精密旋轉(zhuǎn)巖石試驗(yàn)機(jī)電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展水平?jīng)Q定著多項(xiàng)研究的深度與廣度。現(xiàn)有的巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)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(xì)觀結(jié)構(gòu)破裂演進(jìn)機(jī)制及內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)移規(guī)律。本課題致力于研制一種新型的巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，在對(duì)巖石進(jìn)行加載的同時(shí)，借助高能加速器CT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)壓裂過程的實(shí)時(shí)成像，這就需要試驗(yàn)機(jī)在加載的同時(shí)精密旋轉(zhuǎn)。
　　根據(jù)新型試驗(yàn)機(jī)的工況，論文提出了一種全新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并針對(duì)新結(jié)構(gòu)，完成了試驗(yàn)機(jī)電液伺服系

2、統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)。通過對(duì)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(yàn)機(jī)的加工、組裝、調(diào)試，并進(jìn)行了加載實(shí)驗(yàn)。
　　新型試驗(yàn)機(jī)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(shí)的劇烈變載荷成為試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓回路設(shè)計(jì)、泵站設(shè)計(jì)、供液系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)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(duì)試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，提出了一種巖石應(yīng)力應(yīng)變峰后曲線的探測(cè)方法。
　　由于軸向加載伺服缸和圍壓加載增壓缸為非對(duì)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(duì)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(gè)方向上不同的系統(tǒng)模型。論文進(jìn)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(bǔ)充，互相比較，得到了軸向力加載響應(yīng)速度可達(dá)0.4s，動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率可達(dá)5.4Hz。
　　試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)得到了無圍壓與有圍壓時(shí)的整機(jī)剛度，結(jié)果顯示20MPa圍壓液對(duì)整機(jī)剛度無顯著影響，均為0.32GN/m。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)軸向力控系統(tǒng)輸入0.5Hz至5Hz的正弦信號(hào)，根據(jù)輸入輸出曲線，低頻時(shí)跟蹤良好，5Hz時(shí)輸出的相位滯后僅有54度，幅值無明顯衰