一種液壓沖擊試驗機的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及煤礦支護設備抗沖擊性能檢測，特別是一種能夠對支護設備進行靜態加載、沖擊加載和靜動復合加載，且可采取立式、臥式和傾斜方式使用的大噸位高能級液壓沖擊試驗機。
【背景技術】
[0002]煤礦沖擊地壓發生時間短暫且釋放能量巨大，煤礦防沖支護設備在承受圍巖靜載的同時遭受突發的沖擊載荷作用，易造成嚴重的安全事故和經濟損失。對于沖擊地壓礦井而言，單純高剛度支護不再適用，急需研發剛柔耦合一體式防沖支護裝備，以改善支護體系。在研究、設計以及使用防沖支護設備時，需對支護設備進行相應的抗沖擊性能檢測與試驗，包括特型支護構件的靜動復合沖擊壓縮試驗;防沖錨桿、錨索快速拉伸試驗及靜動復合加載試驗;對防沖支架進行整體靜載實驗、沖擊試驗及靜動復合加載試驗等。
[0003]現有的沖擊試驗設備，有金屬擺錘試驗機，落錘式沖擊試驗機，霍普金森壓桿沖擊試驗機和高速電液伺服沖擊試驗機等。其中，金屬擺錘試驗機專用于測試金屬抗剪斷韌性，不能進行拉壓試驗;落錘式沖擊試驗機是靠提升重物來實現垂直方向的沖擊，不能進行靜動復合加載;霍普金森壓桿沖擊試驗機可實現高速沖擊試驗，但只限于對小尺寸試件進行低能級沖擊試驗;高速電液伺服沖擊試驗機只能用于材料的沖擊性能檢測，不能進行大型設備的沖擊試驗。而且，這些沖擊試驗機的加載方式僅限于動態加載，不能進行靜動復合加載。另外，對細長類零件(長度從2米到10多米)，如防沖錨桿、防沖錨索等零件的復合沖擊試驗，要求試驗設備臥式使用；對位于傾斜巷道中使用的支護設備進行復合沖擊試驗要求傾斜使用(模擬重力分量對防沖支護設備的沖擊)；對水平巷道支護設備進行復合沖擊試驗要求立式使用，這些沖擊試驗機均不能同時滿足立式、臥式和傾斜使用的要求。
【發明內容】
[0004]針對上述現有沖擊試驗機存在不足，本發明的目的是提供一種能夠對支護設備進行靜態加載、沖擊加載和靜動復合加載，且可立式、臥式和傾斜使用的大噸位高能級液壓沖擊試驗機，以滿足沖擊地壓礦井防沖支護裝備研發與試驗的要求。
[0005]為實現這一目的，本發明提供的液壓沖擊試驗機，包括加載主機、液壓系統和控制系統；
[0006]所述加載主機由機架、沖擊加載液壓缸、中梁移動油缸和立臥變幅油缸組成;機架由下梁、上梁和兩端分別與下梁和上梁固定連接的四根導柱組成，導柱上有可沿導柱軸向滑動的中梁；中梁與所述立臥變幅油缸的活塞桿一端鉸接，立臥變幅油缸的活塞桿另一端通過銷軸與地基鉸接;所述沖擊加載液壓缸的缸體固定安裝在上梁的中心;所述中梁移動油缸的活塞桿與中梁固定連接，中梁移動油缸的缸體固定安裝在上梁上;所述沖擊加載液壓缸包括缸體、缸蓋和活塞桿，活塞桿采用雙出桿對稱結構，活塞桿中間加工有供細長類試件從中穿過的通孔，兩端加工有用于安裝試件夾具或力傳感器的螺紋孔；
[0007]所述液壓系統包括液壓動力栗站、液壓控制栗站、回油收集箱和蓄能器站;液壓動力栗站和液壓控制栗站與回油收集箱之間分別由連接管路連通，使回油收集箱中的回液通過連接管路導入液壓控制栗站和液壓動力栗站中；蓄能器站通過大流量快放閥a和進液高壓膠管組與所述沖擊加載液壓缸用于進油的進回液口相接；回油收集箱通過大流量快放閥b和回液高壓膠管組與所述沖擊加載液壓缸用于回油的進回液口相接；
[0008]所述控制系統控制所述液壓系統對試件進行沖擊試驗。
[0009]所述加載液壓缸設有防止活塞高速沖擊缸蓋的緩沖結構;該緩沖結構包括在缸蓋的內部兩端分別加工出的與活塞桿之間形成環形腔的端蓋緩沖結構和在加載液壓缸的活塞桿的活塞兩側分別加工出的其直徑比活塞直徑小、比端蓋緩沖結構內徑略小的活塞桿緩沖結構。
[0010]為適應加載主機臥式使用，在地基上有加載主機臥式使用時支承其下梁和上梁、使加載主機處于水平狀態的兩個凸臺。
[0011 ]為使高壓膠管組能隨加載主機使用狀態的變化而移動，以便使高壓膠管的長度盡量縮短，可在地基上鋪設有與所述加載主機臥式時的軸向平行的導軌，所述液壓動力栗站、液壓控制栗站、回油收集箱和蓄能器站置于該導軌上，在液壓動力栗站、液壓控制栗站、回油收集箱和蓄能器站底部安裝有與該導軌配合的滾輪，液壓動力栗站、液壓控制栗站、回油收集箱和蓄能器站利用其滾輪置于導軌上，可隨加載主機使用狀態的變化一起沿導軌移動。
[0012]為保證試驗過程中的安全，可在加載主機的外圍安裝安全防護罩。
[0013]本發明液壓沖擊試驗機具有以下優點:
[0014]1、采用液壓加載方式提供沖擊加載力，加載力可達上千噸，最高沖擊速度可達20m/s，單次沖擊能量可從500KJ到5000KJ，能夠滿足大噸位高能級沖擊試驗要求。
[0015]2、能對試件進行靜態加載、快速沖擊加載和靜動復合沖擊加載，滿足不同加載試驗要求。
[0016]3、能實現沖擊壓縮試驗和沖擊拉伸實驗，滿足不同支護設備和支護構件試驗要求。
[0017]4、加載主機可采取立式、臥式和傾斜多種使用方式，滿足不同支護設備和支護構件的試驗需要。
【附圖說明】
[0018]附圖為本發明實施例的結構和使用示意圖，其中:
[0019]圖1為沖擊試驗機的加載主機處于臥式狀態的示意圖；
[0020]圖2為圖1的左視圖；
[0021]圖3為圖1中沖擊加載液壓缸、中梁移動油缸、上梁和中梁的組裝圖；
[0022]圖4為圖1中沖擊加載液壓缸的結構示意圖(軸向剖視圖)；
[0023]圖5為沿圖4中A-A剖視圖；
[0024]圖6為液壓沖擊試驗機整體布置示意圖；
[0025]圖7為液壓沖擊試驗機的液壓系統原理圖；
[0026]圖8為加載主機臥式進行拉伸加載試驗的示意圖；
[0027]圖9為加載主機立式進行壓縮沖擊加載試驗的示意圖；
[0028]圖10(a)為加載主機處于臥式狀態的示意圖；
[0029]圖10(b)為加載主機由臥式轉為立式過程中傾斜狀態的示意圖；
[0030]圖10(c)為加載主機處于立式狀態的示意圖。
[0031]圖中符號說明:基礎底座1、銷軸2、下梁3、導柱4、中梁5、上梁6、沖擊加載液壓缸7、缸體7-1、缸蓋7-2、活塞桿7-3、螺栓孔7-4、缸蓋緩沖結構7_5、進回液口 7_6、安裝法蘭7_7、活塞桿緩沖結構7-8、通孔7-9、緩沖縫隙7-10、安裝法蘭孔7-11、中梁移動油缸8、安裝法蘭8-1、安裝法蘭8-2、緊固螺栓9、凸臺10、立臥變幅油缸11、液壓動力栗站12、液壓控制栗站
13、回油收集箱14、蓄能器站15、大流量快放閥a 16、大流量快放閥b 17、進液高壓膠管組18、回液高壓膠管組19、軌道20、控制及數據處理系統21、安全防護罩22、連接管路23、靜載液壓栗24、靜載調壓比例閥25、控制液壓栗26、蓄能器液壓栗27、中梁移動和立臥液壓栗28、靜載蓄能器29、蓄能器調壓比例閥30、液控單向閥a 31、液控單向閥b 32、蓄能器壓力傳感器33、單向閥34、細長試件35、力傳感器36、高度調整墊塊37、試件38、CJ1?CJn為η個蓄能器。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0033]結合圖6，本實施例液壓沖擊試驗機由加載主機、液壓系統和控制系統組成。
[0034]如圖1、圖2和圖3所示，加載主機包括機架、沖擊加載液壓缸7、中梁移動油缸8和立臥變幅油缸11。所述機架由下梁3、上梁6和兩端分別與下梁和上梁通過緊固螺栓9固定連接的四根導柱4構成，四根導柱呈方形布置;下梁通過銷軸2與基礎底座I鉸接，基礎底座固定在地基上;導柱上有可沿導柱軸向滑動的中梁5;中梁的一側通過銷軸與立臥變幅油缸的活塞桿一端鉸接，立臥變幅油缸的活塞桿另一端通過銷軸與地基鉸接，加載主機臥式或立式使用時，與中梁相接的銷軸卸掉;沖擊加載液壓缸的缸體通過安裝法蘭7-7固定安裝在上梁的中心，使沖擊加載油缸的缸體在上梁上固定不動，沖擊加載時由沖擊加載油缸的活塞桿對試件施加力載荷；中梁移動油缸有兩個，分別通過安裝法蘭8-1對稱固定安裝在上梁沖擊加載液壓缸的兩側，兩個中梁移動油缸的活塞桿分別通過安裝法蘭8-2與中梁固定連接，使中梁由中梁移動油缸的活塞桿帶動可沿導柱移動其位置;在地基上構筑前后兩個凸臺10，分別與加載主機臥式使用時的下梁和上梁相對應，對臥式加載主機起支撐作用，并使加載主機處于水平狀態。
[0035]如圖4和圖5所示，沖擊加載液壓缸7包括缸體7-1、缸蓋7-2和活塞桿7-3;為保證沖擊強度，缸體和活塞桿采用整體鍛造后加工制成;活塞桿采用雙出桿對稱結構，活塞桿中間加工有供細長試件從中穿過的通孔7-9，兩端加工有用于安裝試件夾具或力傳感器的螺紋孔7-4;缸體加工有安裝法蘭7-7，在安裝法蘭圓周方向加工若干安裝法蘭孔7-11，通過強力螺栓將加載液壓缸固定安裝在上梁的中心處;在缸體的前部和后部沿圓周方向開設均勻間隔分布的六個徑向大口徑進回油口 7-6(進回油口的口徑尺寸根據要求的沖擊能量和速度確定)，用以增大進回液流道過流斷面面積，以保證足夠的沖擊速度所需的大流量高壓液體能快速通過，并使活塞桿在徑向受力平衡;進行沖擊拉伸和沖擊壓縮不同試驗，只需改變進回液口的進液和回液方向即可。在沖擊加載液壓缸中設有防止活塞高速沖擊缸蓋的緩沖結構，該緩沖結構包括在沖擊加載液壓缸的缸蓋7-2的內部兩端分別加工出與活塞桿7-3之間形成環形腔的端蓋緩沖結構7-5和在沖擊加載液壓缸的活塞桿的活塞兩側分別加工出其直徑比活塞直徑小、比端蓋緩沖結構內徑略小的活塞桿緩沖結構7-8 ；當沖擊加載液壓缸的活塞桿運動到兩端時，活塞桿緩沖結構進入環形腔內，環形腔內的液體由端蓋緩沖結構的內圓與活塞桿緩沖結構的外圓所形成的環形緩沖縫隙7-10中流出，形成對活塞桿的阻力，將活塞桿的速度逐漸降低，起到端部緩沖作用，防止活塞高速沖擊到兩端時與缸蓋形成剛性沖擊損傷部件。
[0036]如圖6所示，液壓系統包括液壓動力栗站12、液壓控制栗站13、回油收集箱14、和蓄能器站15。蓄能器站通過大流量快放閥a 16和進液高壓膠管組18與加載主機的沖擊加載液壓缸用于進油的進回液口相接，回油收集箱14通過大流量快放閥b 17和回液高壓膠管組19與加載主機的沖擊加載液壓缸用于回油的進回液口相接;液壓動力栗站和液壓控制栗站與回油收集箱之間由連接管路23連通，使回油收集箱中的回液通過連接管路導入液壓控制栗站和液壓動力栗站中，供下次加載試驗使用；當加載主機由臥式變