一种应力加载装置的密封结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种应力加载装置的密封结构，其包括加载舱、液压控制系统和伺服油源，加载舱设置在一底座上，加载舱包括轴向水平的后加载盖、环形加载框架和前反力盖，环形加载框架内的底侧设置有水平承放模型的试件台，环形加载框架内的左、右、上侧对应模型的左、右、上表面设置有应力加载组件，所述后加载盖沿轴向对应模型的后表面设置有应力加载组件，所述前反力盖沿轴向对应模型的前表面设置有前反力板。环形加载框架的壁上设置有油路密封连接口和引线密封连接口。底座上沿加载舱的轴向设置有两平行导轨，环形加载框架与后加载盖、前反力盖可拆卸式密封连接。本发明的密封结构能够达到大尺寸、高应力的应力加载装置的密封要求。
【专利说明】
一种应力加载装置的密封结构
技术领域
[0001]本发明涉及地质力学模型试验加载设备，具体是一种用于煤岩工程模拟实验的应力加载装置的密封结构。
【背景技术】
[0002]模型加载系统是地质力学模型试验中一项关键技术，因为它直接关系到模拟效果和精度，也直接影响模型块体内所形成应力(应变)场的相似程度。对模型试验结果能否符合工程实际受力状态起着至关重要的作用。
[0003]现有的模型加载技术中，普遍使用的有如下两种加载方式:一是使用真三轴加载系统对模型加载，如CN 101285808B公开的高地应力真三维加载模型试验系统;二是用柔性橡胶囊对模型加载，如CN 203414356U公开的高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置。在实验精度要求不高的情况下，这两种方式均能解决一些问题。随着工程的不断发展，寻求向深部空间发展已经成为世界范围内岩土工程建设和开发的共同趋势，但受深部高地应力、高地温以及岩体复杂性影响，深部地下空间及结构物的稳定性研究已成为当前重要的科技前沿课题之一，因此利用大比尺的模型在高地应力和高气体压力联合作用下的复杂应力加载装置会是以后模型加载系统的趋势，但是这也对密封系统提出了更高的要求，需要提出一只针对复杂应力加载装置而配套的密封系统，以对高地应力和高气体压力联合作用下复杂应力加载装置的研发提供帮助。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种应力加载装置的密封结构，其能够达到大尺寸、高应力的应力加载装置的密封要求。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种应力加载装置的密封结构的密封结构，其包括加载舱、液压控制系统和伺服油源，所述加载舱设置在一底座上，所述加载舱包括轴向水平的后加载盖、环形加载框架和前反力盖，所述环形加载框架内的底侧设置有水平承放模型的试件台，环形加载框架内的左、右、上侧对应模型的左、右、上表面设置有应力加载组件，所述后加载盖沿轴向对应模型的后表面设置有应力加载组件，所述前反力盖沿轴向对应模型的前表面设置有前反力板。环形加载框架的壁上设置有油路密封连接口和引线密封连接口，应力加载组件通过油路密封连接口与伺服油源连接，在加载舱内设置有测量应力加载组件位移的位移传感器和应力加载组件内压的油压传感器；引线密封连接口处设置有密封法兰，密封法兰的中心部呈圆形凸台，密封法兰的圆周部与环形加载框架的壁螺栓连接，密封法兰的凸台设有若干个沿轴向的通孔，每个通孔内设置有一根接线柱，接线柱通过玻璃烧结密封固定在通孔中，位移传感器和油压传感器通过接线柱与与液压控制系统连接。所述底座上沿加载舱的轴向设置有两平行导轨，后加载盖、环形加载框架和前反力盖的底部分别设置有可在导轨上前后移动的支撑架，环形加载框架与后加载盖、前反力盖可拆卸式密封连接。
[0007]进一步的，所述环形加载框架包括加载环组以及连接于加载环组与后加载盖之间的过渡环，加载环组包括五只加载环，相邻两只加载环之间以及过渡环与其相邻的加载环之间均设有一只定位环，定位环与加载环同轴且两个端面各设有一个密封圈。
[0008]进一步的，所述后加载盖、过渡环、加载环和前反力盖的外环部分通过拉杆沿轴向串接，所述拉杆围绕加载舱的轴心均匀分布有多只，拉杆的尾部紧固有螺母，拉杆的头部安装有螺栓拉拔器，模型处于试验的过程中螺栓拉拔器始终保持有压力使得后加载盖、过渡环、加载环和前反力盖之间密封贴合。
[0009]进一步的，所述加载环的外环部分和支撑架均通过钢板焊接成型，支撑架的上表面与加载环的下表面贴合且通过螺栓紧固，支撑架的下表面对应导轨设置有滚轮。
[0010]进一步的，所述后加载盖包括前部的圆形钢板，圆形钢板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛网状的加强筋架，后加载盖的外侧部包括一环带钢板，环带钢板前端与圆形钢板焊接，环带钢板的内侧面与加强筋架的各端部焊接。
[0011]进一步的，所述加载环和过渡环上均设有油路密封连接口和引线密封连接口，油路密封连接口和引线密封连接口设于加载环的左上壁和/或右上壁。
[0012]进一步的，每只加载环的厚度为400mm，过渡环的厚度为550mm，前反力盖朝后加载盖的一面上固定有一个尺寸为1120 X 1120 X 40mm的钢板，该钢板上粘接有密封用的橡胶垫板。
[0013]本方案的应力加载装置的密封结构，后加载盖、环形加载框架和前反力盖之间的可拆卸式密封连接，且可滑动于底座的导轨上，方便大尺寸模型的取放，通过油路密封连接口和引线密封连接口的密封法兰设计，保证加载舱的密封性。环形加载框架包含加载环组的结构，一方面方便施加阶梯式和分段式应力，另一方面在安装和制造上也更为方便。后加载盖、过渡环、加载环和前反力盖的外环部分通过拉杆围绕轴心串接，保证各部件间的接触面受力均匀，且通过定位环保证同轴度，通过密封圈保证密封性。又为节省制造成本，降低整个装置的重量，且要保证结构强度，本案采取钢板和加强筋的框架结构。本方案还对前反力盖进行了密封设计，以进一步优化密封结构。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的整体结构示意图；
[0015]图2为图1中单个加载环的结构示意图；
[0016]图3为图1中后加载盖的结构示意图；
[0017]图4为图2中密封法兰的结构示意图；
[0018]图5为图1中前反力盖的结构示意图。
[0019]附图标记说明:1-后加载盖;2-加载环;3-过渡环;4-底座;5-前反力盖;6_试件台；7-拉杆;8-应力加载组件;9-引线密封连接口 ； 10-油路密封连接口 ； 11-支撑架；12-安装平台；13-拉杆孔;14-密封法兰;17-滚轮;18-螺栓拉拔器;25-钢板;26-橡胶垫板。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0021]—种应力加载装置的密封结构，包括对实验所用的模型施压的加载舱，加载舱为油压型，其与液压控制系统和伺服油源连接以进行施压和泄压控制。加载舱整体设置在一底座4上，其包括轴向水平的后加载盖1、环形加载框架和前反力盖5，水平承放模型的试件台6设置在环形加载框架内的底侧，环形加载框架内的左侧水平朝右设置应力加载组件8，环形加载框架内的右侧水平朝左设置应力加载组件8，环形加载框架内的上侧垂直朝下设置应力加载组件8，后加载盖I沿轴向朝前设置应力加载组件8，前反力盖5沿轴向朝后设置前反力板，如图1所示。上述应力加载组件8、试件台6和前反力板在加载舱内限位成一个施压空间，模型放置其中受压。模型一般来说采用方型，因此，模型上、左、右、后四个表面对应的应力加载组件8能够实现的三维应力要求。
[0022]环形加载框架的壁上设置有油路密封连接口10和引线密封连接口 9，加载舱内的应力加载组件8通过油路密封连接口 10与伺服油源连接，在加载舱内设置位移传感器和油压传感器以检测必要参数，位移传感器和油压传感器通过引线密封连接口 9与液压控制系统连接，为保证加载舱的密封性，引线密封连接口 9处设置有密封法兰14，密封法兰14的中心部呈圆形凸台，密封法兰14的圆周部与环形加载框架的壁螺栓连接，密封法兰14的凸台设有若干个沿轴向的通孔，每个通孔142内设置有一根接线柱143，接线柱143通过玻璃烧结密封固定在通孔142中，接线柱143的两端均伸出凸台的台面，其两端露出，接线柱143位于加载舱外的一端与液压控制系统连接，接线柱143位于加载舱内的一端与位移传感器和油压传感器连接。密封法兰14可选用不锈钢材质，接线柱143可为导电性能较好的铜材质。接线柱143位于通孔142外的部分套有橡胶套144，橡胶套144将接线柱143胶封绝缘，避免接线柱143之间短路的情况。密封法兰14的通孔142内壁具有沟槽，在玻璃焊接时增加摩擦力，保证牢固性。
[0023]所述底座4上沿加载舱的轴向设置有两平行导轨，后加载盖1、环形加载框架和前反力盖5的底部分别设置有可在导轨上前后移动的支撑架11，环形加载框架与后加载盖1、前反力盖5可拆卸式密封连接，方便模型的放取和实验检测点的设置。
[0024]所述环形加载框架包括由五个加载环2同轴串接到一起的加载环组，相邻两只加载环2之间以及过渡环3与其相邻的加载环2之间均设有一只定位环，定位环与加载环2同轴且两个端面各设有一个密封圈，以保证连接的同轴度和密封性，适应较高应力试验。由于后加载盖I的应力加载组件8凸出盖面，为保证应力加载组件8间的合理间隙，采用过渡环3来连接加载环组与后加载盖I，过渡环3内不设应力加载组件8，在于方便结构上的安排。每个加载环2对应左、右、上侧的应力加载组件设置安装平台12以供安装。各个加载环2内上侧的应力加载组件8组成了整个加载舱对应模型上表面的应力加载组件8，同样地，模型左、右表面对应的应力加载组件8也是此结构。每个应力加载组件8都有一对独立的进出油路实现独立控制，实现模型单个受力面的均匀或非均匀的阶梯式应力施加。
[0025]加载环2、过渡环3、前反力盖5和后加载盖I上设拉杆孔13，可采用二十根M130mm的高强长拉杆7穿过所有加载环2、过渡环3、前反力盖5和后加载盖I，并用螺母紧固。为避免拉杆7在地应力荷载和高压气体压力作用下伸长变形后试验装置各组件之间产生间隙，在后加载盖I外拉杆7的端头，安装一个螺栓拉拔器18。所有螺栓拉拔器18的进、出油路并联，通过螺栓拉拔器18对所有拉杆7施加预应力后用螺母锁紧拉杆，试验时所有螺栓拉拔器18始终保持一定压力，以此来保证加载舱的密封效果。
[0026]对于加载环2的框架，如图2所示，加载环2的外环部分和支撑架11均通过优质钢板焊接成型，在减轻环体质量的同时还需保证结构的强度，支撑架11的上表面与加载环2的下表面贴合且通过螺栓紧固，支撑架11的下表面对应导轨设置滚轮17。过渡环3的框架类似。
[0027]对于后加载盖I的框架，如图3所示，包括位于前部的圆形钢板，而为避免圆形钢板在施力过程中变形，保证强度，圆形钢板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛网状的加强筋架，后加载盖I的外侧部包括一环带钢板，环带钢板前端与圆形钢板焊接，环带钢板的内侧面与加强筋架的各端部焊接。对应的，前反力盖5的框架也可采取类似结构。
[0028]所述加载环2和过渡环3上均设有油路密封连接口10和引线密封连接口 9，油路密封连接口 10和引线密封连接口 9分布于加载环2的左上壁和右上壁。油路密封连接口 10和引线密封连接口 9的结构类似，均采用密封法兰14的连接形式，如图4所示的油路密封连接口10的密封法兰14，其中心部对应油路设置多个油管通道15，边缘一周分布多个螺栓孔16，以便通过螺栓连接于加载环2或过渡环3壁上的开口处。
[0029]为满足大尺寸模型的试验，每只加载环2的厚度为400mm，过渡环3的厚度为550mm，前反力盖5朝后加载盖的一面上固定有一个尺寸为1120 X 1120 X40mm的钢板25。为防止高压气体在钢板25与模型接触的平面产生泄露，钢板25与模型接触的平面的中心位置设计一道直径为320mm的密封环，上粘接有密封用的橡胶垫板26，橡胶垫板26与试验模型前端面紧密接触。试验时，为达到更佳的效果，模型的前端面用环氧树脂浸透一个Icm厚度的环氧树脂层，橡胶垫板26与模型前端的环氧树脂层紧密接触，形成前反力盖5的密封结构。
【主权项】
1.一种应力加载装置的密封结构的密封结构，包括加载舱、液压控制系统和伺服油源，所述加载舱设置在一底座上，其特征在于:所述加载舱包括轴向水平的后加载盖、环形加载框架和前反力盖，所述环形加载框架内的底侧设置有水平承放模型的试件台，环形加载框架内的左、右、上侧对应模型的左、右、上表面设置有应力加载组件，所述后加载盖沿轴向对应模型的后表面设置有应力加载组件，所述前反力盖沿轴向对应模型的前表面设置有前反力板； 环形加载框架的壁上设置有油路密封连接口和引线密封连接口，应力加载组件通过油路密封连接口与伺服油源连接，在加载舱内设置有测量应力加载组件位移的位移传感器和应力加载组件内压的油压传感器；引线密封连接口处设置有密封法兰，密封法兰的中心部呈圆形凸台，密封法兰的圆周部与环形加载框架的壁螺栓连接，密封法兰的凸台设有若干个沿轴向的通孔，每个通孔内设置有一根接线柱，接线柱通过玻璃烧结密封固定在通孔中，位移传感器和油压传感器通过接线柱与液压控制系统连接； 所述底座上沿加载舱的轴向设置有两平行导轨，后加载盖、环形加载框架和前反力盖的底部分别设置有可在导轨上前后移动的支撑架，环形加载框架与后加载盖、前反力盖可拆卸式密封连接。2.根据权利要求1所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:所述环形加载框架包括加载环组以及连接于加载环组与后加载盖之间的过渡环，加载环组包括五只加载环，相邻两只加载环之间以及过渡环与其相邻的加载环之间均设有一只定位环，定位环与加载环同轴且两个端面各设有一个密封圈。3.根据权利要求1或2所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:所述后加载盖、过渡环、加载环和前反力盖的外环部分通过拉杆沿轴向串接，所述拉杆围绕加载舱的轴心均匀分布有多只，拉杆的尾部紧固有螺母，拉杆的头部安装有螺栓拉拔器，模型处于试验的过程中螺栓拉拔器始终保持有压力使得后加载盖、过渡环、加载环和前反力盖之间密封贴合。4.根据权利要求3所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:所述加载环的外环部分和支撑架均通过钢板焊接成型，支撑架的上表面与加载环的下表面贴合且通过螺栓紧固，支撑架的下表面对应导轨设置有滚轮。5.根据权利要求4所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:所述后加载盖包括前部的圆形钢板，圆形钢板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛网状的加强筋架，后加载盖的外侧部包括一环带钢板，环带钢板前端与圆形钢板焊接，环带钢板的内侧面与加强筋架的各端部焊接。6.根据权利要求1、2、4、5中任一项所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:所述加载环和过渡环上均设有油路密封连接口和引线密封连接口，油路密封连接口和引线密封连接口设于加载环的左上壁和/或右上壁。7.根据权利要求6所述的一种应力加载装置的密封结构，其特征在于:每只加载环的厚度为400mm，过渡环的厚度为550mm，前反力盖朝后加载盖的一面上固定有一个尺寸为1120X 1120 X 40mm的钢板，该钢板上粘接有密封用的橡胶垫板。
【文档编号】F16J15/10GK106018104SQ201610326236
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】卢义玉, 顾金才, 李晓红, 夏彬伟, 王海洋, 葛兆龙, 贾金龙, 喻鹏
【申请人】重庆大学