專利名稱：巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖石力學(xué)試驗技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓 保持系統(tǒng)，尤其適用于確保巖石三軸蠕變試驗機維持恒定圍壓。
背景技術(shù)：
巖石三軸蠕變試驗是測定巖石長期力學(xué)行為的重要手段，其試驗時間通?？蛇_數(shù) 月之久，多則數(shù)年之久。蠕變試驗過程中通常涉及多級差應(yīng)力(軸壓減去圍壓)，在各級應(yīng)力 施加的過程中，必須嚴格保持其量值的恒定，以確保獲得可信的試驗數(shù)據(jù)。目前的巖石蠕變 試驗機多采用液壓伺服控制來實現(xiàn)壓力恒定。實踐證明，由于軸壓系統(tǒng)具有相對簡單的結(jié)構(gòu)，增壓缸密封效果好，試驗過程通過 普通液壓伺服系統(tǒng)可以使軸壓長時間地保持恒定壓力。但是，目前三軸蠕變試驗機的圍壓 系統(tǒng)的保壓效果較差，始終是困擾提高巖石三軸蠕變試驗精度的重要技術(shù)難題。保壓效果差的主要原因為三軸室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且每進行一次試驗需要拆裝一次，試 驗機在經(jīng)過長時間運行后，三軸室內(nèi)的密封部件會產(chǎn)生較大的磨損，因此在三軸室內(nèi)施加 高圍壓后，試驗過程中會出現(xiàn)三軸室向外滲油的情況，滲油后三軸室內(nèi)的圍壓必然降低。圍 壓伺服系統(tǒng)在檢測到這種改變之后，不得不頻繁啟動液壓泵、伺服閥、增壓室等圍壓保持系 統(tǒng)中的元件，向三軸室內(nèi)補充高壓油，嚴重縮短了相關(guān)元件的使用壽命。另外，目前圍壓保 持系統(tǒng)的增壓缸采用的是單行程增壓缸，在頻繁補充高壓油的過程中，高壓室內(nèi)的油會逐 漸耗盡，此時不得不人工關(guān)閉相應(yīng)閥門，通過手動操作伺服系統(tǒng)，重新向高壓室內(nèi)補充液壓 油，不利于圍壓的保持。三軸室密封效果差是造成圍壓無法長期保持恒定的首要原因，在長期試驗過程中 無法修復(fù)密封部件，即便采用高質(zhì)量的密封部件也無法徹底根治該問題同時也會大大提高 試驗成本。因此，從增壓系統(tǒng)入手提高三軸室內(nèi)圍壓保持恒定的效果，是根治該缺陷最為可 行的思路。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有巖石三軸蠕變試驗機圍壓系統(tǒng)保壓能力差且使用壽命短的不足， 本發(fā)明的目的是在于提供了一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，該系統(tǒng)充油、放油 操作簡便，可以長時間保持三軸室內(nèi)的壓力恒定，大幅提高了試驗精度，而且有效延長了液 壓元件的試驗壽命。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明由油箱、濾油器、液壓泵、電動機、伺服換向閥、單向閥、雙行程增壓缸、限位傳感 器、蓄能器、壓力表、壓力傳感器、截止閥、溢流閥等部分組成。其連接關(guān)系是液壓泵與電動 機相連，油箱與液壓泵進油口通過濾油器相連，油箱內(nèi)裝有液壓油，液壓泵出油口與油箱之 間裝有溢流閥，伺服換向閥分別與油箱、液壓泵、雙行程增壓缸及單向閥相連，雙行程增壓 缸內(nèi)裝有第一、第二限位傳感器，雙行程增壓缸依次與第一、第二、第三、第四單向閥相連，第一、第二、第三、第四單向閥與三軸室相連且其相連的油路中裝有蓄能器、壓力表及壓力 傳感器，三軸室通過截止閥可與液壓泵或油箱直接連通或相連。油箱與液壓泵進油口通過濾油器相連，液壓泵出油口與油箱之間裝有溢流閥，其 作用是防止油路堵塞、壓力突然升高等事故導(dǎo)致液壓泵損壞，以保護液壓泵。雙行程增壓缸內(nèi)裝有第一、第二限位傳感器，當(dāng)雙行程增壓缸內(nèi)的活塞觸及第一、 第二限位傳感器后，第一、第二限位傳感器將電信號反饋到電腦控制系統(tǒng)，電腦控制系統(tǒng)進 而發(fā)出信號，激活伺服換向閥，從而改變液壓泵輸出的液壓油的走向，使得雙行程增壓缸可 以往復(fù)運動，持續(xù)增壓。雙行程增壓缸分別與第一、第二、第三、第四單向閥相連，起控制液壓油流向的作 用，具體實現(xiàn)方法在“具體實施方式
” 一節(jié)進行介紹。三軸室通過截止閥可與液壓泵或油箱直接連通，可實現(xiàn)試驗過程中給三軸室快速 充油及放油操作，大大提高了效率，同時避免了液壓油通過伺服換向閥、增壓缸、單向閥等 充、放油操作過程中不必要的元件，有利于保護相應(yīng)元件。壓力傳感器與三軸室直接相連，試驗過程中壓力傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到電腦控 制系統(tǒng)，有電腦確定何時啟動液壓泵，從而實現(xiàn)三軸室內(nèi)圍壓的伺服控制。蓄能器與三軸室直接相連，其作用是緩沖油路中的壓力波動，以使三軸室內(nèi)的圍 壓更為穩(wěn)定，同時起到保護液壓元件的作用。壓力表與三軸室直接相連，其作用是可以直觀地觀察三軸室內(nèi)的圍壓保持情況， 以防實驗室突然斷電等情況造成的壓力數(shù)據(jù)缺失。本發(fā)明的有益效果是
1)可以長時間、穩(wěn)定地保持三軸室內(nèi)的壓力為恒定值，大大提高了巖石三軸蠕變試驗 的試驗成功率及數(shù)據(jù)精度。2)試驗過程中充油、放油操作方便快捷。普通試驗機充油、放油操作通常要耗費 三四十分鐘，本發(fā)明實現(xiàn)這兩個操作僅需幾分鐘。3)可有效降低伺服閥、液壓泵、增壓缸等元件的損耗程度，大幅度提高元件的使用 壽命。如普通圍壓保持系統(tǒng)的液壓泵運行一年左右通常需要更換一次，采用本發(fā)明的系統(tǒng) 后，其壽命可提高至兩年。4)自動化程度高。在長期試驗蠕變試驗中，除試驗開始時的充油與結(jié)束時的放油 操作外，整個試驗過程不需要人工開啟或關(guān)閉相關(guān)閥門，可實現(xiàn)無人值守全自動操作，節(jié)省 了大量人力。5)通用性好。廣泛應(yīng)用于絕大多數(shù)巖石三軸蠕變試驗機。


圖1為一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中編號對應(yīng)的元件名稱為
1-油箱，2-濾油器(如SFN型)，3_液壓泵(如=DYB型)，4_電動機(如:QA型)，5_伺 服換向閥，6-第一單向閥，7-第二單向閥，8-第三單向閥，9-第四單向閥，10-雙行程增壓 缸，11-第一限位傳感器(如SL1型)，12_第二限位傳感器(如SL1型)，13-蓄能器(如=NXQ 型)，14-壓力表，15-壓力傳感器(如=TYC型)，16-第一截止閥，17-第二截止閥，18-第三截止閥，19-溢流閥(如Y型)，20-三軸室。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明由油箱1、濾油器2、液壓泵3、電動機4、伺服換向閥5、第一單向閥6、第二 單向閥7、第三單向閥8、第四單向閥9、雙行程增壓缸10、第一限位傳感器11、第二限位傳 感器12、蓄能器13、壓力表14、壓力傳感器15、第一截止閥16、第二截止閥17、第三截止閥 18、溢流閥19等部分組成。其連接關(guān)系是油箱1內(nèi)裝有液壓油，液壓泵3與電動機4相 連，油箱1與液壓泵3進油口通過濾油器2相連，液壓泵3出油口與油箱1之間裝有溢流閥 19，伺服換向閥5分別與油箱1、液壓泵3、雙行程增壓缸10及第一單向閥6、第二單向閥7 相連，雙行程增壓缸10內(nèi)裝有第一限位傳感器11、第二限位傳感器12，雙行程增壓缸10依 次與第一單向閥6、第二單向閥7、第三單向閥8、第四單向閥9相連，第三單向閥8、第四單 向閥9與三軸室20相連且其相連的油路中裝有蓄能器13、壓力表14及壓力傳感器15，三 軸室20通過第一截止閥16、第二截止閥17可與液壓泵3直接連通或相連，三軸室20通過 第一截止閥16、第三截止閥18可油箱1直接連通或相連。油箱1與液壓泵3進油口通過濾油器2相連，液壓泵3出油口與油箱1之間裝有 溢流閥19，其作用是防止油路堵塞、壓力突然升高等事故導(dǎo)致液壓泵3損壞，以保護液壓泵 3。三軸室20通過第一截止閥16、第二截止閥17可與液壓泵3直接連通，三軸室20 通過第一截止閥16、第三截止閥18可油箱直接連通，可實現(xiàn)試驗過程中三軸室20快速充油 及放油操作，大大提高了操作效率，同時避免了液壓油通過伺服換向閥5、增壓缸10、第一 單向閥6、第二單向閥7、第三單向閥8、第四單向閥9等充、放油操作過程中不必要的元件， 有利于保護相應(yīng)元件。雙行程增壓缸10內(nèi)裝有第一限位傳感器11、第二限位傳感器12，當(dāng)雙行程增壓缸 10內(nèi)的活塞觸及第一限位傳感器11后，第一限位傳感器11將電信號反饋到電腦控制系統(tǒng)， 當(dāng)雙行程增壓缸10內(nèi)的活塞觸及第二限位傳感器12后，第二限位傳感器12將電信號反饋 到電腦控制系統(tǒng)，電腦控制系統(tǒng)進而發(fā)出信號激活伺服換向閥5，從而改變液壓泵3輸出的 液壓油的走向，使得雙行程增壓缸10可以往復(fù)運動，實現(xiàn)持續(xù)增壓。壓力傳感器15與三軸室20直接相連，試驗過程中壓力傳感器15的監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋 到電腦控制系統(tǒng)，由電腦確定何時啟動液壓泵3，從而實現(xiàn)三軸室20內(nèi)圍壓的伺服控制。蓄能器13與三軸室20直接相連，其作用是緩沖油路中的壓力波動，以使三軸室20 內(nèi)的圍壓更為穩(wěn)定，同時起到保護液壓元件的作用。壓力表14與三軸室20直接相連，其作用是可以直觀地觀察三軸室20內(nèi)的圍壓保 持情況，以防實驗室突然斷電等情況造成的壓力數(shù)據(jù)缺失。溢流閥19分別與第二截止閥17、第三截止閥18相連，其作用是控制充、放油操作 中液壓油的流向，且有利于保護溢流閥19。該系統(tǒng)在巖石三軸蠕變試驗中的典型實施例如下 1)三軸室20快速充油操作
將伺服換向閥5打到“中位”，切斷液壓泵3與雙行程增壓缸10等元件的連通。打開第一截止閥16、第二截止閥17，關(guān)閉截止閥18。啟動電動機4帶動液壓泵3向三軸室20內(nèi)充 油，直到液壓油充滿三軸室20，停止電動機4，關(guān)閉第一截止閥16、第二截止閥17。2)圍壓保持過程
關(guān)閉第一截止閥16、第二截止閥17、第三截止閥18，啟動液壓泵3向三軸室20內(nèi)注入 高壓油，直到三軸室20內(nèi)的圍壓達到試驗要求(如40MPa、60MPa、80MPa等)，然后開始三軸 蠕變試驗，試驗過程中圍壓保持過程如下
如附圖所示的狀態(tài)(伺服換向閥5處于“左位”狀態(tài)，雙行程增壓缸10的活塞正向右移 動)，電動機4帶動液壓泵3啟動后，液壓泵3輸出的液壓油經(jīng)伺服換向閥5和單向閥7進 入雙行程增壓缸10左端的大、小活塞腔，右端大活塞腔的液壓油被擠出后受到單向閥6的 限制經(jīng)伺服換向閥5流到油箱1，右端小活塞腔增壓后的高壓油經(jīng)單向閥9輸出，輸出的高 壓油受到單向閥8限制，最終流入三軸室20。雙行程增壓缸10的活塞移到右端觸發(fā)第一限位傳感器11后，伺服換向閥5被激 活為“右位”狀態(tài)，液壓泵3輸出的液壓油經(jīng)伺服換向閥5和單向閥6進入雙行程增壓缸10 右端的大、小活塞腔，左端大活塞腔的液壓油被擠出后受到單向閥7的限制經(jīng)伺服換向閥5 流到油箱1，左端小活塞腔增壓后的高壓油經(jīng)單向閥8輸出，輸出的高壓油受到單向閥9限 制，最終流入三軸室20。這樣，每當(dāng)壓力傳感器15檢測到三軸室20內(nèi)的壓力低于限定值后，便會啟動液壓 泵3，雙行程增壓缸10的活塞不斷往復(fù)運動，兩端便交替輸出高壓油，然后注入三軸室20， 可以長時間保持三軸室20內(nèi)的壓力恒定，從而大幅提高了試驗精度。3)三軸室20快速放油操作
數(shù)月后，三軸蠕變試驗結(jié)束。停止液壓泵，打開第一截止閥16、第三截止閥18，關(guān)閉截 止閥17，將三軸室20內(nèi)的液壓油放出，放油過程中可使用空氣壓縮機向三軸室內(nèi)打入高壓 空氣，以實現(xiàn)更加快速的放油。
權(quán)利要求
一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，它包括油箱(1)、濾油器(2)、液壓泵(3)、電動機(4)、伺服換向閥(5)、第一單向閥(6)、雙行程增壓缸(10)、第一限位傳感器(11)、蓄能器(13)、壓力傳感器(15)、第一截止閥(16)，其特征在于液壓泵(3)與電動機(4)相連，油箱(1)與液壓泵(3)進油口通過濾油器(2)相連，液壓泵(3)出油口與油箱(1)之間裝有溢流閥(19)，伺服換向閥(5)分別與油箱(1)、液壓泵(3)、雙行程增壓缸(10)及第一單向閥(6)、第二單向閥(7)相連，雙行程增壓缸(10)內(nèi)裝有第一限位傳感器(11)、第二限位傳感器(12)，雙行程增壓缸(10)依次與第一單向閥(6)、第二單向閥(7)、第三單向閥(8)、第四單向閥(9)相連，第三單向閥(8)、第四單向閥(9)與三軸室相連的油路中裝有蓄能器(13)、壓力表(14)及壓力傳感器(15)，三軸室(20)通過第一截止閥(16)、第二截止閥(17)與液壓泵(3)相連，三軸室(20)通過第一截止閥(16)、第三截止閥(18)與油箱(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，其特征在于所 述的壓力傳感器(15)與三軸室(20)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，其特征是所述 的溢流閥(19)分別與第二截止閥(17)、第三截止閥(18)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，其特征在于所 述的蓄能器(13)與三軸室(20)直接相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，其特征在于所 述的壓力表(14)與三軸室(20)直接相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種巖石三軸蠕變試驗機的圍壓保持系統(tǒng)，液壓泵與電動機相連，油箱與液壓泵進油口通過濾油器相連，液壓泵出油口與油箱之間裝有溢流閥，伺服換向閥分別與油箱、液壓泵、雙行程增壓缸及單向閥相連，雙行程增壓缸內(nèi)裝有限位傳感器，雙行程增壓缸依次與單向閥相連，單向閥與三軸室相連的油路中裝有蓄能器、壓力表及壓力傳感器，三軸室通過截止閥與液壓泵相連，三軸室通過截止閥油箱相連。本發(fā)明充油、放油操作簡便，可長時間保持三軸室內(nèi)的壓力恒定，大幅提高了試驗精度，有效延長了液壓元件的使用壽命。
文檔編號G01N3/28GK101936857SQ20101027053
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者施錫林, 李銀平, 楊春和 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所