一種應力加載裝置的密封結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應力加載裝置的密封結構，其包括加載艙、液壓控制系統(tǒng)和伺服油源，加載艙設置在一底座上，加載艙包括軸向水平的后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋，環(huán)形加載框架內的底側設置有水平承放模型的試件臺，環(huán)形加載框架內的左、右、上側對應模型的左、右、上表面設置有應力加載組件，所述后加載蓋沿軸向對應模型的后表面設置有應力加載組件，所述前反力蓋沿軸向對應模型的前表面設置有前反力板。環(huán)形加載框架的壁上設置有油路密封連接口和引線密封連接口。底座上沿加載艙的軸向設置有兩平行導軌，環(huán)形加載框架與后加載蓋、前反力蓋可拆卸式密封連接。本發(fā)明的密封結構能夠達到大尺寸、高應力的應力加載裝置的密封要求。
【專利說明】
一種應力加載裝置的密封結構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及地質力學模型試驗加載設備，具體是一種用于煤巖工程模擬實驗的應力加載裝置的密封結構。
【背景技術】
[0002]模型加載系統(tǒng)是地質力學模型試驗中一項關鍵技術，因為它直接關系到模擬效果和精度，也直接影響模型塊體內所形成應力(應變)場的相似程度。對模型試驗結果能否符合工程實際受力狀態(tài)起著至關重要的作用。
[0003]現有的模型加載技術中，普遍使用的有如下兩種加載方式:一是使用真三軸加載系統(tǒng)對模型加載，如CN 101285808B公開的高地應力真三維加載模型試驗系統(tǒng);二是用柔性橡膠囊對模型加載，如CN 203414356U公開的高地應力柔性加載瞬間卸載試驗裝置。在實驗精度要求不高的情況下，這兩種方式均能解決一些問題。隨著工程的不斷發(fā)展，尋求向深部空間發(fā)展已經成為世界范圍內巖土工程建設和開發(fā)的共同趨勢，但受深部高地應力、高地溫以及巖體復雜性影響，深部地下空間及結構物的穩(wěn)定性研究已成為當前重要的科技前沿課題之一，因此利用大比尺的模型在高地應力和高氣體壓力聯(lián)合作用下的復雜應力加載裝置會是以后模型加載系統(tǒng)的趨勢，但是這也對密封系統(tǒng)提出了更高的要求，需要提出一只針對復雜應力加載裝置而配套的密封系統(tǒng)，以對高地應力和高氣體壓力聯(lián)合作用下復雜應力加載裝置的研發(fā)提供幫助。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種應力加載裝置的密封結構，其能夠達到大尺寸、高應力的應力加載裝置的密封要求。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]—種應力加載裝置的密封結構的密封結構，其包括加載艙、液壓控制系統(tǒng)和伺服油源，所述加載艙設置在一底座上，所述加載艙包括軸向水平的后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋，所述環(huán)形加載框架內的底側設置有水平承放模型的試件臺，環(huán)形加載框架內的左、右、上側對應模型的左、右、上表面設置有應力加載組件，所述后加載蓋沿軸向對應模型的后表面設置有應力加載組件，所述前反力蓋沿軸向對應模型的前表面設置有前反力板。環(huán)形加載框架的壁上設置有油路密封連接口和引線密封連接口，應力加載組件通過油路密封連接口與伺服油源連接，在加載艙內設置有測量應力加載組件位移的位移傳感器和應力加載組件內壓的油壓傳感器；引線密封連接口處設置有密封法蘭，密封法蘭的中心部呈圓形凸臺，密封法蘭的圓周部與環(huán)形加載框架的壁螺栓連接，密封法蘭的凸臺設有若干個沿軸向的通孔，每個通孔內設置有一根接線柱，接線柱通過玻璃燒結密封固定在通孔中，位移傳感器和油壓傳感器通過接線柱與與液壓控制系統(tǒng)連接。所述底座上沿加載艙的軸向設置有兩平行導軌，后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋的底部分別設置有可在導軌上前后移動的支撐架，環(huán)形加載框架與后加載蓋、前反力蓋可拆卸式密封連接。
[0007]進一步的，所述環(huán)形加載框架包括加載環(huán)組以及連接于加載環(huán)組與后加載蓋之間的過渡環(huán)，加載環(huán)組包括五只加載環(huán)，相鄰兩只加載環(huán)之間以及過渡環(huán)與其相鄰的加載環(huán)之間均設有一只定位環(huán)，定位環(huán)與加載環(huán)同軸且兩個端面各設有一個密封圈。
[0008]進一步的，所述后加載蓋、過渡環(huán)、加載環(huán)和前反力蓋的外環(huán)部分通過拉桿沿軸向串接，所述拉桿圍繞加載艙的軸心均勻分布有多只，拉桿的尾部緊固有螺母，拉桿的頭部安裝有螺栓拉拔器，模型處于試驗的過程中螺栓拉拔器始終保持有壓力使得后加載蓋、過渡環(huán)、加載環(huán)和前反力蓋之間密封貼合。
[0009]進一步的，所述加載環(huán)的外環(huán)部分和支撐架均通過鋼板焊接成型，支撐架的上表面與加載環(huán)的下表面貼合且通過螺栓緊固，支撐架的下表面對應導軌設置有滾輪。
[0010]進一步的，所述后加載蓋包括前部的圓形鋼板，圓形鋼板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛網狀的加強筋架，后加載蓋的外側部包括一環(huán)帶鋼板，環(huán)帶鋼板前端與圓形鋼板焊接，環(huán)帶鋼板的內側面與加強筋架的各端部焊接。
[0011]進一步的，所述加載環(huán)和過渡環(huán)上均設有油路密封連接口和引線密封連接口，油路密封連接口和引線密封連接口設于加載環(huán)的左上壁和/或右上壁。
[0012]進一步的，每只加載環(huán)的厚度為400mm，過渡環(huán)的厚度為550mm，前反力蓋朝后加載蓋的一面上固定有一個尺寸為1120 X 1120 X 40mm的鋼板，該鋼板上粘接有密封用的橡膠墊板。
[0013]本方案的應力加載裝置的密封結構，后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋之間的可拆卸式密封連接，且可滑動于底座的導軌上，方便大尺寸模型的取放，通過油路密封連接口和引線密封連接口的密封法蘭設計，保證加載艙的密封性。環(huán)形加載框架包含加載環(huán)組的結構，一方面方便施加階梯式和分段式應力，另一方面在安裝和制造上也更為方便。后加載蓋、過渡環(huán)、加載環(huán)和前反力蓋的外環(huán)部分通過拉桿圍繞軸心串接，保證各部件間的接觸面受力均勻，且通過定位環(huán)保證同軸度，通過密封圈保證密封性。又為節(jié)省制造成本，降低整個裝置的重量，且要保證結構強度，本案采取鋼板和加強筋的框架結構。本方案還對前反力蓋進行了密封設計，以進一步優(yōu)化密封結構。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0015]圖2為圖1中單個加載環(huán)的結構示意圖；
[0016]圖3為圖1中后加載蓋的結構示意圖；
[0017]圖4為圖2中密封法蘭的結構示意圖；
[0018]圖5為圖1中前反力蓋的結構示意圖。
[0019]附圖標記說明:1-后加載蓋;2-加載環(huán);3-過渡環(huán);4-底座;5-前反力蓋;6_試件臺；7-拉桿;8-應力加載組件;9-引線密封連接口 ； 10-油路密封連接口 ； 11-支撐架；12-安裝平臺；13-拉桿孔;14-密封法蘭;17-滾輪;18-螺栓拉拔器;25-鋼板;26-橡膠墊板。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0021]—種應力加載裝置的密封結構，包括對實驗所用的模型施壓的加載艙，加載艙為油壓型，其與液壓控制系統(tǒng)和伺服油源連接以進行施壓和泄壓控制。加載艙整體設置在一底座4上，其包括軸向水平的后加載蓋1、環(huán)形加載框架和前反力蓋5，水平承放模型的試件臺6設置在環(huán)形加載框架內的底側，環(huán)形加載框架內的左側水平朝右設置應力加載組件8，環(huán)形加載框架內的右側水平朝左設置應力加載組件8，環(huán)形加載框架內的上側垂直朝下設置應力加載組件8，后加載蓋I沿軸向朝前設置應力加載組件8，前反力蓋5沿軸向朝后設置前反力板，如圖1所示。上述應力加載組件8、試件臺6和前反力板在加載艙內限位成一個施壓空間，模型放置其中受壓。模型一般來說采用方型，因此，模型上、左、右、后四個表面對應的應力加載組件8能夠實現的三維應力要求。
[0022]環(huán)形加載框架的壁上設置有油路密封連接口10和引線密封連接口 9，加載艙內的應力加載組件8通過油路密封連接口 10與伺服油源連接，在加載艙內設置位移傳感器和油壓傳感器以檢測必要參數，位移傳感器和油壓傳感器通過引線密封連接口 9與液壓控制系統(tǒng)連接，為保證加載艙的密封性，引線密封連接口 9處設置有密封法蘭14，密封法蘭14的中心部呈圓形凸臺，密封法蘭14的圓周部與環(huán)形加載框架的壁螺栓連接，密封法蘭14的凸臺設有若干個沿軸向的通孔，每個通孔142內設置有一根接線柱143，接線柱143通過玻璃燒結密封固定在通孔142中，接線柱143的兩端均伸出凸臺的臺面，其兩端露出，接線柱143位于加載艙外的一端與液壓控制系統(tǒng)連接，接線柱143位于加載艙內的一端與位移傳感器和油壓傳感器連接。密封法蘭14可選用不銹鋼材質，接線柱143可為導電性能較好的銅材質。接線柱143位于通孔142外的部分套有橡膠套144，橡膠套144將接線柱143膠封絕緣，避免接線柱143之間短路的情況。密封法蘭14的通孔142內壁具有溝槽，在玻璃焊接時增加摩擦力，保證牢固性。
[0023]所述底座4上沿加載艙的軸向設置有兩平行導軌，后加載蓋1、環(huán)形加載框架和前反力蓋5的底部分別設置有可在導軌上前后移動的支撐架11，環(huán)形加載框架與后加載蓋1、前反力蓋5可拆卸式密封連接，方便模型的放取和實驗檢測點的設置。
[0024]所述環(huán)形加載框架包括由五個加載環(huán)2同軸串接到一起的加載環(huán)組，相鄰兩只加載環(huán)2之間以及過渡環(huán)3與其相鄰的加載環(huán)2之間均設有一只定位環(huán)，定位環(huán)與加載環(huán)2同軸且兩個端面各設有一個密封圈，以保證連接的同軸度和密封性，適應較高應力試驗。由于后加載蓋I的應力加載組件8凸出蓋面，為保證應力加載組件8間的合理間隙，采用過渡環(huán)3來連接加載環(huán)組與后加載蓋I，過渡環(huán)3內不設應力加載組件8，在于方便結構上的安排。每個加載環(huán)2對應左、右、上側的應力加載組件設置安裝平臺12以供安裝。各個加載環(huán)2內上側的應力加載組件8組成了整個加載艙對應模型上表面的應力加載組件8，同樣地，模型左、右表面對應的應力加載組件8也是此結構。每個應力加載組件8都有一對獨立的進出油路實現獨立控制，實現模型單個受力面的均勻或非均勻的階梯式應力施加。
[0025]加載環(huán)2、過渡環(huán)3、前反力蓋5和后加載蓋I上設拉桿孔13，可采用二十根M130mm的高強長拉桿7穿過所有加載環(huán)2、過渡環(huán)3、前反力蓋5和后加載蓋I，并用螺母緊固。為避免拉桿7在地應力荷載和高壓氣體壓力作用下伸長變形后試驗裝置各組件之間產生間隙，在后加載蓋I外拉桿7的端頭，安裝一個螺栓拉拔器18。所有螺栓拉拔器18的進、出油路并聯(lián)，通過螺栓拉拔器18對所有拉桿7施加預應力后用螺母鎖緊拉桿，試驗時所有螺栓拉拔器18始終保持一定壓力，以此來保證加載艙的密封效果。
[0026]對于加載環(huán)2的框架，如圖2所示，加載環(huán)2的外環(huán)部分和支撐架11均通過優(yōu)質鋼板焊接成型，在減輕環(huán)體質量的同時還需保證結構的強度，支撐架11的上表面與加載環(huán)2的下表面貼合且通過螺栓緊固，支撐架11的下表面對應導軌設置滾輪17。過渡環(huán)3的框架類似。
[0027]對于后加載蓋I的框架，如圖3所示，包括位于前部的圓形鋼板，而為避免圓形鋼板在施力過程中變形，保證強度，圓形鋼板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛網狀的加強筋架，后加載蓋I的外側部包括一環(huán)帶鋼板，環(huán)帶鋼板前端與圓形鋼板焊接，環(huán)帶鋼板的內側面與加強筋架的各端部焊接。對應的，前反力蓋5的框架也可采取類似結構。
[0028]所述加載環(huán)2和過渡環(huán)3上均設有油路密封連接口10和引線密封連接口 9，油路密封連接口 10和引線密封連接口 9分布于加載環(huán)2的左上壁和右上壁。油路密封連接口 10和引線密封連接口 9的結構類似，均采用密封法蘭14的連接形式，如圖4所示的油路密封連接口10的密封法蘭14，其中心部對應油路設置多個油管通道15，邊緣一周分布多個螺栓孔16，以便通過螺栓連接于加載環(huán)2或過渡環(huán)3壁上的開口處。
[0029]為滿足大尺寸模型的試驗，每只加載環(huán)2的厚度為400mm，過渡環(huán)3的厚度為550mm，前反力蓋5朝后加載蓋的一面上固定有一個尺寸為1120 X 1120 X40mm的鋼板25。為防止高壓氣體在鋼板25與模型接觸的平面產生泄露，鋼板25與模型接觸的平面的中心位置設計一道直徑為320mm的密封環(huán)，上粘接有密封用的橡膠墊板26，橡膠墊板26與試驗模型前端面緊密接觸。試驗時，為達到更佳的效果，模型的前端面用環(huán)氧樹脂浸透一個Icm厚度的環(huán)氧樹脂層，橡膠墊板26與模型前端的環(huán)氧樹脂層緊密接觸，形成前反力蓋5的密封結構。
【主權項】
1.一種應力加載裝置的密封結構的密封結構，包括加載艙、液壓控制系統(tǒng)和伺服油源，所述加載艙設置在一底座上，其特征在于:所述加載艙包括軸向水平的后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋，所述環(huán)形加載框架內的底側設置有水平承放模型的試件臺，環(huán)形加載框架內的左、右、上側對應模型的左、右、上表面設置有應力加載組件，所述后加載蓋沿軸向對應模型的后表面設置有應力加載組件，所述前反力蓋沿軸向對應模型的前表面設置有前反力板； 環(huán)形加載框架的壁上設置有油路密封連接口和引線密封連接口，應力加載組件通過油路密封連接口與伺服油源連接，在加載艙內設置有測量應力加載組件位移的位移傳感器和應力加載組件內壓的油壓傳感器；引線密封連接口處設置有密封法蘭，密封法蘭的中心部呈圓形凸臺，密封法蘭的圓周部與環(huán)形加載框架的壁螺栓連接，密封法蘭的凸臺設有若干個沿軸向的通孔，每個通孔內設置有一根接線柱，接線柱通過玻璃燒結密封固定在通孔中，位移傳感器和油壓傳感器通過接線柱與液壓控制系統(tǒng)連接； 所述底座上沿加載艙的軸向設置有兩平行導軌，后加載蓋、環(huán)形加載框架和前反力蓋的底部分別設置有可在導軌上前后移動的支撐架，環(huán)形加載框架與后加載蓋、前反力蓋可拆卸式密封連接。2.根據權利要求1所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:所述環(huán)形加載框架包括加載環(huán)組以及連接于加載環(huán)組與后加載蓋之間的過渡環(huán)，加載環(huán)組包括五只加載環(huán)，相鄰兩只加載環(huán)之間以及過渡環(huán)與其相鄰的加載環(huán)之間均設有一只定位環(huán)，定位環(huán)與加載環(huán)同軸且兩個端面各設有一個密封圈。3.根據權利要求1或2所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:所述后加載蓋、過渡環(huán)、加載環(huán)和前反力蓋的外環(huán)部分通過拉桿沿軸向串接，所述拉桿圍繞加載艙的軸心均勻分布有多只，拉桿的尾部緊固有螺母，拉桿的頭部安裝有螺栓拉拔器，模型處于試驗的過程中螺栓拉拔器始終保持有壓力使得后加載蓋、過渡環(huán)、加載環(huán)和前反力蓋之間密封貼合。4.根據權利要求3所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:所述加載環(huán)的外環(huán)部分和支撐架均通過鋼板焊接成型，支撐架的上表面與加載環(huán)的下表面貼合且通過螺栓緊固，支撐架的下表面對應導軌設置有滾輪。5.根據權利要求4所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:所述后加載蓋包括前部的圓形鋼板，圓形鋼板的后表面焊接有朝后凸出的蜘蛛網狀的加強筋架，后加載蓋的外側部包括一環(huán)帶鋼板，環(huán)帶鋼板前端與圓形鋼板焊接，環(huán)帶鋼板的內側面與加強筋架的各端部焊接。6.根據權利要求1、2、4、5中任一項所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:所述加載環(huán)和過渡環(huán)上均設有油路密封連接口和引線密封連接口，油路密封連接口和引線密封連接口設于加載環(huán)的左上壁和/或右上壁。7.根據權利要求6所述的一種應力加載裝置的密封結構，其特征在于:每只加載環(huán)的厚度為400mm，過渡環(huán)的厚度為550mm，前反力蓋朝后加載蓋的一面上固定有一個尺寸為1120X 1120 X 40mm的鋼板，該鋼板上粘接有密封用的橡膠墊板。
【文檔編號】F16J15/10GK106018104SQ201610326236
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】盧義玉, 顧金才, 李曉紅, 夏彬偉, 王海洋, 葛兆龍, 賈金龍, 喻鵬
【申請人】重慶大學