真三轴煤岩试验机的研制

李大志，韩 巍，慕绍帅，李富强

(1.长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103；2.合肥京东方显示技术有限公司，安徽 合肥 230012；3.深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518057)

真三轴煤岩试验机的研制

李大志1，韩 巍1，慕绍帅2，李富强3

(1.长春机械科学研究院有限公司，吉林 长春 130103；2.合肥京东方显示技术有限公司，安徽 合肥 230012；3.深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518057)

主要介绍了真三轴煤岩试验机的功能特点、主机结构、工作原理和测控系统。

真三轴；试验机；电液伺服

1 引 言

目前，国内煤岩试验机多数采用围压的方式，只能近似地模拟煤岩所处的应力状态，不能真实地模拟煤矿井下开采过程中，煤岩所处的应力状态和破坏特征。在这种需求背景下，成功研制了2000kN真三轴煤岩试验机。

2 功能特点

本机采用全新形式的煤岩试验三轴协调加载的控制方法，3个轴采用独立加载的方式，可以真实地模拟煤岩所处的应力状态，同时满足单轴、双轴、三轴的加载需求。本机能够自动摆放试样至中心点，在静载保压过程中能够进行中心点调节。

3 主机结构

真三轴煤岩试验机由Y轴、XZ轴、底座等主要部件构成， 主机结构如图1所示。 使用6组磁致伸缩传感器用于位移测量、6组负荷传感器用于载荷测量、6组差动变压器用于小变形测量、6组伺服阀用于驱动。

1.Y轴部件 2.XZ轴部件 3.底座图1 主机简图

4 工作原理

(1)控制Z轴位移，实现双向同步控制，加载试样，实现一定初始力的加载并位移保持。

(2)控制X轴位移，实现双向同步控制，加载试样，实现一定初始力的加载并位移保持。

(3)控制Y轴位移，实现双向同步控制，加载试样，实现一定初始力的加载并位移保持。

(4)依次控制XYZ轴位移，实现达到某一个力值范围情况下的位移保持，完成初始位移控制。

(5)同时控制XYZ轴力，实现3个轴的力加载，可真实模拟煤岩所处的应力状态。

5 测控系统

测控系统组成如图2所示。

图2 测控系统组成

(1)主控计算机部分：包括3个轴的6个力传感器、6个磁致伸缩传感器的数据采集系统，6个小变形位移传感器、2路激光传感器的数据采集，采用多轴控制卡进行控制，实现多通道协调加载。

(2)辅助计算机部分：26路应变传感器输入接口。应变片贴放在冲击杆上，用于冲击试验中观察记录试样的入射波、反射波、透射波。应变片的微弱信号采用高速应变仪进行放大，输出是模拟信号。采集速率大于1M/s。采用3块高速同步采集卡、一个12路带宽1M的超动态应变仪、一个16路全程控动态应变仪来实现。

(3)高速冲击系统：静载保压过程中，利用霍普金斯杆对冲击杆施加冲击力，记录各轴向负荷值变化以及26路应变片传感器采样值变化，用于分析冲击试验过程中试样的变化。

6 结 语

本试验机成功地将电液伺服控制技术、多通道协调加载控制技术、计算机分布式集散控制等一些先进的控制技术与相应的机械装置较完美地结合，可以真实地模拟煤岩所处应力状态。

[1]MT/T714-2000 煤岩冲击倾向性分裂及指数的测定方法[S].

[2]MT/T866-2000 岩石冲击倾向性分类及指数的测定方法[S].

Development of True Triaxial Coal Testing Machine

Li Dazhi1, Han Wei1, Mu Shaoshuai2, Li Fuqiang3

(1.Changchun Research Institute for Mechanical Science Co., Ltd. Changchun 130103, Jilin, China; 2.Hefei BOE Display Technology Co., Ltd. Hefei 230012, Anhui, China; 3.Shenzhen Academy of Metrology and Quality Inspection, Shenzhen 518057, Guangdong, China)

The function features, the host structures, the working principles, the measurement and control system of true triaxial coal testing machine are mainly introduced in the paper.

true triaxial; testing machine; electro-hydraulic servo

2016-12-09

李大志(1989—)，男，工程师，主要研究方向：电气工程及自动化。

TH87

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.026