本发明涉及一种高压压力试验研究领域，尤其涉及高温高压流变仪用液压式轴压发生装置及其使用方法，既可应用于实验室超高压压力试验研究，也可用于地球科学研究、航空航天、船舶工业、材料成型、石油化工等各技术领域的超高压压力设备。
背景技术：
液压技术和测控系统的发展使得超高压液压研究应用得到飞速进步。高温高压流变仪是地球深部探究中的先进实验仪器，研究结果的可靠性很大程度上取决于围压压力、轴向应变和加热系统的控制精度。流变仪通过控制变形柱塞的移动速度和挤压力大小来模拟轴向高压环境，进行流变学实验研究。进行变形实验时，流变的速率在10-2～10-7/s，要求轴向应变运动速度低而且范围宽，同时精度要高。在常用的高温高压流变设备中，围压系统已发展成为液压传动，轴压传动仍多以“电机+减速器+滚珠丝杠”的传统形式为主。同时由于电机低速性能不明确，机械传动中往往采用多级高减速比减速器串联来保证对小进给的控制。而在实际应用中发现，这种多级机械传动产生的噪声会对流变实验中声波、振动检测产生一定程度的干扰，因此基于超高压技术对流变仪轴压系统进行液压式改造是有意义的。
在实现流变仪轴压液压式改造进程中，如何精确控制轴压低速率进给是关键问题，这就关系到如何控制小的进口流量，尤其是在超高压阶段。市场上的快速开关阀响应速度较慢，达不到要求的切换频率，无法满足实验需求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种可实现低压快速加压、超高压低速率进给的高温高压流变仪用液压式轴压发生装置及其使用方法。
本发明所采用的技术方案为：一种高温高压流变仪用液压式轴压发生装置，其包括油箱、油泵、柱塞缸、增压油缸、控制器，所述油泵的输入管道与油箱相连，输出管道分别连接有三条油路，第一条油路通过泄油管路与油箱相连，第二条油路与柱塞缸的进油口相连，第三条油路与增压缸的无杆腔相连，在增压油缸的两端配置有检测元件，所述增压缸的活塞杆端与高温高压流变仪的压杆相配置，所述柱塞缸的活塞杆端通过柱塞缸驱动装置驱动，所述增压缸的缸径比柱塞缸的缸径小，两者存在比例差，所述控制器分别与检测元件和柱塞缸驱动装置相连。
按上述技术方案，在油泵的输出管路上安设有第一液压阀，在第二条油路的入口设有第二液压阀，在第三条油路的入口设有第三液压阀。
按上述技术方案，所述泄油管路包括电控伺服阀和手动溢流阀，两者相互并联后与油箱相连。
按上述技术方案，所述柱塞缸驱动装置包括第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴通过传动机构与柱塞缸的活塞杆端相连，用于驱动柱塞缸的活塞杆做往复直线运动。
按上述技术方案，所述油泵通过第一伺服电机驱动油泵工作。
按上述技术方案，所述柱塞缸为单活塞式液压缸，在柱塞缸的两端分别设有一个限位开关，当其活塞杆接触到其中一个限位开关时，第二伺服电机会自动停止工作。
按上述技术方案，所述检测元件包括位移传感器和压力传感器。
按上述技术方案，所述第一液压阀、第二液压阀和第三液压阀均为手动液压阀。
按上述技术方案，所述柱塞缸和增压缸的缸径比为：1:8～1:12。
一种高温高压流变仪用液压式轴压发生装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、提供如上所述的高温高压流变仪用液压式轴压发生装置；
S2、进行轴向初期加压步骤，具体为：打开第一、第二、第三液压阀，启动第一伺服电机驱动油泵将液压油传至第一液压阀，带有压力的液压油在分别经过第二条油路和第三条油路后分别进入到增压油缸及柱塞缸；
S3、进行流变实验步骤，具体为：轴向低速进给时，关闭油泵输出管路上的第一液压阀，并打开第二条油路上的第二液压阀和第三条油路上的第三液压阀，启动第二伺服电机，在第二伺服电机的带动下柱塞缸的活塞不断向无杆腔前进，油液经第三条油路后进入增压油缸，同时实时反馈压力传感器与位置传感器的数值，对第二伺服电机进行全闭环控制，缓慢加压直到达到目标之后自动保压；
S4、进行补压步骤，具体为：调整电控伺服阀和手动溢流阀，关闭第三条油路上的第三液压阀，打开第一、第二液压阀，启动油泵及第二伺服电机对柱塞缸进行补压工作，补压完成后柱塞缸可继续对增压油缸进行保压与进给任务；
S5、进行返程低速退压步骤，关闭第一液压阀，打开第二、第三液压阀，启动第二伺服电机进行慢速反转，带动活塞杆后退实现退压工作，从而带动增压油缸活塞后退，实现压杆与样品的分离；
S6、当退压到安全压力范围内时，关闭第二液压阀，通过控制电控伺服阀实现快速退压。
本发明的工作原理为：本发明通过将柱塞缸液压缸反用，通过传动机构与活塞杆的连接将第二伺服电机的回转运动转换为直线运动，推进柱塞缸液体进给从而实现对增压缸油液的补给；同时通过增压油缸缸径远大于柱塞缸缸径的设计，可以解决传动中进给小而第二伺服电机转速又不能过小的矛盾，合理设计两个液压缸的缸径比例可在有效达到超高轴压要求的同时通过转换关系实现油缸活塞小进给的精确控制。
本发明所取得的有益效果为：
1、本发明通过有限元件的不同组合实现轴压的快速加压、低速进给、精确保压、补压以及返程工作，全程运行平稳，噪声小。
2、本装置采用伺服电机、伺服阀、柱塞缸控制增压油缸的低压侧实现对超高压压力的控制，系统均为常用液压元件，易采购，制造周期短，成本低。
3、本装置采用液压式传动方式，能有效实现大、小流量的精确控制，具有加压进给、保压控制、补压、返程功能，能达到轴向流变实验要求，解决机械传动中存在的干扰问题，运行平稳可靠，该装置可作为实验研究装置，也能用于需要超高压的冶金、材料成型等其他场合。
附图说明
图1为本发明提供的高温高压流变仪用液压式轴压发生装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种高温高压流变仪用液压式轴压发生装置，其包括油箱1、过滤器2、油泵3、单向阀5、柱塞缸13、增压油缸11，控制器。所述油泵3通过第一伺服电机4驱动油泵工作，所述油泵3的输入管道通过过滤器2与油箱1相连，输出管道分别连接有三条油路，第一条油路通过泄油管路与油箱相连，第二条油路与柱塞缸13的进油口相连，第三条油路与增压缸11的无杆腔相连，在增压油缸11的两端配置有检测元件10，所述增压缸11的活塞杆端与高温高压流变仪的压杆相配置，所述柱塞缸13的活塞杆端通过柱塞缸驱动装置驱动，所述柱塞缸的缸径比增压缸的缸径小，两者存在比例优选1:10，所述控制器分别与检测元件10和柱塞缸驱动装置相连，其中，所述检测元件10包括位移传感器和压力传感器。
本实施例中，在油泵3的输出管路上安设有第一液压阀6，在第二条油路的入口设有第二液压阀12，在第三条油路的入口设有第三液压阀9，本实施例中，所述第一液压阀6、第二液压阀12和第三液压阀9均为超高压手动液压阀。增压油缸11为超高压增压油缸(在现有设备下高压端压力可达120MPa)。
本实施例中，所述泄油管路包括电控伺服阀8和手动溢流阀7，两者相互并联后与油箱1相连。
本实施例中，所述柱塞缸驱动装置包括第二伺服电机14，第二伺服电机的输出轴通过减速器及传动机构与柱塞缸的活塞杆端相连，用于驱动柱塞缸的活塞杆做往复直线运动。,所述柱塞缸13为单活塞式液压缸，在柱塞缸的两端分别设有一个限位开关，当其活塞杆接触到其中一个限位开关时，第二伺服电机会自动停止工作。
本装置采用伺服电机、伺服阀、柱塞缸控制增压油缸的低压侧实现对超高压压力的控制，系统均为常用液压元件，易采购，制造周期短，成本低。
本发明还提供了一种高温高压流变仪用液压式轴压发生装置的使用方法，包括如下步骤：
S1、提供如上所述的高温高压流变仪用液压式轴压发生装置；
S2、进行轴向初期加压步骤，具体为：打开第一、第二、第三液压阀(6，12，9)，启动第一伺服电机4驱动油泵3将液压油传至第一液压阀6，带有压力的液压油在分别经过第二条油路和第三条油路后分别进入到增压油缸11及柱塞缸13的无杆腔端，一方面实现对增压油缸的大流量补给，另一方面可实现对柱塞缸的油液补充；
S3、进行流变实验步骤，具体为：轴向低速进给时，关闭油泵3输出管路上的第一液压阀6，并打开第二条油路上的第二液压阀12和第三条油路上的第三液压阀9，启动第二伺服电机14，在第二伺服电机14的带动下柱塞缸13的活塞不断向无杆腔前进，油液经第三条油路后进入增压油缸11，同时实时反馈压力传感器与位置传感器的数值，对第二伺服电机14进行全闭环控制，缓慢加压直到达到目标之后自动保压；
S4、进行补压步骤，具体为：调整电控伺服阀8和手动溢流阀7，关闭第三条油路上的第三液压阀9，打开第一、第二液压阀(6，12)，启动油泵3及第二伺服电机14对柱塞缸13进行补压工作，补压完成后柱塞缸13可继续对增压油缸11进行保压与进给任务；
S5、进行返程低速退压步骤，关闭第一液压阀6，打开第二、第三液压阀(12，9)，启动第二伺服电机14进行慢速反转，带动活塞杆后退实现退压工作，从而带动增压油缸11活塞后退，实现压杆与样品的分离；为保证返程顺利进行，在退压任务进行前，可先关闭第三液压阀，打开手动溢流阀和第二伺服电机14将柱塞缸13中液压油排净，以备有足够空间退压；
S6、当退压到安全压力范围内时，关闭第二液压阀12，通过控制电控伺服阀8实现快速退压。