一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种煤岩体加载领域，尤其是一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，解决了现有煤岩体轴向震动加载装置均采用液压加载导致试验维护费用高以及试验数据精准性差的问题，包括计算机，伺服驱动器，伺服电机和三轴试验机，计算机通过电力电缆连接采集卡，采集卡连接有伺服驱动器，伺服驱动器连接有伺服电机，伺服电机的输出轴连接有盘形凸轮，盘形凸轮接触连接有T型推杆，T型推杆贯穿三轴试验机的底座和试样托盘后对煤岩试样底部施加往复的垂直力。本发明专利技术其结构简单，维护成本低，操作简单，工作性能优良，在本技术领域内具有广泛实用性。

An experimental device for axial vibration loading of coal and rock mass

The invention relates to a coal rock loading field, especially an experimental device for coal rock axial vibration loading, solve the existing coal rock axial vibration loading device adopts hydraulic loading test leads to high maintenance cost and accurate test data of engineering, including computer, servo driver, servo motor and three axis test machine, computer acquisition card through the power cable connection, data acquisition card is connected with the servo driver, servo driver is connected with a servo motor, the output shaft of the servo motor is connected with a disc cam, cam contact is connected with a push rod type T, T type vertical force push rod through the three axis test base and a specimen tray after applying on the bottom of the reciprocating coal rock samples. The invention has the advantages of simple structure, low maintenance cost, simple operation and excellent working performance, and has extensive practicality in the field of technology.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置
本专利技术涉及一种煤岩体加载领域，尤其是一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置。
技术介绍
裂隙发育是巷道围岩在矿压作用下变形破坏过程最直观的表现形式，结合应力状态和岩性，研究裂隙的发育分布特征，可定量分析围岩的破坏程度和所受压力，对于煤岩体的开采有重要意义。在实验室里，模拟对煤岩体进行加载的装置意义和目的在于研究煤岩体受到一定频率的震动后，其具体的破坏方式类型以及径向与轴向变形和极限强度，并绘出煤或岩体的全应力应变曲线，从而研究破岩（煤）机具工作时，煤岩体所处的状态，包括煤岩体的体积改变能和畸变能的大小，便于研制高效率的凿岩设备，改进凿岩工艺，同时还可推断井下巷道壁及煤壁受到具有一定频率扰动后的破坏规律，形变与极限强度的变化，便于更好的维护巷道，管理顶板。目前的加载设备均使用液压加载。通常情况高频凿岩机具的频率为2500次/分以上，且冲击较大，若使用液压加载则需经常更换油路滤芯，密封圈与控制阀，故维护费用较高。同时，持续的往复冲击会使油温升高，导致加载装置工作性能恶化，不利于试验数据的精准。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有煤岩体轴向震动加载装置均采用液压加载导致试验维护费用高以及试验数据精准性差的问题，提供了一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，包括计算机，伺服驱动器，伺服电机和三轴试验机，计算机通过电力电缆连接采集卡，采集卡连接有伺服驱动器，伺服驱动器连接有伺服电机，伺服电机设置在三轴试验机的底座内部，底座上部设置有工作台，工作台上设置有试样托盘，试样托盘上设置有管状假三轴压力筒，假三轴压力筒中设置有环形圆柱体防油胶套，防油胶套中放置有煤岩试样，伺服电机的输出轴连接有盘形凸轮，盘形凸轮接触连接有T型推杆，T型推杆贯穿三轴试验机的底座和试样托盘后对煤岩试样底部施加往复的垂直力，煤岩试样的顶部设置在垫铁，垫铁上紧贴设置有压力筒上盖，压力筒上盖固定在假三轴压力筒内，煤岩试样表面设置有径向变形传感器、轴向变形传感器和温度传感器，径向变形传感器、轴向变形传感器和温度传感器分别通过应变片引线连接有采集卡。伺服驱动器的各接口分别连接有非熔丝断路器、噪声滤波器、磁力接触器、电抗器和制动电阻。噪音滤波器主要是用来解决伺服驱动器在工作时可能干扰其他设备的正常工作以及受到其他设备的干扰；磁力接触器能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用，接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制；电抗器可有效防止电压不稳定带来的伺服驱动器工作不正常。T形推杆底部为厚10mm直径120mm的圆形平面，T形推杆中部为高150mm直径为10mm的圆柱体，T形推杆顶部为直径10mm高5mm的圆锥体尖端。圆锥尖端可以有效模拟煤岩在冲击时受到的应力集中现象。压力筒上盖沿其外圆设置有外螺纹，假三轴压力筒内设置有与外螺纹相匹配的内螺纹，压力筒上盖与假三轴压力筒通过螺纹固定连接。防油胶套是材质为丁腈橡胶的胶套。煤岩试件为直径120mm高500mm的圆柱体。垫铁为直径120mm,高50mm的圆柱体。利用本专利技术装置进行煤岩体轴向震动加载试验的步骤包括：S1.在进行试验前，将煤岩试样加工成圆柱体后放入防油胶套内；S2.将带有煤岩试样的防油胶套放入假三轴压力筒内，在煤岩试样上部放置垫铁后将压力筒上盖与垫铁接触并旋紧；S3.进一步将假三轴压力筒放置在三轴试验机中，调节T形推杆尖端与煤岩试样的接触位置后拧紧用于固定假三轴压力筒的螺栓；S4.开启计算机、伺服驱动器和伺服电机，并打开计算机中的应变应力曲线软件，此时T形推杆尖端开始对煤岩试样产生冲击；S5.通过试件上的径向变形传感器，轴向变形传感器和温度传感器将得到的试验数据传到采集卡，并进一步通过采集卡传输到计算机进行分析；S6.计算机记录分析数据，得出煤岩试样的应力应变曲线图。本专利技术采用了三轴试验机，由于三轴试验机可产生围压，对煤岩体侧向变形有一定的限制作用，可有效模拟试验机在破岩时，煤岩体仅在其工作面处承受冲击，其余方向的变形均受到一定的限制作用。通过伺服电机驱动盘形凸轮，推动T形推杆尖端冲击岩石，可模拟凿岩机工作时对煤岩体产生冲击的工作原理及过程；同时，伺服驱动器配合伺服电机可以对通过径向变形传感器、轴向变形传感器和温度传感器传输到采集卡的应力进行更准确的反馈。本专利技术结构简单，维护成本低，操作简单，工作性能优良，在本
内具有广泛实用性。附图说明图1是本专利技术煤岩体轴向震动加载实验测试装置的结构示意图；图2是本专利技术假三轴压力筒装置结构示意图。图中：1-计算机，2-采集卡，3-非熔丝断路器，4-噪声滤波器，5-磁力接触器，6-电抗器，7-伺服电机，8-盘形凸轮，9-T形推杆,10-假三轴压力套筒，11-三轴试验机，12-制动电阻，13-煤岩试样，14-压力筒上盖，15-试样托盘，16-防油胶套，17-输出轴，18-垫铁，19-径向变形传感器，20-轴向变形传感器，21-伺服驱动器，22-电力电缆，23-底座，24-工作台，25-温度传感器，26-应变片引线。具体实施方式结合图1和图2对本专利技术做进一步说明，一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，包括计算机1，伺服驱动器21，伺服电机7和三轴试验机11，计算机1通过电力电缆22连接采集卡2，采集卡2连接有伺服驱动器21，伺服驱动器21连接有伺服电机7，伺服电机7设置在三轴试验机11的底座23内部，底座23上部设置有工作台24，工作台24上设置有试样托盘15，试样托盘15上设置有管状假三轴压力筒10，假三轴压力筒10中设置有环形圆柱体防油胶套16，防油胶套16中放置有煤岩试样13，伺服电机7的输出轴17连接有盘形凸轮8，盘形凸轮8接触连接有T型推杆9，T型推杆9贯穿三轴试验机的底座23和试样托盘15后对煤岩试样13底部施加往复的垂直力，煤岩试样13的顶部设置在垫铁18，垫铁18上紧贴设置有压力筒上盖14，压力筒上盖14固定在假三轴压力筒10内，煤岩试样13表面设置有径向变形传感器19、轴向变形传感器20和温度传感器25，径向变形传感器19、轴向变形传感器20和温度传感器25分别通过应变片引线26连接有采集卡2。伺服驱动器21的各接口分别连接有非熔丝断路器3、噪声滤波器4、磁力接触器5、电抗器6和制动电阻12。T形推杆9底部为厚10mm直径120mm的圆形平面，T形推杆9中部为高150mm直径为10mm的圆柱体，T形推杆9顶部为直径10mm高5mm的圆锥体尖端。压力筒上盖14沿其外圆设置有外螺纹，假三轴压力筒10内设置有与外螺纹相匹配的内螺纹，压力筒上盖14与假三轴压力筒10通过螺纹固定连接。防油胶套16是材质为丁腈橡胶的胶套。煤岩试件13为直径120mm高500mm的圆柱体。垫铁18为直径120mm,高50mm的圆柱体。计算机1则通过套有绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆22连接采集卡2，采集卡2再与伺服驱动器21通过直径为2mm的导线相连，用于收集试验中煤岩试样13的压力震动频率及位移大小。收集的数据通过应变应力曲线软件处理后再反馈回伺服驱动器21，再由伺服驱动器21控制伺服电机7的运行。伺服电机7设在三轴试验台的底座23下部，伺服电机7的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，包括计算机（1），伺服驱动器（21），伺服电机（7）和三轴试验机（11），其特征在于：计算机（1）通过电力电缆（22）连接采集卡（2），采集卡（2）连接有伺服驱动器（21），伺服驱动器（21）连接有伺服电机（7），伺服电机（7）设置在三轴试验机（11）的底座（23）内部，底座（23）上部设置有工作台（24），工作台（24）上设置有试样托盘（15），试样托盘（15）上设置有管状假三轴压力筒（10），假三轴压力筒（10）中设置有环形圆柱体防油胶套（16），防油胶套（16）中放置有煤岩试样（13），伺服电机（7）的输出轴（17）连接有盘形凸轮（8），盘形凸轮（8）接触连接有T型推杆（9），T型推杆（9）贯穿三轴试验机的底座（23）和试样托盘（15）后对煤岩试样（13）底部施加往复的垂直力，煤岩试样（13）的顶部设置在垫铁（18），垫铁（18）上紧贴设置有压力筒上盖（14），压力筒上盖（14）固定在假三轴压力筒（10）内，煤岩试样（13）表面设置有径向变形传感器（19）、轴向变形传感器（20）和温度传感器（25），径向变形传感器（19）、轴向变形传感器（20）和温度传感器（25）分别通过应变片引线（26）连接有采集卡（2）。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，包括计算机（1），伺服驱动器（21），伺服电机（7）和三轴试验机（11），其特征在于：计算机（1）通过电力电缆（22）连接采集卡（2），采集卡（2）连接有伺服驱动器（21），伺服驱动器（21）连接有伺服电机（7），伺服电机（7）设置在三轴试验机（11）的底座（23）内部，底座（23）上部设置有工作台（24），工作台（24）上设置有试样托盘（15），试样托盘（15）上设置有管状假三轴压力筒（10），假三轴压力筒（10）中设置有环形圆柱体防油胶套（16），防油胶套（16）中放置有煤岩试样（13），伺服电机（7）的输出轴（17）连接有盘形凸轮（8），盘形凸轮（8）接触连接有T型推杆（9），T型推杆（9）贯穿三轴试验机的底座（23）和试样托盘（15）后对煤岩试样（13）底部施加往复的垂直力，煤岩试样（13）的顶部设置在垫铁（18），垫铁（18）上紧贴设置有压力筒上盖（14），压力筒上盖（14）固定在假三轴压力筒（10）内，煤岩试样（13）表面设置有径向变形传感器（19）、轴向变形传感器（20）和温度传感器（25），径向变形传感器（19）、轴向变形传感器（20）和温度传感器（25）分别通过应变片引线（26）连接有采集卡（2）。2.根据权利要求1所述的一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，其特征在于：伺服驱动器（21）的各接口分别连接有非熔丝断路器（3）、噪声滤波器（4）、磁力接触器（5）、电抗器（6）和制动电阻（12）。3.根据权利要求2所述的一种适用于煤岩体轴向震动加载的实验装置，其特征在于：T形推杆（9）底部为厚10mm直径120mm的圆形平面，T形推杆（9）中部为高150mm直径为10mm的圆柱体，T形推杆（9）顶部为直径10mm高5mm的圆锥体尖端。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海纳，郭栋，刘一扬，徐乐华，刘帅，刘志伟，鲁晓峰，马海福，冉德智，冯国瑞，崔家庆，宋诚，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14