在对最大主应力和最小主应力方向进行刚性加载时，需要采用作动器提供力的输出。如果采用传统作动器直接与岩石接触进行加载，由于作动器此时也处于高液压压力室内，其输出力必定受压力室内的高液压影响。另一种加载结构是将作动器置于压力室外部，在压力室四周装有自平衡活塞，然后自平衡活塞与岩样直接接触。自平衡活塞的作用是保证高液压对作动器输出的力没有影响。但是，由于自平衡活塞运动时产生摩擦力，使作动器作用于岩样的力并不真实。因此，有必要发明一种新的作动器，同时满足压力室内高液压对作动器输出力没有影响。而且作动器可以直接作用于岩石表面，使获得的岩石强度更加精确。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种活塞杆自平衡主动卸载作动器及使用方法，采用该活塞杆自平衡主动卸载作动器的硬岩真三轴剪切试验机，能够实现作动器与岩样直接接触式加载，而且作动器输出应力始终为σ₁-σ₃，即作动器不受压力室高液压影响。除此之外，在完成实验后进行压力卸载时，活塞杆可以自主运动至作动器底部。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种活塞杆自平衡主动卸载作动器，包括自平衡活塞杆、作动器端盖及密封法兰；所述作动器端盖中心孔内安装有位移传感器，用于测量自平衡活塞杆位移量，所述环形端盖的中心孔内套有高压密封套，所述作动器端盖嵌入环形端盖的中心孔一端且通过螺栓紧固，环形端盖另一端小直径处嵌入反力缸筒中心孔内且通过螺栓紧固，反力缸筒通过环形端盖的大直径处端面定位，所述反力缸筒内安装有自平衡活塞杆，自平衡活塞杆将作动器端盖、环形端盖及反力缸筒形成的腔体分隔成自平衡腔、液压加载腔及气压保护腔，自平衡活塞杆外圆套装有密封法兰，密封法兰嵌入反力缸筒中心孔另一端且通过螺栓紧固，所述自平衡活塞杆伸出反力缸筒部分端部设置有测力传感器，用于测量施加于岩石试样的真实力值大小，所述测力传感器及位移传感器通过光纤电缆依次与控制器及电脑连接，实施采集数据。

所述自平衡活塞杆为阶梯状，由前段、中段及后段收尾相连一体成型，前段截面面积与后段截面面积相等，所述自平衡活塞杆沿轴向开设有一个贯通自平衡活塞杆前段及后段的自平衡通孔。