一种散体充填材料多向加载试验系统的制作方法

本发明涉及一种散体充填材料多向加载试验系统，属于充填材料实验技术领域。

背景技术：

当散体充填材料被充填入采空区后，为达到较好的充填效果，充填采煤液压支架后部的夯实系统将对充填材料施加一定的夯实力。但夯实力的方向与上覆岩层作用于充填材料的方向不一致，而目前研究夯实力对充填材料压实特性的影响时，均是近似将轴向应力加载方向视为夯实力作用方向，模拟夯实力对充填材料的作用，导致试验结果与实际有所偏差。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种散体充填材料多向加载试验系统，解决目前试验研究所面临的一系列问题，为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，包括轴向加载系统、加载箱体、侧向加载系统和数据监测与采集系统；所述加载箱体放置于电液伺服万能试验机上；所述轴向加载系统通过电液伺服万能试验机进行轴向加载；所述侧向加载系统用于对加载箱体提供侧向加载压力；所述数据监测与采集系统用于采集侧向加载系统、轴向加载系统的数据。

前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述数据监测与采集装置包括拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器、控制器、mcgs组态软件和主控模块；所述拉杆式位移传感器、轮辐式压力传感器、压力变送器均固定在侧向加载系统中，位移与压力物理量通过模拟量输入输出模块进行信号采集，并传输到控制器；所述控制器与mcgs组态软件相连接，对数据进行存储，存储至数据库的数据导入到excel文件中，对数据进行处理。

前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述侧向加载系统包括液压泵站、加载油缸、控制箱、液压油管、肋板和弧形支撑；所述肋板和弧形支撑用于连接加载箱体；所述液压泵站上装有压力表和溢流阀，通过液压油管与加载油缸相连接；所述控制箱上安装有控制按钮，包括电机的启动按钮、停止按钮，加载油缸的加载按钮、卸载按钮和急停按钮。

前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述加载油缸上安装有单向节流阀，其前端通过销子连接轮辐式压力传感器；所述轮辐式压力传感器直接作用于侧向加载系统的侧向压板上。

前述的一种散体充填材料多向加载试验系统，其特征是，所述加载箱体包括金属底座、侧压板、前侧板、左侧板、右侧板和上盖板；所述左侧板、右侧板均与前侧板之间焊接加强筋；所述左侧板、右侧板、前侧板与上盖板、金属底座之间通过螺栓连接；所述金属底座上焊接所述肋板与弧形支撑结构；所述加载油缸通过法兰与肋板固定，通过弧形支撑结构与金属底座固定。

本发明所达到的有益效果：本试验系统可同时实现对充填材料试样的侧向与轴向加载，与现场实际情况更加吻合，数据更可靠，可准确地测试夯实作用对充填材料压实特性的影响规律，从而为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑，更好地指导充填采煤工作面的设计与生产，为充填采煤关键工程参数的设计提供理论支撑。

附图说明

图1是散体充填材料多向加载试验系统整体示意图；

图2(a)是侧向加载系统与加载箱体的主视图；

图2(b)是侧向加载系统与加载箱体的俯视图。

图中附图标记的含义：

1-轴向加载系统，2-加载箱体，3-侧向加载系统，4-数据监测与采集系统，5-电液伺服万能试验机，6-电脑，7-控制器，8-金属底座，9-肋板，10-弧形支撑，11-侧压板，12-前侧板，13-侧板，14-上盖板，15-螺栓，16-加载油缸，17-加强筋，18-液压泵站，19-控制箱，20-压力表，21-轮辐式压力传感器，22-拉杆式位移传感器，23-压力变送器，24-笔记本电脑，25-模拟量输入输出模块，26-plc控制器，27-法兰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

所述的散体充填材料多向加载试验系统，包括轴向加载系统1、加载箱体2、侧向加载系统3和数据监测与采集系统4四部分。

所述的轴向加载系统需要依托电液伺服万能试验机5，加载箱体2放在其工作台上，由电脑6及控制器7操纵电液伺服万能试验机进行轴向加载。

试验时，首先打开电脑6的显示器与主机，然后打开控制器7，启动电脑6上的试验软件，打开电液伺服万能试验机5上的液压源，并至少预热15分钟。将加载箱体2放到电液伺服万能试验机5的试验台上，然后在试验软件上设置加载载荷或加载速率，点击试验窗口的“运行”按钮，开始进行轴向加载试验。

所述的加载箱体主要由金属底座8、侧压板11、前侧板12、左右侧板13、上盖板14、螺栓15组成。左右侧板13与前侧板12均焊接加强筋17，来提高箱体的强度，左右侧板13、前侧板12与上盖板14、底座8之间通过螺栓15连接，并与侧压板11组成充填材料试样的装料空间。

加载箱体2主要用于轴向与侧向加载试验时盛装试验材料，进行试验时，首先按照上述描述将加载箱体2组装好，并将位移传感器22、压力传感器21归零，然后将制备好的试样分3～6层装入加载箱体2内；当装完每层后，对试样进行一定的预压，直到所有分层装料完毕，并记录每组试样的装料质量，将加载箱体2置于电液伺服万能试验机5的试台上。

所述的侧向加载系统主要由液压泵站18、加载油缸16、控制箱19、压力表20、液压油管、溢流阀、肋板9和弧形支撑10组成。金属底座8上焊接肋板9与弧形支撑结构10，加载油缸16通过法兰27与肋板9固定，通过弧形支撑结构10与底座8固定，从而为充填材料提供侧向加载压力。加载油缸16上加装单向节流阀，侧向加载后能够限制油缸16的位移，其活塞杆前段中心钻取孔径16mm、深度30mm的孔，通过销子与轮辐式压力传感器21连接，可监测油缸的加载压力，且进行轴向加载时，能够实时监测充填材料的侧向压力，轮辐式传感器21直接作用于侧压板11上。液压泵站18上装有压力表20和溢流阀，两者相互配合可调节侧向加载的压力值，并通过液压油管与加载油缸16相连接。控制箱19用来控制电机的启动、加载油缸16的加卸载，加卸载主要是通过液压泵站18上的电磁阀进行控制，并设有急停按钮，保证充填材料压实力学特性试验的安全进行。

进行侧向加载试验时，需要将位于电液伺服万能试验机5试台上的加载箱体2装满后，通过螺栓15将上盖板14连接固定，然后进行试验。

所述的数据监测与采集装置4主要由拉杆式位移传感器22、轮辐式压力传感器21、压力变送器23、plc控制器26、mcgs组态软件和笔记本电脑24组成。拉杆式位移传感器22固定在加载油缸16上部，实时监测加载油缸16的位移；压力变送器23通过三通安装在液压泵站18上，可实时监测试验过程中的油压变化。位移传感器22、压力传感器21、压力变送器23均是将位移、压力转化为电流信号，通过模拟量输入输出模块25进行信号采集，并传输到控制器26，完成数据采集。plc控制器26与mcgs组态软件进行连接，建立数据通道，对数据进行存储，存储至数据库的数据可导入到excel文件中，从而对数据进行处理。

按照上述描述将接据监测与采集装置4连接好，接通液压泵站18的电机、各类传感器与plc等设备的电源，然后打开mcgs软件对压力、位移进行监测；根据此次试验方案所设定的侧向应力对应计算油压值，在压力表20上将需要的油压值调好，通过控制箱19对试验材料进行加载，并实时监测与记录侧向加载过程中的侧向压力与位移。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。