連續加壓恒壓煤巖流變試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，包括與地基固定的左框架和右框架；左框架和右框架之間設置有壓力室座；壓力室座的下部設置有頂升機構；左框架高于右框架；左框架的上部固定有一桿底座，頂部固定有三桿底座；右框架的頂部固定有二桿底座；一桿底座、二桿底座和三桿底座上分別鉸接有一桿、二桿和三桿；一桿的下部設置有與壓力室座中心正對的壓頭；一桿與二桿通過一級連桿和銷連接；二桿與三桿通過二級連桿和銷連接；三桿位于三桿底座的左端通過鋼繩連接有壓塊，右端通過鋼繩連接有水箱；水箱上設置有進水口和出水口。本發明具有結構簡單，加工成本低，可靠性好，操作方便等特點。
【專利說明】連續加壓恒壓煤巖流變試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種試驗裝置，特別是涉及一種用于測試煤巖在連續加壓恒壓狀態下產生流變的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]在各種煤巖體工程中，煤巖的應力狀態、變形、和失穩都有明顯的時間效應。煤巖石流變學的主要目地是建立巖石的應力、變形、與時間的關系。煤巖流變性質的研究是煤巖非線性變形失穩破壞研究的重要手段，是建立煤巖流變本構模型的基礎。室內試驗具有能夠長期觀察、可嚴格控制試驗條件、重復次數多和耗資少等優點。但由于巖石工程處于復雜應力狀態，受巖石本身(滲透性)及其所處環境(溫度、水)的影響較大，在很多情況下，簡單應力狀態下的巖石流變試驗不能完全反映工程實際中的巖體應力狀態和巖石性態。
[0003]現有的煤巖流變試驗裝置存在以下問題:(I)試件尺寸小，不能夠反映出巖石結構內原生裂隙對巖石流變性質的影響；(2)應力持續時間短等缺點，試驗狀態與巖石的真實存在環境有較大的差異，很難反映出自然狀態下的巖石流變性質；(3)應變、位移測量系統獲取數據量有限，所得應變-時間、應力-時間曲線粗糙，在一定程度上影響了巖石流變性質的研究；(4)在試驗過程中不可避免出現人為誤差，從而影響到試驗結果；(5)不能夠試驗不同溫度下巖石的流變性質，也不能夠對流變過程中巖石的滲透效果進行研究；(6)且造價聞昂。
[0004]因此本領域技術人員致力于開發一種能更準確反映工程實際且成本低廉的煤巖流變試驗裝置。
【發明內容】
[0005]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能更準確反映工程實際且成本低廉的煤巖流變試驗裝置。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，包括與地基固定的左框架和右框架；所述左框架和右框架之間設置有壓力室座；所述壓力室座的下部設置有頂升機構；所述左框架高于所述右框架；所述左框架的上部固定有一桿底座，頂部固定有三桿底座；所述右框架的頂部固定有二桿底座；
[0007]所述一桿底座、二桿底座和三桿底座上分別鉸接有一桿、二桿和三桿；所述一桿的下部設置有與所述壓力室座中心正對的壓頭；所述一桿與二桿通過一級連桿和銷連接；所述二桿與三桿通過二級連桿和銷連接；
[0008]所述三桿位于所述三桿底座的左端通過鋼繩連接有壓塊，右端通過鋼繩連接有水箱；所述水箱上設置有進水口和出水口。
[0009]所述右框架的頂部固定有計量架；所述計量架的上部設置有以所述三桿與三桿底座的鉸接點為中心的弧形板；所述弧形板的弧形邊緣均布有多個計量孔；所述三桿的右端固定有計量桿；所述計量桿上固定有可與各所述計量孔正對的光纖位移傳感器。[0010]所述光纖位移傳感器為“Y”型結構，其合并端為光纖探頭，兩分支端分別為光源光纖和接受光纖；所述光源光纖和接受光纖分別位于所述計量孔的兩側。
[0011]為防止頂升機構產生的力使連續加壓恒壓煤巖流變實驗裝置整體框架發生非平衡震動，所述頂升機構包括與所述壓力室座的下部固定的墊塊；所述墊塊與絲杠配合；所述絲杠通過多級齒輪傳動由電機帶動；
[0012]所述左框架和右框架之間固定有止動座；所述絲杠穿過所述止動座并由軸承支承；所述止動座上固定有止動桿；所述絲杠的端部中心設置有插銷；所述插銷與連扳固定；所述連扳一端與機座固定，另一端與所述止動桿固定；所述機座與所述地基固定。
[0013]較佳的，所述左框架和右框架上分別固定有左導板和右導板；所述壓力室座與所述左導板和右導板配合。
[0014]較佳的，所述水箱的外部設置有水位顯示管。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]1.軸向加載系統的荷載，通過四連桿擴力系統，逐級擴大，經過250倍的擴大傳遞到試件軸向，最大軸向應力300KN，實現了連續恒定軸向加載。通過機械擴力方式，改變了以往流變試驗裝置以液壓方式實現軸向加載的方式，使得荷載更加穩定；四連桿擴力系統與以往流變試驗機所運用的杠桿原理擴力相比效果更加明顯，更加容易獲得流變試驗要求的荷載值，使得該系統造價低廉，實驗過程更加穩定，能夠模擬自然環境下煤巖的流變過程。
[0017]2.軸向加載監測監控系統采用光纖位移傳感器進行位移的測量記錄，光纖位移傳感器是一種非接觸式測量，具有探頭小，響應速度快，測量線性化(在小位移范圍內)等優點，可在小位移范圍內進行高速位移檢測。
[0018]3.在試驗裝置內不僅可以進行三軸流變試驗而且還可以進行圍壓三軸蠕變滲流實驗、圍壓三軸滲流實驗、含瓦斯煤巖的流變實驗等，實現多種功能。
[0019]4.該連續加壓恒壓煤巖體流變大型試驗裝置具有結構簡單，加工成本低，可靠性好，操作方便等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明一【具體實施方式】的結構示意圖。
[0021]圖2是圖1中I處的局部放大圖。
[0022]圖3是圖1中II處的局部放大圖。
[0023]圖4是圖1的左視結構示意圖。
[0024]圖5是圖1的俯視結構示意圖。
[0025]圖6是本發明中光纖位移傳感器的結構原理圖。
[0026]圖7是本發明中四連桿機構的受力簡圖。
[0027]圖8是本發明中未加載平衡狀態下一桿的受力分析圖。
[0028]圖9是本發明中未加載平衡狀態下二桿的受力分析圖。
[0029]圖10是本發明中未加載平衡狀態下三桿的受力分析圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:[0031]如圖1至圖5所示，一種連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，包括與地基I固定的左框架2和右框架3，左框架2高于右框架3。左框架2和右框架3上分別固定有左導板28和右導板27，左導板28和右導板29之間配合有壓力室座4。
[0032]左框架2的上部固定有一桿底座5，頂部固定有三桿底座6，右框架3的頂部固定有二桿底座7。一桿底座5、二桿底座7和三桿底座6上分別鉸接有一桿8、二桿9和三桿10, 一桿8的下部設置有與壓力室座4中心正對的壓頭8a。一桿8與二桿9通過一級連桿11和銷連接，二桿9與三桿10通過二級連桿12和銷連接。
[0033]三桿10位于三桿底座6的左端通過鋼繩連接有壓塊13，右端通過鋼繩連接有水箱14。水箱14上設置有進水口 14a和出水口 14b，水箱14的外部設置有水位顯示管18。
[0034]右框架2的頂部固定有計量架15，計量架15的上部設置有以三桿10與三桿底座6的鉸接點A為中心的弧形板16，弧形板16的弧形邊緣均布有多個計量孔17。三桿10的右端固定有計量桿19，計量桿19上固定有可與各計量孔17正對的光纖位移傳感器18。計量孔分布在計量架上端扇形盤的邊緣，光纖位移傳感器安裝在計量桿的末端，實驗過程中軸向發生位移變化時，計量桿的位置隨著發生變化，光纖位移傳感器記錄下變化過程中計量孔的數量。由此可以測量出軸向位移變化量，并在軸向控制器面板上顯示。
[0035]如圖6所示，光纖位移傳感器18為“Y”型結構，其合并端為光纖探頭18a，兩分支端分別為光源光纖18b和接受光纖18c。光源光纖18b和接受光纖18c分別位于計量孔17的兩側。
[0036]光由光源光纖傳輸，再被反射到接收光纖，最后由光電轉換器接收。光源光纖、接收光纖固定在計量 桿末端，分別安裝在計量孔的內外兩側，只有當光源光纖、接收光纖、計量孔三者共線時才能夠接收到光信號。實驗過程中當計量桿隨著三桿運動時，光纖傳感器接收到的光信號會交替出現，通過光纖位移傳感器記錄實驗過程中軸向的位移。
[0037]壓力室座4的下部設置有頂升機構,頂升機構包括與壓力室座4的下部固定的墊塊20 ;墊塊20與絲杠21配合；絲杠21通過多級齒輪傳動由電機22帶動。墊塊20將產生的向上的位移均勻的傳遞到壓力室座4，使得壓力室升起過程平穩可靠。
[0038]左框架2和右框架3之間固定有止動座23，止動座23上固定有止動桿24。絲杠21穿過止動座23并由軸承支承。絲杠的端部中心設置有插銷25，插銷25與連扳26固定，連扳26 —端與機座27固定，另一端與止動桿24固定，機座27與地基I固定。
[0039]當沒有加載煤巖試樣，且軸向加載系統處于平衡狀態時，由一桿8、二桿9和三桿10，以及一級連桿11和二級連桿12構成的四桿機構的受力簡圖見圖7所示，在此狀態下，一桿8、二桿9和三桿10的手里頭狀態分別如圖8、圖9和圖10所示
[0040]根據力矩平衡原理對三桿、二桿、一桿分析如下:
[0041 ] G1L^F2Lg-G2 (L3+L2) = O
[0042]F2' (L4+L5) -F3L5 = O
[0043]F31 (L6+L7) _F1 L7 = 0
[0044]F2 = F2,
[0045]F3 = F3'
[0046]F = F'
[0047]結合上式得:
【權利要求】
1.一種連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，包括與地基(I)固定的左框架(2)和右框架(3);所述左框架(2)和右框架(3)之間設置有壓力室座(4);所述壓力室座(4)的下部設置有頂升機構；其特征是:所述左框架(2)高于所述右框架(3);所述左框架(2)的上部固定有一桿底座(5)，頂部固定有三桿底座(6);所述右框架(3)的頂部固定有二桿底座(7)； 所述一桿底座(5 )、二桿底座(7 )和三桿底座(6 )上分別鉸接有一桿(8 )、二桿(9 )和三桿(10);所述一桿(8)的下部設置有與所述壓力室座(4)中心正對的壓頭(8a);所述一桿(8)與二桿(9)通過一級連桿(11)和銷連接；所述二桿(9)與三桿(10)通過二級連桿(12)和銷連接； 所述三桿(10)位于所述三桿底座(6)的左端通過鋼繩連接有壓塊(13)，右端通過鋼繩連接有水箱(14);所述水箱(14)上設置有進水口( 14a)和出水口( 14b)。
2.如權利要求1所述的連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，其特征是:所述右框架(2)的頂部固定有計量架(15);所述計量架(15)的上部設置有以所述三桿(10)與三桿底座(6)的鉸接點(A)為中心的弧形板(16);所述弧形板(16)的弧形邊緣均布有多個計量孔(17)；所述三桿(10)的右端固定有計量桿(19);所述計量桿(19)上固定有可與各所述計量孔(17)正對的光纖位移傳感器(18)。
3.如權利要求2所述的連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，其特征是:所述光纖位移傳感器(18)為“Y”型結構，其合并端為光纖探頭(18a)，兩分支端分別為光源光纖(18b)和接受光纖(18c);所述光源光纖(18b)和接受光纖(18c)分別位于所述計量孔(17)的兩側。
4.如權利要求1或2或3所述的連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，其特征是:所述頂升機構包括與所述壓力室座(4)的下部固定的墊塊(20);所述墊塊(20)與絲杠(21)配合；所述絲杠(21)通過多級齒輪傳動由電機(22)帶動； 所述左框架(2 )和右框架(3 )之間固定有止動座(23 );所述絲杠(21)穿過所述止動座(23)并由軸承支承；所述止動座(23)上固定有止動桿(24);所述絲杠的端部中心設置有插銷(25);所述插銷(25)與連扳(26)固定；所述連扳(26) —端與機座(27)固定，另一端與所述止動桿(24)固定；所述機座(27)與所述地基(I)固定。
5.如權利要求1或2或3所述的連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，其特征是:所述左框架(2)和右框架(3)上分別固定有左導板(28)和右導板(29);所述壓力室座(4)與所述左導板(28)和右導板(29)配合。
6.如權利要求1或2或3所述的連續加壓恒壓煤巖體流變試驗裝置，其特征是:所述水箱(14)的外部設置有水位顯示管(18)。
【文檔編號】G01N3/10GK103760027SQ201410003081
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】張東明, 尹光志, 張先萌, 齊消寒, 許江, 王維忠, 鄭彬彬, 白鑫, 蔣長寶, 易理德, 湯伏蛟 申請人:重慶大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
