岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统及方法

摘要

一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统及方法，系统包括油箱、小流量油泵、大流量油泵、动态作动器、高低压自动控制单元及动态作动器流量自适应控制单元；小流量油泵与大流量油泵并联设置，油泵进油口与邮箱连通，油泵出油口依次通过高低压自动控制单元及动态作动器流量自适应控制单元与动态作动器连通。方法分为高低压自动控制和动态作动器流量自适应控制，通过高低压自动控制可实现无负载启动、低压工作、低压转换高压工作和高压转换低压工作；动态作动器流量自适应控制可满足小流量状态及大小流量状态转换，动态作动器在获得了小流量液压油后可保持小流量工作状态，进而可完成全曲线应力应变测试，从而能够获得完整的应力应变曲线。

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，特别是涉及一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统及方法。

背景技术

目前，真三轴试验仪的动态真三轴液压系统采用液压伺服加载系统，虽然系统具有较大的抗负载刚度、速度刚度和位置刚度，且抗干扰能力强，但是，也存在明显的压力损失和流量损失的缺点。此外，系统的压力多为手动选择，不但操作复杂，而且不能根据工况进行压力选择，导致能源的浪费。另外，想要在动态真三轴试验中获得完整的应力应变曲线，动态作动器需要小流量加载能力，而目前的系统无法使动态作动器保持小流量的工作状态，也就难以获得完整的应力应变曲线。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统及方法，能够根据工况实时调整系统压力，具有操作简单、节约能源的特点；能够使动态作动器保持小流量的工作状态，从而可以获得完整的应力应变曲线。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统，包括油箱、小流量油泵、大流量油泵、动态作动器、高低压自动控制单元及动态作动器流量自适应控制单元；所述高低压自动控制单元包括高压过滤器、单向阀、高压溢流阀、低压溢流阀、换向阀及压力继电器；所述动态作动器流量自适应控制单元包括小流量伺服阀、第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀、第三大流量伺服阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第一蓄能器及第二蓄能器；所述小流量油泵的进油口与油箱相连通，小流量油泵的出油口与高压过滤器的进油口相连通；所述大流量油泵的进油口与油箱相连通，大流量油泵的出油口与高压过滤器的进油口相连通；所述大流量油泵的数量至少为两个，所述小流量油泵及多个大流量油泵并联设置；所述高压过滤器的出油口分两路输出，第一路与单向阀的进油口相连通，第二路与高压溢流阀的进油口相连通，高压溢流阀的出油口与油箱相连通；所述单向阀的出油口分三路输出，第一路与压力继电器相连通，第二路接入动态作动器流量自适应控制单元，第三路与换向阀的进油口相连通，换向阀的出油口与低压溢流阀的进油口相连通，低压溢流阀的出油口与油箱相连通；所述小流量伺服阀、第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀均采用三位四通阀且四者并联设置；所述小流量伺服阀的A油口与动态作动器的有杆腔相连通，所述第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的A油口汇接后与第一截止阀的一端油口相连通，第一截止阀的另一端油口与动态作动器的有杆腔相连通；所述小流量伺服阀的B油口与动态作动器的无杆腔相连通，所述第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的B油口汇接后与第二截止阀的一端油口相连通，第二截止阀的另一端油口与动态作动器的无杆腔相连通；所述小流量伺服阀的P油口与单向阀的出油口相连通，所述第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的P油口汇接后与第三截止阀的一端油口相连通，第三截止阀的另一端油口与单向阀的出油口相连通；所述小流量伺服阀、第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的T油口均与油箱相连通；所述第一蓄能器直接与小流量伺服阀的P油口相连通，第一蓄能器通过第三截止阀与第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的P油口相连通；所述第二蓄能器直接与小流量伺服阀、第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀的T油口相连通。

一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制方法，采用了所述的岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统，具体方法如下：

一、高低压自动控制

①、无负载启动：当小流量油泵无负载启动时，低压溢流阀得电接通，液压油先通过高压过滤器进行过滤，再依次经单向阀、换向阀及低压溢流阀流回油箱；

②、低压工作：当小流量伺服阀工作时，低压溢流阀失电复位，液压油先通过高压过滤器进行过滤，再流经单向阀，流出单向阀的液压油一部分流向小流量伺服阀所在的动态作动器流量自适应控制单元，另一部分依次经换向阀及低压溢流阀流回油箱，此时系统则在低压溢流阀设定的低压状态下工作；

③、低压转换高压工作：当系统压力上升到压力继电器的上限值后，压力继电器触发，换向阀得电后断开低压溢流阀的进油油路，系统进入高压工作状态，此时的液压油先通过高压过滤器进行过滤，流出高压过滤器的液压油一部分经单向阀流向小流量伺服阀所在的动态作动器流量自适应控制单元，另一部分经高压溢流阀流回油箱，此时系统则在高压溢流阀设定的高压状态下工作；

④、高压转换低压工作：当系统压力下降到压力继电器的下限值后，压力继电器触发，换向阀失电复位，低压溢流阀的进油油路恢复导通，液压油先通过高压过滤器进行过滤，再流经单向阀，流出单向阀的液压油一部分流向小流量伺服阀所在的动态作动器流量自适应控制单元，另一部分依次经换向阀及低压溢流阀流回油箱，此时系统则在低压溢流阀设定的低压状态下工作；

二、动态作动器流量自适应控制

①、小流量状态：只启动小流量油泵，且只有小流量伺服阀工作，同时第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀全部调整为关闭状态，液压油仅通过小流量伺服阀进入动态作动器内；

②、小流量转换大流量状态：在加载的任意时刻，启动大流量油泵，且第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀工作，同时第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀全部调整为开启状态，液压油通过小流量伺服阀、第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀进入动态作动器内；

③、大流量转换小流量状态：关闭大流量油泵，且第一大流量伺服阀、第二大流量伺服阀及第三大流量伺服阀停止工作，同时第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀全部调整为关闭状态，液压油仅通过小流量伺服阀进入动态作动器内。

本发明的有益效果：

本发明的岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统及方法，能够根据工况实时调整系统压力，具有操作简单、节约能源的特点；能够使动态作动器保持小流量的工作状态，从而可以获得完整的应力应变曲线。

附图说明

图1为本发明的岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统的液压原理图；

图中，1—油箱，2—小流量油泵，3—大流量油泵，4—动态作动器，5—高低压自动控制单元，6—动态作动器流量自适应控制单元，7—高压过滤器，8—单向阀，9—高压溢流阀，10—低压溢流阀，11—换向阀，12—压力继电器，13—小流量伺服阀，14—第一大流量伺服阀，15—第二大流量伺服阀，16—第三大流量伺服阀，17—第一截止阀，18—第二截止阀，19—第三截止阀，20—第一蓄能器，21—第二蓄能器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统，包括油箱1、小流量油泵2、大流量油泵3、动态作动器4、高低压自动控制单元5及动态作动器流量自适应控制单元6；所述高低压自动控制单元5包括高压过滤器7、单向阀8、高压溢流阀9、低压溢流阀10、换向阀11及压力继电器12；所述动态作动器流量自适应控制单元6包括小流量伺服阀13、第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15、第三大流量伺服阀16、第一截止阀17、第二截止阀18、第三截止阀19、第一蓄能器20及第二蓄能器21；所述小流量油泵2的进油口与油箱1相连通，小流量油泵2的出油口与高压过滤器7的进油口相连通；所述大流量油泵3的进油口与油箱1相连通，大流量油泵3的出油口与高压过滤器7的进油口相连通；所述大流量油泵3的数量至少为两个，所述小流量油泵2及多个大流量油泵3并联设置；所述高压过滤器7的出油口分两路输出，第一路与单向阀8的进油口相连通，第二路与高压溢流阀9的进油口相连通，高压溢流阀9的出油口与油箱1相连通；所述单向阀8的出油口分三路输出，第一路与压力继电器12相连通，第二路接入动态作动器流量自适应控制单元6，第三路与换向阀11的进油口相连通，换向阀11的出油口与低压溢流阀10的进油口相连通，低压溢流阀10的出油口与油箱1相连通；所述小流量伺服阀13、第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16均采用三位四通阀且四者并联设置；所述小流量伺服阀13的A油口与动态作动器4的有杆腔相连通，所述第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的A油口汇接后与第一截止阀17的一端油口相连通，第一截止阀17的另一端油口与动态作动器4的有杆腔相连通；所述小流量伺服阀13的B油口与动态作动器4的无杆腔相连通，所述第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的B油口汇接后与第二截止阀18的一端油口相连通，第二截止阀18的另一端油口与动态作动器4的无杆腔相连通；所述小流量伺服阀13的P油口与单向阀8的出油口相连通，所述第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的P油口汇接后与第三截止阀19的一端油口相连通，第三截止阀19的另一端油口与单向阀8的出油口相连通；所述小流量伺服阀13、第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的T油口均与油箱1相连通；所述第一蓄能器20直接与小流量伺服阀13的P油口相连通，第一蓄能器20通过第三截止阀19与第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的P油口相连通；所述第二蓄能器21直接与小流量伺服阀13、第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16的T油口相连通。

一种岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制方法，采用了所述的岩石动态真三轴液压源流量压力自适应控制系统，具体方法如下：

一、高低压自动控制

①、无负载启动：当小流量油泵2无负载启动时，低压溢流阀10得电接通，液压油先通过高压过滤器7进行过滤，再依次经单向阀8、换向阀11及低压溢流阀10流回油箱1，具有启动噪音小、系统发热小的特点；

②、低压工作：当小流量伺服阀13工作时，低压溢流阀10失电复位，液压油先通过高压过滤器7进行过滤，再流经单向阀8，流出单向阀8的液压油一部分流向小流量伺服阀13所在的动态作动器流量自适应控制单元6，另一部分依次经换向阀11及低压溢流阀10流回油箱1，此时系统则在低压溢流阀10设定的低压状态下工作；

③、低压转换高压工作：当系统压力上升到压力继电器12的上限值后，压力继电器12触发，换向阀11得电后断开低压溢流阀10的进油油路，系统进入高压工作状态，此时的液压油先通过高压过滤器7进行过滤，流出高压过滤器7的液压油一部分经单向阀8流向小流量伺服阀13所在的动态作动器流量自适应控制单元6，另一部分经高压溢流阀9流回油箱1，此时系统则在高压溢流阀9设定的高压状态下工作；当系统压力超过高压溢流阀9的限定值时，液压油通过高压溢流阀9流回油箱1，系统压力不在上升，保证了系统的安全；

④、高压转换低压工作：当系统压力下降到压力继电器12的下限值后，压力继电器12触发，换向阀11失电复位，低压溢流阀10的进油油路恢复导通，液压油先通过高压过滤器7进行过滤，再流经单向阀8，流出单向阀8的液压油一部分流向小流量伺服阀13所在的动态作动器流量自适应控制单元6，另一部分依次经换向阀11及低压溢流阀10流回油箱1，此时系统则在低压溢流阀10设定的低压状态下工作；

二、动态作动器流量自适应控制

①、小流量状态：只启动小流量油泵2，且只有小流量伺服阀13工作，同时第一截止阀17、第二截止阀18及第三截止阀19全部调整为关闭状态，液压油仅通过小流量伺服阀13进入动态作动器4内；此时的动态作动器4在获得了小流量液压油后便可以保持小流量的工作状态，进而可以完成全曲线应力应变测试，从而能够获得完整的应力应变曲线；

②、小流量转换大流量状态：在加载的任意时刻，启动大流量油泵3，且第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16工作，同时第一截止阀17、第二截止阀18及第三截止阀19全部调整为开启状态，液压油通过小流量伺服阀13、第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16进入动态作动器4内；此时的动态作动器4可以在全曲线应力应变测试的任意时刻施加动态加载，并且在动态加载过程中，通过第一蓄能器20及第二蓄能器21吸收各个伺服阀频繁换向带来的冲击，以保证系统的稳定；

③、大流量转换小流量状态：关闭大流量油泵3，且第一大流量伺服阀14、第二大流量伺服阀15及第三大流量伺服阀16停止工作，同时第一截止阀17、第二截止阀18及第三截止阀19全部调整为关闭状态，液压油仅通过小流量伺服阀13进入动态作动器4内。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。