一种散体充填材料多向加载试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统；所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上；所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载；所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力；所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。本发明专利技术所达到的有益效果：本试验系统可同时实现对充填材料试样的侧向与轴向加载，与现场实际情况更加吻合，可准确地测试夯实作用对充填材料压实特性的影响规律，从而为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑，更好地指导充填采煤工作面的设计与生产，为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种散体充填材料多向加载试验系统
本专利技术涉及一种散体充填材料多向加载试验系统，属于充填材料实验

技术介绍
当散体充填材料被充填入采空区后，为达到较好的充填效果，充填采煤液压支架后部的夯实系统将对充填材料施加一定的夯实力。但夯实力的方向与上覆岩层作用于充填材料的方向不一致，而目前研究夯实力对充填材料压实特性的影响时，均是近似将轴向应力加载方向视为夯实力作用方向，模拟夯实力对充填材料的作用，导致试验结果与实际有所偏差。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种散体充填材料多向加载试验系统，解决目前试验研究所面临的一系列问题，为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统；所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上；所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载；所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力；所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述数据监测与采集装置包括拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器、控制器、MCGS组态软件和主控模块；所述拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器均固定在侧向加载系统中，位移与压力物理量通过模拟量输入输出模块进行信号采集，并传输到控制器；所述控制器与MCGS组态软件相连接，对数据进行存储，存储至数据库的数据导入到EXCEL文件中，对数据进行处理。前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述侧向加载系统包括液压泵站、加载油缸、控制箱、液压油管、肋板和弧形支撑；所述肋板和弧形支撑用于连接加载箱体；所述液压泵站上装有压力表和溢流阀，通过液压油管与加载油缸相连接；所述控制箱上安装有控制按钮，包括电机的启动按钮、停止按钮，加载油缸的加载按钮、卸载按钮和急停按钮。前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述加载油缸上安装有单向节流阀，其前端通过销子连接轮辐式压力传感器；所述轮辐式压力传感器直接作用于侧向加载系统的侧向压板上。前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述加载箱体包括金属底座、侧压板、前侧板、左侧板、右侧板和上盖板；所述左侧板、右侧板均与前侧板之间焊接加强筋；所述左侧板、右侧板、前侧板与上盖板、金属底座之间通过螺栓连接；所述金属底座上焊接所述肋板与弧形支撑结构；所述加载油缸通过法兰与肋板固定，通过弧形支撑结构与金属底座固定。本专利技术所达到的有益效果：本试验系统可同时实现对充填材料试样的侧向与轴向加载，与现场实际情况更加吻合，数据更可靠，可准确地测试夯实作用对充填材料压实特性的影响规律，从而为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑，更好地指导充填采煤工作面的设计与生产，为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。附图说明图1是散体充填材料多向加载试验系统整体示意图；图2(a)是侧向加载系统与加载箱体的主视图；图2(b)是侧向加载系统与加载箱体的俯视图。图中附图标记的含义：1-轴向加载系统，2-加载箱体，3-侧向加载系统，4-数据监测与采集系统，5-电液伺服万能试验机，6-电脑，7-控制器，8-金属底座，9-肋板，10-弧形支撑，11-侧压板，12-前侧板，13-侧板，14-上盖板，15-螺栓，16-加载油缸，17-加强筋，18-液压泵站，19-控制箱，20-压力表，21-轮辐式压力传感器，22-拉杆式位移传感器，23-压力变送器，24-笔记本电脑，25-模拟量输入输出模块，26-PLC控制器，27-法兰。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。所述的散体充填材料多向加载试验系统，包括轴向加载系统1、加载箱体2、侧向加载系统3和数据监测与采集系统4四部分。所述的轴向加载系统需要依托电液伺服万能试验机5，加载箱体2放在其工作台上，由电脑6及控制器7操纵电液伺服万能试验机进行轴向加载。试验时，首先打开电脑6的显示器与主机，然后打开控制器7，启动电脑6上的试验软件，打开电液伺服万能试验机5上的液压源，并至少预热15分钟。将加载箱体2放到电液伺服万能试验机5的试验台上，然后在试验软件上设置加载载荷或加载速率，点击试验窗口的“运行”按钮，开始进行轴向加载试验。所述的加载箱体主要由金属底座8、侧压板11、前侧板12、左右侧板13、上盖板14、螺栓15组成。左右侧板13与前侧板12均焊接加强筋17，来提高箱体的强度，左右侧板13、前侧板12与上盖板14、底座8之间通过螺栓15连接，并与侧压板11组成充填材料试样的装料空间。加载箱体2主要用于轴向与侧向加载试验时盛装试验材料，进行试验时，首先按照上述描述将加载箱体2组装好，并将位移传感器22、压力传感器21归零，然后将制备好的试样分3～6层装入加载箱体2内；当装完每层后，对试样进行一定的预压，直到所有分层装料完毕，并记录每组试样的装料质量，将加载箱体2置于电液伺服万能试验机5的试台上。所述的侧向加载系统主要由液压泵站18、加载油缸16、控制箱19、压力表20、液压油管、溢流阀、肋板9和弧形支撑10组成。金属底座8上焊接肋板9与弧形支撑结构10，加载油缸16通过法兰27与肋板9固定，通过弧形支撑结构10与底座8固定，从而为充填材料提供侧向加载压力。加载油缸16上加装单向节流阀，侧向加载后能够限制油缸16的位移，其活塞杆前段中心钻取孔径16mm、深度30mm的孔，通过销子与轮辐式压力传感器21连接，可监测油缸的加载压力，且进行轴向加载时，能够实时监测充填材料的侧向压力，轮辐式传感器21直接作用于侧压板11上。液压泵站18上装有压力表20和溢流阀，两者相互配合可调节侧向加载的压力值，并通过液压油管与加载油缸16相连接。控制箱19用来控制电机的启动、加载油缸16的加卸载，加卸载主要是通过液压泵站18上的电磁阀进行控制，并设有急停按钮，保证充填材料压实力学特性试验的安全进行。进行侧向加载试验时，需要将位于电液伺服万能试验机5试台上的加载箱体2装满后，通过螺栓15将上盖板14连接固定，然后进行试验。所述的数据监测与采集装置4主要由拉杆式位移传感器22、轮辐式压力传感器21、压力变送器23、PLC控制器26、MCGS组态软件和笔记本电脑24组成。拉杆式位移传感器22固定在加载油缸16上部，实时监测加载油缸16的位移；压力变送器23通过三通安装在液压泵站18上，可实时监测试验过程中的油压变化。位移传感器22、压力传感器21、压力变送器23均是将位移、压力转化为电流信号，通过模拟量输入输出模块25进行信号采集，并传输到控制器26，完成数据采集。PLC控制器26与MCGS组态软件进行连接，建立数据通道，对数据进行存储，存储至数据库的数据可导入到EXCEL文件中，从而对数据进行处理。按照上述描述将接据监测与采集装置4连接好，接通液压泵站18的电机、各类传感器与PLC等设备的电源，然后打开MCGS软件对压力、位移进行监测；根据此次试验方案所设定的侧向应力对应计算油压值，在压力表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统；所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上；所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载；所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力；所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。

【技术特征摘要】
1.一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统；所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上；所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载；所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力；所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。2.根据权利要求1所述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述数据监测与采集装置包括拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器、控制器、MCGS组态软件和主控模块；所述拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器均固定在侧向加载系统中，位移与压力物理量通过模拟量输入输出模块进行信号采集，并传输到控制器；所述控制器与MCGS组态软件相连接，对数据进行存储，存储至数据库的数据导入到EXCEL文件中，对数据进行处理。3.根据权利要求1所述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吉雄，李猛，孙凯，张强，孟国豪，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32