精密旋轉(zhuǎn)巖石試驗機電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、巖石力學(xué)試驗機的發(fā)展水平?jīng)Q定著多項研究的深度與廣度?，F(xiàn)有的巖石力學(xué)試驗機大多只能通過加載，獲得巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線等宏觀力學(xué)特性，但無法獲知巖石內(nèi)部的細觀結(jié)構(gòu)破裂演進機制及內(nèi)部物質(zhì)運移規(guī)律。本課題致力于研制一種新型的巖石力學(xué)試驗機，在對巖石進行加載的同時，借助高能加速器CT技術(shù)，實現(xiàn)壓裂過程的實時成像，這就需要試驗機在加載的同時精密旋轉(zhuǎn)。
　　根據(jù)新型試驗機的工況，論文提出了一種全新的機械結(jié)構(gòu)，并針對新結(jié)構(gòu)，完成了試驗機電液伺服系

2、統(tǒng)的各項設(shè)計。通過對系統(tǒng)的建模和仿真，證明了方案的可行性。最后，完成了試驗機的加工、組裝、調(diào)試，并進行了加載實驗。
　　新型試驗機沒有采用傳統(tǒng)的支柱式反力架結(jié)構(gòu)，而是用壓力室室壁充當(dāng)反力架。這種結(jié)構(gòu)可以使軸向加載時的劇烈變載荷成為試驗機的內(nèi)力，從而保證了旋轉(zhuǎn)精度，為CT成像創(chuàng)造了條件。論文完成了試驗機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、液壓回路設(shè)計、泵站設(shè)計、供液系統(tǒng)設(shè)計、電控系統(tǒng)設(shè)計、密封設(shè)計等。加工并組裝了伺服缸、增壓缸、壓力室、通液板、通液法蘭

3、、液壓集成板、電液旋轉(zhuǎn)接頭等重要零件。完成了電液伺服閥、位移傳感器、壓力傳感器、控制器等的選型和調(diào)試。針對試驗機的特點，提出了一種巖石應(yīng)力應(yīng)變峰后曲線的探測方法。
　　由于軸向加載伺服缸和圍壓加載增壓缸為非對稱缸，論文使用了一種利用等效承壓面積加權(quán)平均的方法和液壓彈簧剛度理論建立的零開口閥控非對稱缸系統(tǒng)的線性模型，用參數(shù)加權(quán)平均的方法統(tǒng)一了兩個方向上不同的系統(tǒng)模型。論文進行了理論建模+Simulink仿真、AMESim-Simul

4、ink聯(lián)合仿真以及AMESim綜合建模仿真。三種方式互為補充，互相比較，得到了軸向力加載響應(yīng)速度可達0.4s，動態(tài)響應(yīng)頻率可達5.4Hz。
　　試驗機進行了靜態(tài)加載實驗和動態(tài)加載實驗。靜態(tài)實驗得到了無圍壓與有圍壓時的整機剛度，結(jié)果顯示20MPa圍壓液對整機剛度無顯著影響，均為0.32GN/m。動態(tài)實驗中，對軸向力控系統(tǒng)輸入0.5Hz至5Hz的正弦信號，根據(jù)輸入輸出曲線，低頻時跟蹤良好，5Hz時輸出的相位滯后僅有54度，幅值無明顯衰