真三軸煤巖試驗機的研制

李大志，韓 巍，慕紹帥，李富強

(1.長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103；2.合肥京東方顯示技術有限公司，安徽 合肥 230012；3.深圳市計量質(zhì)量檢測研究院，廣東 深圳 518057)

真三軸煤巖試驗機的研制

李大志1，韓 巍1，慕紹帥2，李富強3

(1.長春機械科學研究院有限公司，吉林 長春 130103；2.合肥京東方顯示技術有限公司，安徽 合肥 230012；3.深圳市計量質(zhì)量檢測研究院，廣東 深圳 518057)

主要介紹了真三軸煤巖試驗機的功能特點、主機結(jié)構(gòu)、工作原理和測控系統(tǒng)。

真三軸；試驗機；電液伺服

1 引 言

目前，國內(nèi)煤巖試驗機多數(shù)采用圍壓的方式，只能近似地模擬煤巖所處的應力狀態(tài)，不能真實地模擬煤礦井下開采過程中，煤巖所處的應力狀態(tài)和破壞特征。在這種需求背景下，成功研制了2000kN真三軸煤巖試驗機。

2 功能特點

本機采用全新形式的煤巖試驗三軸協(xié)調(diào)加載的控制方法，3個軸采用獨立加載的方式，可以真實地模擬煤巖所處的應力狀態(tài)，同時滿足單軸、雙軸、三軸的加載需求。本機能夠自動擺放試樣至中心點，在靜載保壓過程中能夠進行中心點調(diào)節(jié)。

3 主機結(jié)構(gòu)

真三軸煤巖試驗機由Y軸、XZ軸、底座等主要部件構(gòu)成， 主機結(jié)構(gòu)如圖1所示。 使用6組磁致伸縮傳感器用于位移測量、6組負荷傳感器用于載荷測量、6組差動變壓器用于小變形測量、6組伺服閥用于驅(qū)動。

1.Y軸部件 2.XZ軸部件 3.底座圖1 主機簡圖

4 工作原理

(1)控制Z軸位移，實現(xiàn)雙向同步控制，加載試樣，實現(xiàn)一定初始力的加載并位移保持。

(2)控制X軸位移，實現(xiàn)雙向同步控制，加載試樣，實現(xiàn)一定初始力的加載并位移保持。

(3)控制Y軸位移，實現(xiàn)雙向同步控制，加載試樣，實現(xiàn)一定初始力的加載并位移保持。

(4)依次控制XYZ軸位移，實現(xiàn)達到某一個力值范圍情況下的位移保持，完成初始位移控制。

(5)同時控制XYZ軸力，實現(xiàn)3個軸的力加載，可真實模擬煤巖所處的應力狀態(tài)。

5 測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 測控系統(tǒng)組成

(1)主控計算機部分：包括3個軸的6個力傳感器、6個磁致伸縮傳感器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，6個小變形位移傳感器、2路激光傳感器的數(shù)據(jù)采集，采用多軸控制卡進行控制，實現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)加載。

(2)輔助計算機部分：26路應變傳感器輸入接口。應變片貼放在沖擊桿上，用于沖擊試驗中觀察記錄試樣的入射波、反射波、透射波。應變片的微弱信號采用高速應變儀進行放大，輸出是模擬信號。采集速率大于1M/s。采用3塊高速同步采集卡、一個12路帶寬1M的超動態(tài)應變儀、一個16路全程控動態(tài)應變儀來實現(xiàn)。

(3)高速沖擊系統(tǒng)：靜載保壓過程中，利用霍普金斯桿對沖擊桿施加沖擊力，記錄各軸向負荷值變化以及26路應變片傳感器采樣值變化，用于分析沖擊試驗過程中試樣的變化。

6 結(jié) 語

本試驗機成功地將電液伺服控制技術、多通道協(xié)調(diào)加載控制技術、計算機分布式集散控制等一些先進的控制技術與相應的機械裝置較完美地結(jié)合，可以真實地模擬煤巖所處應力狀態(tài)。

[1]MT/T714-2000 煤巖沖擊傾向性分裂及指數(shù)的測定方法[S].

[2]MT/T866-2000 巖石沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法[S].

Development of True Triaxial Coal Testing Machine

Li Dazhi1, Han Wei1, Mu Shaoshuai2, Li Fuqiang3

(1.Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China; 2.Hefei BOE Display Technology Co., Ltd. Hefei 230012, Anhui, China; 3.Shenzhen Academy of Metrology and Quality Inspection, Shenzhen 518057, Guangdong, China)

The function features, the host structures, the working principles, the measurement and control system of true triaxial coal testing machine are mainly introduced in the paper.

true triaxial; testing machine; electro-hydraulic servo

2016-12-09

李大志(1989—)，男，工程師，主要研究方向：電氣工程及自動化。

TH87

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.026