大型多功能岩土结构模型试验平台多点伺服加载系统技术方案

本实用新型专利技术涉及大型多功能岩土结构模型试验平台多点伺服加载系统，属于模拟岩土结构工程的外部荷载施加技术领域；该系统包括：由15组双作用油缸、加载动力源、15路多路分油器组成的液压系统，以及伺服控制系统，其中，加载动力源通过多路分油器与双作用油缸相连，伺服控制系统分别与加载动力源和多路分油器相连；每组双作用油缸由出力相同的多个双作用油缸构成；每组双作用油缸对应一个多路分油器，每组双作用油缸组成一个通道，组间与组内的双作用油缸为并行独立布置。本系统可满足实际科研、工程中对具有保载稳压功能、精确施加长期荷载的自动化岩土结构模型试验伺服加载系统的迫切需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于模拟岩±结构工程的外部荷载施加
；特别设及大型多功 能岩±结构模型试验平台多点伺服加载系统。
技术介绍
在岩石工程中，物理模型试验既有模拟工程实际结构受力变形特点，又能近似模 拟岩体内部的断层、错动带等复杂地质缺陷对工程稳定性的影响，克服了数值模拟难W逾 越的非连续、非线性、非均质难题，因此其在水利、采矿、隧道等工程中有着极其重要的作用 并得到了广泛的应用，例如我国的大中型拱巧基本都做过物理模型试验。 在岩石工程的物理模型试验中，如何准确模拟结构受到的外荷载一直是物理模型 试验的难点，运直接关系到模型试验模拟的准确性，传统的模型试验简单的使用多个千斤 顶模拟外荷载的施加过程，下面W高拱巧模型试验中给上游巧面施加水荷载为例说明运种 情况。 巧面水荷载为Ξ角形分布的面荷载，国内外科研机构普遍采用的巧面水荷载模拟 方法是将上游巧面分为数十块区域，根据区域的模拟水深、巧面面力作用面积等计算出每 块区域的水荷载大小、荷载作用中屯、，每块区域使用一个千斤顶模拟水荷载，区域的水荷载 作用中屯、为千斤顶的作用中屯、，模拟的水荷载合力为千斤顶的作用合力；试验中，千斤顶与 上游巧面尽量紧密接触，千斤顶按照出力大小的不同近似分为5-7组出力值，每组千斤顶 均与相应的多路分油器连接，用精密压力表来监测多路分油器内部油压，手动或自动控制 油压的增大或减少W控制千斤顶的出力荷载。综上，国内外的传统施加面荷载方法比较粗 糖，不能实时监控物理模型实际受到的荷载情况并实现伺服加载；而且由于管壁摩擦等的 作用，千斤顶的实际出力普遍小于设计值。同时，近年来岩±材料流变模拟在岩石工程中扮 演着愈加重要的角色，未来会有更多需要长期（1-3个月）持续施加稳定荷载的物理模型试 验W模拟岩石工程长期运行稳定性，而传统的千斤顶加载在长时间施加荷载时可能会出现 荷载松弛的情况，运些都一定程度上制约着岩石工程物理模型试验的发展，不能满足实际 工程与科研迫切需求。综上，实际工程与科研中对研制一种具有保载稳压功能、精确施加荷 载的大型多功能岩±结构模型试验平台多点伺服加载系统有着迫切的需求。
技术实现思路
阳〇化]本技术的目的是为克服传统加载方法存在的缺陷，提出一种大型多功能岩± 结构模型试验平台多点伺服加载系统，本系统可满足实际科研、工程中对具有保载稳压功 能、精确施加长期荷载的自动化岩±结构模型试验伺服加载系统的迫切需求。 本技术的一种大型多功能岩±结构模型试验平台多点伺服加载系统，其特征 在于，该系统包括：由15组双作用油缸、加载动力源、15路多路分油器组成的液压系统，W 及伺服控制系统，其中，加载动力源通过多路分油器与双作用油缸相连，伺服控制系统分别 与加载动力源和多路分油器相连；每组双作用油缸由出力相同的多个双作用油缸构成；每 组双作用油缸对应一路多路分油器，每组双作用油缸组成一个通道，组间与组内的双作用 油缸为并行独立布置。 本技术系统的特点及有益效果： 本系统在施加荷载过程具有多点加载（最多有106个加载点），加载过程实时可 控，长期持续加载稳定，加载变化迅速、精度高等的特点，可显著降低模型实验中的人力物 力消耗，提高实验的精确度： (1)本系统由106个双作用油缸组成（可进一步扩展），通过控制程序对各双作用 油缸出力/位移进行自动控制，出力变化范围较大；配有油缸缸壁摩擦消除功能，使加载力 的精度较高，误差小于1%。 (2)本系统具有良好的交互操作界面，实现实验全过程自动控制，避免手动加载操 作引起的失误或误差，且可W对交互操作界面进行二次开发。 (3)本系统采用双作用油缸，每组油缸可W实现加载、卸载伺服控制，且考虑了缸 壁摩擦力对实际荷载出力的影响，使实际荷载量值更准确。 (4)本系统采用双路恒压累站等措施保证设备节能环保，且工作过程噪音较小。 (5)本系统持续工作时间长，可W保证荷载持续稳定施加3个月W上（实验过程中 压力损失最大幅度小于1% )，方便岩±结构模型的长期稳定性试验使用。 (6)本系统的每个加载通道都可W独立工作，各通道间也可W按设定模式协同工 作。 (7)本系统具有良好的安全保护装置与液压累冷却系统，且可有效降低突然停电 或自动控制失效等意外情况下对试验过程的影响。 本系统不只局限于岩石工程的模型试验领域，且可在航空航天、±木、机械等需要 施加面荷载的物理模型试验中使用。特别适用于物理模型实验中需要施加长期稳定荷载的 流变试验。【附图说明】： 图1为本技术系统总体组成示意图； 图2为本技术系统的液压系统连接示意图； 图3为本技术系统的多路分油器结构示意图； 图4为本技术伺服控制系统连接示意图； 图5为本技术系统的累站控制箱的连接关系框图； 图6为本技术系统的累站控制箱的工作流程示意图； 图7为本技术系统的油路控制箱的连接关系框图； 图8为本技术系统的油路控制箱的工作流程框图。【具体实施方式】本技术提出的大型多功能岩±结构模型试验平台多点伺服加载系统结合附 图及实施例详细说明： 本系统包括由双作用油缸、加载动力源、多路分油器组成的液压系统，W及伺服控 制系统。如图1所示，其中，加载动力源通过多路分油器与双作用油缸相连，伺服控制系统 分别与加载动力源和多路分油器相连。 本系统的上述各部分的实施例组成及功能详细说明如下： 阳02引 1、液压系统由加载动力源、15组双作用油缸、15组多路分油器组成，每组双作用 油缸由出力相同的多个双作用油缸构成；每组双作用油缸对应一组多路分油器，如图2所 示，各部分的连接关系为：加载动力源通过多路通道与各组多路分油器串联，一个多路分油 器与本组的所有双作用油缸串联；各组多路分油器之间为并联，每组多路分油器对应的所 有双作用油缸之间为并联。 液压系统各组成部分组成详细说明如下： 1.1、双作用油缸： 本系统选用双作用油缸W满足自动加载和卸载的使用要求。系统合计共有106个 双作用油缸；各双作用油缸分15组，每组双作用油缸组成一个通道，即15个通道。组间与 组内的双作用油缸为并行独立布置。 每个双作用油缸内带有外置式位移传感器；外置式位移传感器为电子尺（niiko) 品牌，KTC-550型号。同组内的双作用油缸共安装一个电液伺服阀W对组内的所有双作用 油缸进行控制；电液伺服阀采用美国M00G公司生产的D633R16邸1M1VSS2型号，额定流量 6化/min,工作压力20MPa，该电液伺服阀采用直动式电液伺服技术，用来控制液流的开启、 停止和方向。伺服控制系统通过外置式位移传感器收到位移反馈结果，进而通过控制电液 伺服阀而控制双作用油缸的位移。在完成静荷载加载的同时，也可W通过外置式位移传感 器和电液伺服阀共同作用模拟震动荷载。 双作用油缸行程在200mm~300mm之间，具体双作当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型多功能岩土结构模型试验平台多点伺服加载系统，其特征在于，该系统包括：由15组双作用油缸、加载动力源、15路多路分油器组成的液压系统，以及伺服控制系统，其中，加载动力源通过多路分油器与双作用油缸相连，伺服控制系统分别与加载动力源和多路分油器相连；每组双作用油缸由出力相同的多个双作用油缸构成；每组双作用油缸对应一路多路分油器，每组双作用油缸组成一个通道，组间与组内的双作用油缸为并行独立布置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀儒，杨强，程立，潘元炜，吕庆超，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11