一种液压冲击试验机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及煤矿支护设备抗冲击性能检测，特别是一种能够对支护设备进行静态加载、冲击加载和静动复合加载，且可采取立式、卧式和倾斜方式使用的大吨位高能级液压冲击试验机。
【背景技术】
[0002]煤矿冲击地压发生时间短暂且释放能量巨大，煤矿防冲支护设备在承受围岩静载的同时遭受突发的冲击载荷作用，易造成严重的安全事故和经济损失。对于冲击地压矿井而言，单纯高刚度支护不再适用，急需研发刚柔耦合一体式防冲支护装备，以改善支护体系。在研究、设计以及使用防冲支护设备时，需对支护设备进行相应的抗冲击性能检测与试验，包括特型支护构件的静动复合冲击压缩试验;防冲锚杆、锚索快速拉伸试验及静动复合加载试验;对防冲支架进行整体静载实验、冲击试验及静动复合加载试验等。
[0003]现有的冲击试验设备，有金属摆锤试验机，落锤式冲击试验机，霍普金森压杆冲击试验机和高速电液伺服冲击试验机等。其中，金属摆锤试验机专用于测试金属抗剪断韧性，不能进行拉压试验;落锤式冲击试验机是靠提升重物来实现垂直方向的冲击，不能进行静动复合加载;霍普金森压杆冲击试验机可实现高速冲击试验，但只限于对小尺寸试件进行低能级冲击试验;高速电液伺服冲击试验机只能用于材料的冲击性能检测，不能进行大型设备的冲击试验。而且，这些冲击试验机的加载方式仅限于动态加载，不能进行静动复合加载。另外，对细长类零件(长度从2米到10多米)，如防冲锚杆、防冲锚索等零件的复合冲击试验，要求试验设备卧式使用；对位于倾斜巷道中使用的支护设备进行复合冲击试验要求倾斜使用(模拟重力分量对防冲支护设备的冲击)；对水平巷道支护设备进行复合冲击试验要求立式使用，这些冲击试验机均不能同时满足立式、卧式和倾斜使用的要求。
【发明内容】
[0004]针对上述现有冲击试验机存在不足，本发明的目的是提供一种能够对支护设备进行静态加载、冲击加载和静动复合加载，且可立式、卧式和倾斜使用的大吨位高能级液压冲击试验机，以满足冲击地压矿井防冲支护装备研发与试验的要求。
[0005]为实现这一目的，本发明提供的液压冲击试验机，包括加载主机、液压系统和控制系统；
[0006]所述加载主机由机架、冲击加载液压缸、中梁移动油缸和立卧变幅油缸组成;机架由下梁、上梁和两端分别与下梁和上梁固定连接的四根导柱组成，导柱上有可沿导柱轴向滑动的中梁；中梁与所述立卧变幅油缸的活塞杆一端铰接，立卧变幅油缸的活塞杆另一端通过销轴与地基铰接;所述冲击加载液压缸的缸体固定安装在上梁的中心;所述中梁移动油缸的活塞杆与中梁固定连接，中梁移动油缸的缸体固定安装在上梁上;所述冲击加载液压缸包括缸体、缸盖和活塞杆，活塞杆采用双出杆对称结构，活塞杆中间加工有供细长类试件从中穿过的通孔，两端加工有用于安装试件夹具或力传感器的螺纹孔；
[0007]所述液压系统包括液压动力栗站、液压控制栗站、回油收集箱和蓄能器站;液压动力栗站和液压控制栗站与回油收集箱之间分别由连接管路连通，使回油收集箱中的回液通过连接管路导入液压控制栗站和液压动力栗站中；蓄能器站通过大流量快放阀a和进液高压胶管组与所述冲击加载液压缸用于进油的进回液口相接；回油收集箱通过大流量快放阀b和回液高压胶管组与所述冲击加载液压缸用于回油的进回液口相接；
[0008]所述控制系统控制所述液压系统对试件进行冲击试验。
[0009]所述加载液压缸设有防止活塞高速冲击缸盖的缓冲结构;该缓冲结构包括在缸盖的内部两端分别加工出的与活塞杆之间形成环形腔的端盖缓冲结构和在加载液压缸的活塞杆的活塞两侧分别加工出的其直径比活塞直径小、比端盖缓冲结构内径略小的活塞杆缓冲结构。
[0010]为适应加载主机卧式使用，在地基上有加载主机卧式使用时支承其下梁和上梁、使加载主机处于水平状态的两个凸台。
[0011 ]为使高压胶管组能随加载主机使用状态的变化而移动，以便使高压胶管的长度尽量缩短，可在地基上铺设有与所述加载主机卧式时的轴向平行的导轨，所述液压动力栗站、液压控制栗站、回油收集箱和蓄能器站置于该导轨上，在液压动力栗站、液压控制栗站、回油收集箱和蓄能器站底部安装有与该导轨配合的滚轮，液压动力栗站、液压控制栗站、回油收集箱和蓄能器站利用其滚轮置于导轨上，可随加载主机使用状态的变化一起沿导轨移动。
[0012]为保证试验过程中的安全，可在加载主机的外围安装安全防护罩。
[0013]本发明液压冲击试验机具有以下优点:
[0014]1、采用液压加载方式提供冲击加载力，加载力可达上千吨，最高冲击速度可达20m/s，单次冲击能量可从500KJ到5000KJ，能够满足大吨位高能级冲击试验要求。
[0015]2、能对试件进行静态加载、快速冲击加载和静动复合冲击加载，满足不同加载试验要求。
[0016]3、能实现冲击压缩试验和冲击拉伸实验，满足不同支护设备和支护构件试验要求。
[0017]4、加载主机可采取立式、卧式和倾斜多种使用方式，满足不同支护设备和支护构件的试验需要。
【附图说明】
[0018]附图为本发明实施例的结构和使用示意图，其中:
[0019]图1为冲击试验机的加载主机处于卧式状态的示意图；
[0020]图2为图1的左视图；
[0021]图3为图1中冲击加载液压缸、中梁移动油缸、上梁和中梁的组装图；
[0022]图4为图1中冲击加载液压缸的结构示意图(轴向剖视图)；
[0023]图5为沿图4中A-A剖视图；
[0024]图6为液压冲击试验机整体布置示意图；
[0025]图7为液压冲击试验机的液压系统原理图；
[0026]图8为加载主机卧式进行拉伸加载试验的示意图；
[0027]图9为加载主机立式进行压缩冲击加载试验的示意图；
[0028]图10(a)为加载主机处于卧式状态的示意图；
[0029]图10(b)为加载主机由卧式转为立式过程中倾斜状态的示意图；
[0030]图10(c)为加载主机处于立式状态的示意图。
[0031]图中符号说明:基础底座1、销轴2、下梁3、导柱4、中梁5、上梁6、冲击加载液压缸7、缸体7-1、缸盖7-2、活塞杆7-3、螺栓孔7-4、缸盖缓冲结构7_5、进回液口 7_6、安装法兰7_7、活塞杆缓冲结构7-8、通孔7-9、缓冲缝隙7-10、安装法兰孔7-11、中梁移动油缸8、安装法兰8-1、安装法兰8-2、紧固螺栓9、凸台10、立卧变幅油缸11、液压动力栗站12、液压控制栗站
13、回油收集箱14、蓄能器站15、大流量快放阀a 16、大流量快放阀b 17、进液高压胶管组18、回液高压胶管组19、轨道20、控制及数据处理系统21、安全防护罩22、连接管路23、静载液压栗24、静载调压比例阀25、控制液压栗26、蓄能器液压栗27、中梁移动和立卧液压栗28、静载蓄能器29、蓄能器调压比例阀30、液控单向阀a 31、液控单向阀b 32、蓄能器压力传感器33、单向阀34、细长试件35、力传感器36、高度调整垫块37、试件38、CJ1?CJn为η个蓄能器。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0033]结合图6，本实施例液压冲击试验机由加载主机、液压系统和控制系统组成。
[0034]如图1、图2和图3所示，加载主机包括机架、冲击加载液压缸7、中梁移动油缸8和立卧变幅油缸11。所述机架由下梁3、上梁6和两端分别与下梁和上梁通过紧固螺栓9固定连接的四根导柱4构成，四根导柱呈方形布置;下梁通过销轴2与基础底座I铰接，基础底座固定在地基上;导柱上有可沿导柱轴向滑动的中梁5;中梁的一侧通过销轴与立卧变幅油缸的活塞杆一端铰接，立卧变幅油缸的活塞杆另一端通过销轴与地基铰接，加载主机卧式或立式使用时，与中梁相接的销轴卸掉;冲击加载液压缸的缸体通过安装法兰7-7固定安装在上梁的中心，使冲击加载油缸的缸体在上梁上固定不动，冲击加载时由冲击加载油缸的活塞杆对试件施加力载荷；中梁移动油缸有两个，分别通过安装法兰8-1对称固定安装在上梁冲击加载液压缸的两侧，两个中梁移动油缸的活塞杆分别通过安装法兰8-2与中梁固定连接，使中梁由中梁移动油缸的活塞杆带动可沿导柱移动其位置;在地基上构筑前后两个凸台10，分别与加载主机卧式使用时的下梁和上梁相对应，对卧式加载主机起支撑作用，并使加载主机处于水平状态。
[0035]如图4和图5所示，冲击加载液压缸7包括缸体7-1、缸盖7-2和活塞杆7-3;为保证冲击强度，缸体和活塞杆采用整体锻造后加工制成;活塞杆采用双出杆对称结构，活塞杆中间加工有供细长试件从中穿过的通孔7-9，两端加工有用于安装试件夹具或力传感器的螺纹孔7-4;缸体加工有安装法兰7-7，在安装法兰圆周方向加工若干安装法兰孔7-11，通过强力螺栓将加载液压缸固定安装在上梁的中心处;在缸体的前部和后部沿圆周方向开设均匀间隔分布的六个径向大口径进回油口 7-6(进回油口的口径尺寸根据要求的冲击能量和速度确定)，用以增大进回液流道过流断面面积，以保证足够的冲击速度所需的大流量高压液体能快速通过，并使活塞杆在径向受力平衡;进行冲击拉伸和冲击压缩不同试验，只需改变进回液口的进液和回液方向即可。在冲击加载液压缸中设有防止活塞高速冲击缸盖的缓冲结构，该缓冲结构包括在冲击加载液压缸的缸盖7-2的内部两端分别加工出与活塞杆7-3之间形成环形腔的端盖缓冲结构7-5和在冲击加载液压缸的活塞杆的活塞两侧分别加工出其直径比活塞直径小、比端盖缓冲结构内径略小的活塞杆缓冲结构7-8 ；当冲击加载液压缸的活塞杆运动到两端时，活塞杆缓冲结构进入环形腔内，环形腔内的液体由端盖缓冲结构的内圆与活塞杆缓冲结构的外圆所形成的环形缓冲缝隙7-10中流出，形成对活塞杆的阻力，将活塞杆的速度逐渐降低，起到端部缓冲作用，防止活塞高速冲击到两端时与缸盖形成刚性冲击损伤部件。
[0036]如图6所示，液压系统包括液压动力栗站12、液压控制栗站13、回油收集箱14、和蓄能器站15。蓄能器站通过大流量快放阀a 16和进液高压胶管组18与加载主机的冲击加载液压缸用于进油的进回液口相接，回油收集箱14通过大流量快放阀b 17和回液高压胶管组19与加载主机的冲击加载液压缸用于回油的进回液口相接;液压动力栗站和液压控制栗站与回油收集箱之间由连接管路23连通，使回油收集箱中的回液通过连接管路导入液压控制栗站和液压动力栗站中，供下次加载试验使用；当加载主机由卧式变