大型多功能巖土結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬巖±結(jié)構(gòu)工程的外部荷載施加技術(shù)領(lǐng)域；特別設(shè)及大型多功能巖 ±結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在巖石工程中，物理模型試驗(yàn)既有模擬工程實(shí)際結(jié)構(gòu)受力變形特點(diǎn)，又能近似模 擬巖體內(nèi)部的斷層、錯(cuò)動(dòng)帶等復(fù)雜地質(zhì)缺陷對(duì)工程穩(wěn)定性的影響，克服了數(shù)值模擬難W逾 越的非連續(xù)、非線性、非均質(zhì)難題，因此其在水利、采礦、隧道等工程中有著極其重要的作用 并得到了廣泛的應(yīng)用，例如我國(guó)的大中型拱巧基本都做過(guò)物理模型試驗(yàn)。
[0003] 在巖石工程的物理模型試驗(yàn)中，如何準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)受到的外荷載一直是物理模型 試驗(yàn)的難點(diǎn)，運(yùn)直接關(guān)系到模型試驗(yàn)?zāi)M的準(zhǔn)確性，傳統(tǒng)的模型試驗(yàn)簡(jiǎn)單的使用多個(gè)千斤 頂模擬外荷載的施加過(guò)程，下面W高拱巧模型試驗(yàn)中給上游巧面施加水荷載為例說(shuō)明運(yùn)種 情況。
[0004] 巧面水荷載為Ξ角形分布的面荷載，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)普遍采用的巧面水荷載模擬 方法是將上游巧面分為數(shù)十塊區(qū)域，根據(jù)區(qū)域的模擬水深、巧面面力作用面積等計(jì)算出每 塊區(qū)域的水荷載大小、荷載作用中屯、，每塊區(qū)域使用一個(gè)千斤頂模擬水荷載，區(qū)域的水荷載 作用中屯、為千斤頂?shù)淖饔弥型汀?，模擬的水荷載合力為千斤頂?shù)淖饔煤狭?；試?yàn)中，千斤頂與 上游巧面盡量緊密接觸，千斤頂按照出力大小的不同近似分為5-7組出力值，每組千斤頂 均與相應(yīng)的多路分油器連接，用精密壓力表來(lái)監(jiān)測(cè)多路分油器內(nèi)部油壓，手動(dòng)或自動(dòng)控制 油壓的增大或減少W控制千斤頂?shù)某隽奢d。綜上，國(guó)內(nèi)外的傳統(tǒng)施加面荷載方法比較粗 糖，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控物理模型實(shí)際受到的荷載情況并實(shí)現(xiàn)伺服加載；而且由于管壁摩擦等的 作用，千斤頂?shù)膶?shí)際出力普遍小于設(shè)計(jì)值。同時(shí)，近年來(lái)巖±材料流變模擬在巖石工程中扮 演著愈加重要的角色，未來(lái)會(huì)有更多需要長(zhǎng)期（1-3個(gè)月）持續(xù)施加穩(wěn)定荷載的物理模型試 驗(yàn)W模擬巖石工程長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，而傳統(tǒng)的千斤頂加載在長(zhǎng)時(shí)間施加荷載時(shí)可能會(huì)出現(xiàn) 荷載松弛的情況，運(yùn)些都一定程度上制約著巖石工程物理模型試驗(yàn)的發(fā)展，不能滿足實(shí)際 工程與科研迫切需求。綜上，實(shí)際工程與科研中對(duì)研制一種具有保載穩(wěn)壓功能、精確施加荷 載的大型多功能巖±結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)有著迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明的目的是為克服傳統(tǒng)加載方法存在的缺陷，提出一種大型多功能巖±結(jié)構(gòu) 模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)，本系統(tǒng)可滿足實(shí)際科研、工程中對(duì)具有保載穩(wěn)壓功能、精 確施加長(zhǎng)期荷載的自動(dòng)化巖±結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)伺服加載系統(tǒng)的迫切需求。
[0006] 本發(fā)明提出的一種大型多功能巖±結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)，其特征 在于，該系統(tǒng)包括：由15組雙作用油缸、加載動(dòng)力源、15路多路分油器組成的液壓系統(tǒng)，W 及伺服控制系統(tǒng)，其中，加載動(dòng)力源通過(guò)多路分油器與雙作用油缸相連，伺服控制系統(tǒng)分別 與加載動(dòng)力源和多路分油器相連；每組雙作用油缸由出力相同的多個(gè)雙作用油缸構(gòu)成；每 組雙作用油缸對(duì)應(yīng)一路多路分油器，每組雙作用油缸組成一個(gè)通道，組間與組內(nèi)的雙作用 油缸為并行獨(dú)立布置。
[0007] 本發(fā)明系統(tǒng)的特點(diǎn)及有益效果：
[0008] 本系統(tǒng)在施加荷載過(guò)程具有多點(diǎn)加載（最多有106個(gè)加載點(diǎn)），加載過(guò)程實(shí)時(shí)可 控，長(zhǎng)期持續(xù)加載穩(wěn)定，加載變化迅速、精度高等的特點(diǎn)，可顯著降低模型實(shí)驗(yàn)中的人力物 力消耗，提高實(shí)驗(yàn)的精確度：
[0009] (1)本系統(tǒng)由106個(gè)雙作用油缸組成（可進(jìn)一步擴(kuò)展），通過(guò)控制程序?qū)Ω麟p作用 油缸出力/位移進(jìn)行自動(dòng)控制，出力變化范圍較大；配有油缸缸壁摩擦消除功能，使加載力 的精度較高，誤差小于1%。
[0010] (2)本系統(tǒng)具有良好的交互操作界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程自動(dòng)控制，避免手動(dòng)加載操 作引起的失誤或誤差，且可W對(duì)交互操作界面進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
[0011] (3)本系統(tǒng)采用雙作用油缸，每組油缸可W實(shí)現(xiàn)加載、卸載伺服控制，且考慮了缸 壁摩擦力對(duì)實(shí)際荷載出力的影響，使實(shí)際荷載量值更準(zhǔn)確。
[0012] (4)本系統(tǒng)采用雙路恒壓累站等措施保證設(shè)備節(jié)能環(huán)保，且工作過(guò)程噪音較小。
[0013] (5)本系統(tǒng)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，可W保證荷載持續(xù)穩(wěn)定施加3個(gè)月W上（實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 壓力損失最大幅度小于1% )，方便巖±結(jié)構(gòu)模型的長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn)使用。
[0014] (6)本系統(tǒng)的每個(gè)加載通道都可W獨(dú)立工作，各通道間也可W按設(shè)定模式協(xié)同工 作。
[0015] (7)本系統(tǒng)具有良好的安全保護(hù)裝置與液壓累冷卻系統(tǒng)，且可有效降低突然停電 或自動(dòng)控制失效等意外情況下對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。
[0016] 本系統(tǒng)不只局限于巖石工程的模型試驗(yàn)領(lǐng)域，且可在航空航天、±木、機(jī)械等需要 施加面荷載的物理模型試驗(yàn)中使用。特別適用于物理模型實(shí)驗(yàn)中需要施加長(zhǎng)期穩(wěn)定荷載的 流變?cè)囼?yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)總體組成示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)連接示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的多路分油器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)連接示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的累站控制箱的連接關(guān)系框圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明系統(tǒng)的累站控制箱的工作流程示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明系統(tǒng)的油路控制箱的連接關(guān)系框圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明系統(tǒng)的油路控制箱的工作流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明提出的大型多功能巖±結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)平臺(tái)多點(diǎn)伺服加載系統(tǒng)結(jié)合附圖及 實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明：
[00%] 本系統(tǒng)包括由雙作用油缸、加載動(dòng)力源、多路分油器組成的液壓系統(tǒng)，W及伺服控 制系統(tǒng)。如圖1所示，其中，加載動(dòng)力源通過(guò)多路分油器與雙作用油缸相連，伺服控制系統(tǒng) 分別與加載動(dòng)力源和多路分油器相連。
[0027] 本系統(tǒng)的上述各部分的實(shí)施例組成及功能詳細(xì)說(shuō)明如下： 陽(yáng)02引 1、液壓系統(tǒng)由加載動(dòng)力源、15組雙作用油缸、15組多路分油器組成，每組雙作用 油缸由出力相同的多個(gè)雙作用油缸構(gòu)成；每組雙作用油缸對(duì)應(yīng)一組多路分油器，如圖2所 示，各部分的連接關(guān)系為：加載動(dòng)力源通過(guò)多路通道與各組多路分油器串聯(lián)，一個(gè)多路分油 器與本組的所有雙作用油缸串聯(lián)；各組多路分油器之間為并聯(lián)，每組多路分油器對(duì)應(yīng)的所 有雙作用油缸之間為并聯(lián)。
[0029] 液壓系統(tǒng)各組成部分組成詳細(xì)說(shuō)明如下：
[0030] 1.1、雙作用油缸：
[0031] 本系統(tǒng)選用雙作用油缸W滿足自動(dòng)加載和卸載的使用要求。系統(tǒng)合計(jì)共有106個(gè) 雙作用油缸；各雙作用油缸分15組，每組雙作用油缸組成一個(gè)通道，即15個(gè)通道。組間與 組內(nèi)的雙作用油缸為并行獨(dú)立布置。
[0032] 每個(gè)雙作用油缸內(nèi)帶有外置式位移傳感器；外置式位移傳感器為電子尺（niiko) 品牌，KTC-550型號(hào)。同組內(nèi)的雙作用油缸共安裝一個(gè)電液伺服閥W對(duì)組內(nèi)的所有雙作用 油缸進(jìn)行控制；電液伺服閥采用美國(guó)M00G公司生產(chǎn)的D633R16邸1M1VSS2型號(hào)，額定流量 6化/min,工作壓力20MPa，該電液伺服閥采用直動(dòng)式電液伺服技術(shù)，用來(lái)控制液流的開(kāi)啟、 停止和方向。伺服控制系統(tǒng)通過(guò)外置式位移傳感器收到位移反饋結(jié)果，進(jìn)而通過(guò)控制電液 伺服閥而控制雙作用油缸的位移。在完成靜荷載加載的同時(shí)，也可W通過(guò)外置式位移傳感 器和電液伺服閥共同作用模擬震動(dòng)荷載。
[0033] 雙作用油缸行程在200mm~300mm之間，具體雙作用油缸特性與數(shù)量見(jiàn)表1。根據(jù) 雙作用油缸的出力要求和標(biāo)準(zhǔn)的缸徑，由公式P=F/S(P、F、S分別為雙作用油缸加載時(shí)缸 內(nèi)的油壓、表面加載壓力，雙作用油缸缸內(nèi)的受壓面積）計(jì)算出加載時(shí)缸內(nèi)的油壓；雙作用 油缸數(shù)量及相應(yīng)的出力與行程參數(shù)見(jiàn)表2。雙作用油缸的尺寸及密封采用國(guó)際