重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统

摘要

本发明公开了一种重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统，重力液压恒载蓄能装置包括固定活塞、活动缸体，活动缸体外部设有载物平台，可以通过在载物平台上设置不同重量的重物，通过输液孔向液压加载系统提供不同大小的恒定载荷，并通过输液孔及管路对试样进行加载。通过手摇泵平衡重物产生的压力和向系统补液，提供恒定的静压压力，还可以将重力液压恒载蓄能装置提供的恒定压力转变成不同的压力，以适应蠕变试验中轴压、侧压以及渗流试验中的给定压的差异。减少蠕变实验动力消耗引起的实验费用。

权利要求

1.一种真三轴蠕变实验系统，包括液压加载系统，其特征在于，所述液压加载系统设有重力液压恒载蓄能装置；

所述重力液压恒载蓄能装置包括底座，所述底座的上方设有固定活塞，所述固定活塞外部套有活动缸体，所述活动缸体外部设有载物平台；

所述固定活塞内设有输液孔，所述固定活塞与活动缸体之间的活塞腔通过所述输液孔与外部相通。

2.根据权利要求1所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述载物平台设于所述活动缸体的下部外缘。

3.根据权利要求1所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述液压加载系统包括手摇泵、加载油路、补液油路，所述手摇泵分别与所述补液油路和所述加载油路连接；

所述加载油路与所述重力液压恒载蓄能装置连接。

4.根据权利要求3所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述加载油路设有第一变压装置，所述变压装置的输出油路与夹持器连接。

5.根据权利要求4所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述夹持器为三轴夹持器，包括相互垂直的竖直Z轴夹持装置、水平X轴夹持装置、水平Y轴夹持装置；

所述第一变压装置的输出油路分别与所述竖直Z轴夹持装置、水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置连接。

6.根据权利要求5所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述变压装置与所述水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置连接的输出油路分别设有第二变压装置。

7.根据权利要求1至6任一项所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，包括渗流实验系统，所述渗流实验系统通过所述液压加载系统提供渗流给定恒压。

8.根据权利要求7所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述渗流实验系统包括进压阀、回压阀，所述进压阀和回压阀分别通过第三变压装置与所述液压加载系统连接。

9.根据权利要求8所述的真三轴蠕变实验系统，其特征在于，所述变压装置包括缸体、活塞，所述活塞两端的面积不同，所述活塞的两端与所述缸体之间分别形成大活塞腔和小活塞腔，所述大活塞腔和小活塞腔分别与外部相通。

说明书

重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种加载试验技术，尤其涉及一种重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统。

背景技术

[0002] 现有技术中，为蠕变实验提供动力装置有两种，一种是采用液压泵加载的装置，另一种是依靠重物重量通过机械传动加载的装置。

[0003] 液压泵为蠕变试样装置提供高压液体，通过夹持装置对煤岩试样进行加载，但在试样蠕变(或者体积变化)的过程中，施加在试样端面的载荷始终在某一荷载线上下波动，其实验结果不能达到蠕变实验严格的恒定载荷；同时蠕变实验一般来说时间相对较长，在实验过程中液压泵一直处于工作状态，这样造成大量的能源消耗，增加了实验费用。

[0004] 利用杠杆原理或齿轮传动原理采用重物为蠕变实验提供动力，其载荷量值(吨位)和位移量受到很大限制，并且难以提供水平荷载而只能进行单轴压缩蠕变实验，其试验所得结果对于煤岩试样复杂条件下的蠕变力学性质的认识受到很大的限制。 上述现有技术至少存在以下缺点：结构相对复杂、很难提供蠕变恒载要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种结构简单、能提供恒定载荷的重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 本发明的重力液压恒载蓄能装置，包括底座，所述底座的上方设有固定活塞，所述固定活塞外部套有活动缸体，所述活动缸体外部设有载物平台；

[0008] 所述固定活塞内设有输液孔，所述固定活塞与活动缸体之间的活塞腔通过所述输液孔与外部相通。

[0009] 本发明的真三轴蠕变实验系统，包括液压加载系统，所述液压加载系统设有上述的重力液压恒载蓄能装置。

[0010] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统，由于包括固定活塞和活动缸体，活塞腔通过固定活塞上的输液孔与外部相通，活动缸体外部设有载物平台，结构简单，可以通过在载物平台上设置不同重量的重物，通过输液孔向液压加载系统提供能不同大小的恒定载荷。

附图说明

[0011] 图1为本发明重力液压恒载蓄能装置的结构示意图；

[0012] 图2为本发明真三轴蠕变实验系统的结构示意图；

[0013] 图3为本发明中变压装置的结构示意图。

具体实施方式

[0014] 本发明的重力液压恒载蓄能装置，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括底座1，底座1的上方设有固定活塞2，固定活塞2的外部套有活动缸体3，固定活塞2与活动缸体3之间形成可容纳油液的活塞腔，固定活塞2内可以设有输液孔4，活塞腔通过输液孔4与外部相通，用于进液和出液。固定活塞2与活动缸体3之间可以设有密封圈7等。

[0015] 活动缸体3外部可以设有载物平台5，用于放置砝码或重物6，实现加载。当根据设计要求在载物平台5上增加砝码或重物6时，活动缸体3在重物6的作用下使腔体内的油液产生压力，并通过输液孔4向外部传输压力，当重物6的重量一定时，输液孔4向外部输出的压力为恒压力。

[0016] 载物平台5可以设于活动缸体3的下部外缘。

[0017] 固定活塞2和活动缸体3可以采用碳素铸钢制备，具体实施可以采用碳素铸钢的钢号为：ZG55；化学成分为：C＝0.52％-0.62％，Mn＝0.50％-0.80％，Si＝0.20％-0.45％；力学性能为：屈服强度σs＝350MPa，抗拉强度σb＝650MPa，伸长率δ＝10％。

[0018] 本发明的重力液压恒载蓄能装置，载荷(砝码)直接施加在缸体上，从而形成高压液体输出，结构简单，可以通过在载物平台上设置不同重量的重物，通过输液孔向液压加载系统提供不同大小的恒定载荷。

[0019] 本发明的真三轴蠕变实验系统，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括液压加载系统，液压加载系统设有上述的重力液压恒载蓄能装置(重力恒载蓄能器)。

[0020] 液压加载系统包括手摇泵、加载油路、补液油路等，手摇泵分别与补液油路和加载油路连接；加载油路与重力液压恒载蓄能装置连接，可以重力液压恒载蓄能装置实现整个液压加载系统的压力恒定，实现恒压加载。

[0021] 加载油路可以设有一个变压装置I，变压装置I的输出油路与夹持器连接。加载油路输出的液压通过变压装置I变压后，对夹持器加载。

[0022] 具体夹持器可以为三轴夹持器，包括相互垂直的竖直Z轴夹持装置、水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置，变压装置I的输出油路可以分别与竖直Z轴夹持装置、水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置连接，实现不同方向加载。

[0023] 其中，变压装置I与水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置连接的输出油路还可以分别设有变压装置II和变压装置III，用于根据需要对水平X轴夹持装置和水平Y轴夹持装置的加载力进行调整，从而形成真三轴加载。

[0024] 以上每个变压装置可由两个以上的变压装置串联而成，从而由少数几个固定变压比的变压装置实现更多的变压比，获得多种不同的变压压力。

[0025] 本发明的真三轴蠕变实验系统还包括渗流实验系统，渗流实验系统可以通过液压加载系统提供渗流给定恒压。由于整个液压加载系统的压力恒定，通过该系统给定的渗流给定压力也可以实现恒定。

[0026] 具体渗流实验系统包括进压阀、回压阀，进压阀和回压阀分别通过变压装置IV和变压装置V与液压加载系统连接。可以根据需要通过变压装置IV和变压装置V对液压加载系统进行调定后，分别控制进压阀和回压阀的压力，使进压阀和回压阀的压力恒定，进而为渗流实验系统提供渗流给定恒压。

[0027] 系统中还包括：流量计、压力计、气瓶、位移计、恒温箱、截止阀、三通及若干管线等。重力蓄能装置提供动力源并蓄能，试验过程中，由于试件体积的变化，观测位移计液面的变化，必要时采用手摇泵进行及时的补液或泄液，补液过程中系统各处的压力均保持恒定；通过变压装置对重力蓄能装置输出的流体进行变压，分别满足试样不同方向的加载要求，并为进压阀和回压阀提供给定压，从而恒定渗流试验中试样两端面渗流介质的压力差；通过流量计记录渗流介质通过煤岩试样的渗流量；可以将夹持器及气瓶安置在恒温箱中，通过管线连接构成恒载蠕变与渗流实验系统。

[0028] 如图3所示，上述的变压装置包括缸体11、活塞12，活塞12两端的面积不同，活塞12的两端与缸体11之间分别形成大活塞腔15和小活塞腔16，大活塞腔15和小活塞腔16分别与外部相通，可以通过活塞12两端的面积差实现变压。活塞12与缸体11之间可以设有密封装置14，缸体11的上部可以设有缸盖13等。大活塞下部与缸体之间的环形空间通过排气孔17与大气相通，以排除该空间内空气压缩或膨胀过程中的压力变化而引起变压比的变化。

[0029] 煤岩试样的单轴抗压强度从几MPa到上百MPa之间，而在围压或者三轴加载条件下，其强度会提高到几百MPa。要进行煤岩试样的蠕变实验，不仅要满足试样的强度要求而且要达到严格的恒定荷载，实验要求迅速加载到试样所需的载荷量值并保持载荷恒定。

[0030] 本发明的重力液压恒载蓄能装置，基于重物(机械式)恒载，同时考虑减小重物的重量，利用液压传动基本原理，实现施加小重物获得大载荷，并实现恒载达到蠕变实验要求。

[0031] 本发明的真三轴蠕变实验系统，通过砝码和缸体共同作用在液体上，从而与手摇泵输入的高压进行平衡，高压液体通过活塞的输液孔输出，并通过变压装置变压对煤岩试样进行单轴或多轴加载。

[0032] 本发明中，利用重物加载，利用活塞式变容积与重物升降蓄能，利用活塞截面变化实现变压，且渗流实验系统采用蠕变实验系统的给定液压恒定进压阀出口和回压阀入口压力，以液压传动方式实现真三轴蠕变及渗流试验的系统。

具体实施方式

[0033] 具体实施时，包括以下步骤：(1)首先计算试样需要施加载荷，从而确定需要施加砝码重量，并将需要施加的砝码加载到蓄能装置的缸体上；(2)将试件放入夹持器后，从夹持到蓄能装置，依次用真空泵抽空各段封闭空间的空气，再用手摇泵向其内输液；(3)在蓄能装置输液之前，关闭变压装置I出口管线上的截止阀，采用手摇泵给蓄能装置进行加压(输入压力液体)，直到将蓄能装置上的缸体升到一定高度后，关闭手摇泵，停止输液；(4)调节恒温箱温度，打开变压装置I出口管线上的截止阀，进行蠕变实验，定时观测位移计液面的变化及蓄能装置上的缸体的高度，必要时对连接夹持器的管路进行适当的补液或泄液；(5)给定进压阀和回压阀控压中的压力，打开气瓶进行渗流试验；(6)通过位移计测试试件变形，流量计测试渗流量，压力计测试各处压力，并进行数据处理。

[0034] 在实验过程中如果出现试样体积变化较大的情况时进行及时的手动补液或泄液。实验中可以通过单个变压装置或者多个变压装置串并联获得不同的压力荷载，结合缸体上重物的重力达到各种煤岩试样蠕变实验要求。具体实施例的数据如表1所示：

[0035] 表1变压装置活塞参数

[0036]大端直径/mm 60 60 60 60 60
大小端直径比 0.93 0.87 0.71 0.50 0.35
小端直径/mm 56.0 52.2 42.4 30.0 21.2
大小端面积比 0.87 0.76 0.50 0.25 0.13
压力缩放倍数 1.15 1.32 2.00 4.00 8.00

[0037] 本发明可以将一个动力源提供的恒定压力转变成不同的压力，以适应蠕变试验中轴压、侧压以及渗流试验中的给定压的差异。

[0038] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。