一种多功能液压支架试验装置及试验方法

1.本发明涉及试验设备技术领域，尤其是一种多功能液压支架试验装置及试验方法。


背景技术：

2.在工作面采煤过程中，液压支架能够有效地支撑煤层顶板，为采煤机、刮板输送机提供足够的工作空间，因此液压支架的支护稳定性关系到煤矿的安全生产。由于液压支架是实现煤矿综采工作面安全支护的重要设备，液压支架的稳定性需要进行试验。
3.现有的四柱式液压支架包括顶梁、掩护梁、四连杆机构、底座以及前后立柱等构件组成。影响液压支架支护稳定性的因素较为复杂，其中由于煤层顶板垮落造成的冲击载荷是造成支架失稳的主要原因。冲击载荷导致支架原有的平衡状态被打破，铰接点载荷迅速变化，而较大的载荷波动使得支架铰接处的疲劳损伤逐渐积累积，影响采煤工作面的安全。因此，分析液压支架在冲击载荷下的力学响应显得尤为重要。


技术实现要素：

4.为了研究液压支架的抗冲击性能，实现对液压支架的冲击载荷力学响应模拟，本发明提供了一种多功能液压支架试验装置及试验方法，具体的技术方案如下。
5.一种多功能液压支架试验装置，包括试验台、顶压测试机构、载荷模拟机构、底座测试机构和调高机构，试验台包括底座、盖板、侧支连杆、试验台滑动板和立柱，底座和盖板之间设置有立柱和侧支连杆，试验台滑动板与立柱相互配合；所述顶压测试机构包括滑轨基座和顶压模拟液压缸，滑轨基座的基座平板上设置有滑轨，多个顶压模拟液压缸嵌入固定设置在滑轨基座上；所述底座测试机构包括支承板、基座、液压油缸、托板和铰链，基座上设置有多个液压油缸，液压油缸的一端分别设置有支承板，液压油缸的另一端连接有托板，托板和铰链相连；所述调高机构包括无极调节缸和定位装置，无极调节缸设置在试验台滑动板和顶盖之间，定位装置限位试验台滑动板；所述载荷模拟机构包括蓄能器、冲载液压缸、反向调节缸、正向调节缸、支撑缸、摆臂和滑轨支架，多个冲载液压缸固定安装在滑轨支架上，冲载液压缸与蓄能器相连接，摆臂与试验台铰接，支撑缸与摆臂相连接，反向调节缸和正向调节缸分别连接滑轨支架与摆臂。
6.优选的是，顶压测试机构与试验台滑动板可拆卸固定连接，所述底座测试机构与底座可拆卸固定连接。
7.优选的是，无极调节缸的两端分别固定连接在顶盖和试验台滑动板之间，顶盖和试验台滑动板之间设置有多个同步伸缩的无极调节缸。
8.还优选的是，底座和侧支连杆均与地面固定，所述底座水平放置。
9.还优选的是，底座测试机构设置有2个，底座测试机构平行布置在底座上，多个液压油缸沿基座的长度方向均匀排列；所述液压油缸与托板之间设置球形铰接。
10.还优选的是，冲载液压缸通过液压缸支座固定在滑轨支架上，液压缸支座上设置
有位移监测传感器；所述顶压模拟液压缸还设置有压力传感器和位移传感器。
11.一种液压支架测试试验方法，利用上述的一种多功能液压支架试验装置，步骤包括：
12.s1.无极调节缸伸缩调整试验台滑动板高度；
13.s2.安装底座测试机构，并根据支架型号布置底座测试机构；
14.s3.安装顶压测试机构，液压支架安装后升降与顶压测试机构下表面贴合,顶压模拟液压缸与液压支架的顶梁相对布置；
15.s4.通过定位装置限位试验台滑动板固定；
16.s5.调整载荷模拟机构贴近掩护梁，反向调节缸和正向调节缸调整并控制液压缸支座平行于液压支架的掩护梁；
17.s6.控制蓄能器加压，顶压模拟液压缸施加载荷，并进行实时监测；
18.s7.液压支架载荷平稳支撑后，释放蓄能器压力，冲载液压缸撞击掩护梁，监测液压支架的压力、姿态和位移。
19.进一步优选的是，当进行倾斜底板模拟试验时，在步骤s2中通过铰链抬升托板至设定的倾角。
20.进一步优选的是，顶压测试机构进行顶板比压监测，或者使用无极调节缸与试验台滑动板配合模拟顶板载荷。
21.本发明提供的一种多功能液压支架试验装置及试验方法的有益效果包括：
22.(1)该试验装置通过设置顶压测试机构可以模拟液压支架所受的顶板压力，通过嵌入式布置模拟液压缸可以直接作用均布载荷，滑动式导轨方便了装置的组合、安装及维护，并且还方便了位置的调节；载荷模拟机构可以模拟冲击载荷，通过设置蓄能器控制液压缸在短时间内输出较大的作用力，反向调节缸和正向调节缸相互配合调整滑轨支架倾斜角度，可以与液压支架的掩护梁贴合；另外滑轨支架还可以灵活的调整模拟机构的位置。
23.(2)试验装置的底座测试机构与试验台相互配合，并且拆装方便，两侧的滑轨实现了基座宽度的调节，从而可以满足不同型号液压支架的试验需求，提高了安全性；底座测试机构通过托板和铰链的配合实现了变倾角的测试；调高机构通过两个液压缸实现了试验台高度的无极调节，也可以直接模拟施加顶板压力，定位装置能够控制试验台的高度，对其进行限位保证试验精度。
24.(3)利用该装置进行试验的方法更加符合液压支架的实际受力环境，并且该方法还可以适用于不同型号的液压支架进行模拟试验，载荷模拟机构模拟液压支架受到的冲击载荷，该方法在试验中监测液压支架的压力、姿态和位移从而保证了试验结果的精度，另外该方法还具有试验操作方便、安全性高等优点。
附图说明
25.图1是多功能液压支架试验装置结构示意图；
26.图2是底座测试机构示意图；
27.图3是底座测试机构的剖面结构示意图；
28.图4是顶压测试机构的结构示意图；
29.图5是载荷模拟机构的结构示意图；
30.图6是载荷模拟机构的部分结构示意图；
31.图中：1-无极调节缸，2-定位装置，3-顶压测试机构，4-载荷模拟机构，5-盖板，6-侧支连杆，7-试验台滑动板，8-立柱，9-底座测试机构，10-支承板，11-基座，12-液压油缸，13-托板，14-铰链，15-滑轨基座，16-顶压模拟液压缸，17-蓄能器、18-紧固螺栓，19-液压缸支座，20-冲载液压缸，21-反向调节缸，22-销轴，23-正向调节缸，24-支撑缸，25-摆臂，26-销轴，27-滑轨支架。
具体实施方式
32.结合图1至图6所示，对本发明提供的一种多功能液压支架试验装置及试验方法的具体实施方式进行说明。
33.一种多功能液压支架试验装置，包括试验台、顶压测试机构3、载荷模拟机构4、底座测试机构9和调高机构，顶压测试机构采用嵌入式液压缸，可以模拟顶板压力直接上液压支架作用均布载荷；载荷模拟机构通过蓄能器积蓄能量，作用后压力还能维持，模拟冲击载荷；底座测试机构通过滑轨连接调整基座宽度，适应不同型号的支架，还可以根据试验需要调整倾角，完成支架变倾角测试；调高机构可以实现试验空间高度的调节还可以直接模拟顶板压力，高度控制灵活。
34.其中，试验台包括底座、盖板5、侧支连杆6、试验台滑动板7和立柱8，底座和盖板之间设置有立柱8和侧支连杆6，底座和盖板5平面平行布置，4根以上的立柱8可以竖直固定在底座和盖板之间，侧支连杆6下端设置在底座的滑动槽内，上端于盖板之间通过铰接固定连接；试验台滑动板7并且与立柱相互配合，试验台滑动板7沿立柱上下移动。顶压测试机构3包括滑轨基座15和顶压模拟液压缸16，滑轨基座15的基座平板上设置有滑轨，多个顶压模拟液压缸16嵌入固定设置在滑轨基座15上，嵌入式顶压模拟液压缸16，工作状态可实时检测顶板不同位置的压力，也可用于模拟顶板压力，包括均布载荷及非均布载荷。底座测试机构9包括支承板10、基座11、液压油缸12、托板13和铰链14，基座11上设置有多个液压油缸12，液压油缸12的一端分别设置有支承板10，液压油缸12的另一端连接有托板，托板13和铰链14相连；通过铰链14带动托板倾斜，底座测试机构9的改变倾角模拟不同倾斜角度下的液压支架支护情况。调高机构包括无极调节缸1和定位装置2，无极调节缸1设置在顶压测试机构3和顶盖之间，定位装置2限位试验台滑动板，定位装置2包括多个限位螺母，限位螺母和立柱8上部的螺纹相互配合，定位试验台滑动板的位置。载荷模拟机构4包括蓄能器17、冲载液压缸20、反向调节缸21、正向调节缸23、支撑缸24、摆臂25和滑轨支架27，多个冲载液压缸20固定安装在滑轨支架27上，冲载液压缸20与蓄能器17相连接，摆臂25与试验台铰接，支撑缸24与摆臂相连接，反向调节缸21和正向调节缸23分别连接滑轨支架27与摆臂25，用于控制滑轨支架27倾斜角度，可以调整液压缸与液压支架的掩护梁贴合。
35.顶压测试机构3与试验台滑动板7可拆卸固定连接，可以根据试验需要更换顶压测试机构，适用不同型号的液压支架分别进行试验。嵌入式设置的液压缸在工作状态可实时检测顶板不同位置的压力，也可用于模拟顶板压力，关闭时液压缸嵌入支座内，可向支架直接作用均布载荷；滑动式导轨，便于机构的定位安装，且能够根据支架顶梁位置随时调节。顶压测试机构拆卸具体的可以是通过滑动式导轨结构的定位安装，且能够根据支架顶梁位置随时调节，底座测试机构与底座可拆卸固定连接。根据试验需要制作多种型号的顶压测
试机构方便更换，设置不同量程的顶压模拟液压缸可以调整顶压测试机构的加载范围，顶压测试机构不仅保证了加载的灵活性，还方便了不同液压支架的试验操作。
36.无极调节缸1的两端分别固定连接在盖板5和试验台滑动板7之间，盖板5和试验台滑动板7之间设置有多个同步伸缩的无极调节缸1。调高机构通过无极调节缸1可以任意的调整试验台试验空间的告诉，并且还可以直接实现加压，模拟顶板的压力。定位装置避免了使用顶压测试机构加压时可能引起的试验台高度波动，确保了试验的精度。
37.底座和侧支连杆6均与地面固定，底座水平放置，从而保证倾斜调整的精度，方便设备的组装。底座测试机构设置有2个，底座测试机构平行布置在底座上，独立的设计方便了液压支架方放置，适应性更强。多个液压油缸沿基座的长度方向均匀排列。液压油缸与托板之间设置球形铰接，从而保证了液压油缸的竖直方向加载。通过多组刚性链升降机构控制变倾角托板，实现支架变倾角测试。
38.冲载液压缸20通过液压缸支座固定在滑轨支架15上，液压缸支座上设置有位移监测传感器，精确的监测试验过程中的位移变化；顶压模拟液压缸16还设置有压力传感器和位移传感器，对位移和应力进行实时监测。
39.该试验装置通过设置顶压测试机构可以模拟液压支架所受的顶板压力，通过嵌入式布置模拟液压缸可以直接作用均布载荷，滑动式导轨方便了装置的组合、安装及维护，并且还方便了位置的调节；载荷模拟机构可以模拟冲击载荷，通过设置蓄能器控制液压缸在短时间内输出较大的作用力，反向调节缸和正向调节缸相互配合调整滑轨支架倾斜角度，可以与液压支架的掩护梁贴合；另外滑轨支架还可以灵活的调整模拟机构的位置。试验装置的底座测试机构与试验台相互配合，并且拆装方便，两侧的滑轨实现了基座宽度的调节，从而可以满足不同型号液压支架的试验需求，提高了安全性；底座测试机构通过托板和铰链的配合实现了变倾角的测试；调高机构通过两个液压缸实现了试验台高度的无极调节，也可以直接模拟施加顶板压力，定位装置能够控制试验台的高度，对其进行限位保证试验精度。
40.一种液压支架测试试验方法，利用上述的一种多功能液压支架试验装置，步骤包括：
41.s1.无极调节缸伸缩调整试验台滑动板高度。具体是根据试验液压支架的型号和高度，确定适宜的试验空间高度，确定试验方案，对液压支架进行测试。
42.s2.安装底座测试机构，并根据支架型号布置底座测试机构，底座测试机构可以调整宽度，在试验过程中还会调整倾角。
43.当进行倾斜底板模拟试验时，在步骤s2中通过铰链抬升托板至设定的倾角。
44.s3.安装顶压测试机构，液压支架安装后升降与顶压测试机构下表面贴合,顶压模拟液压缸与液压支架的顶梁相对布置。顶压测试机构进行顶板比压监测，或者使用无极调节缸与试验台滑动板配合模拟顶板载荷。
45.s4.通过定位装置限位试验台滑动板固定。
46.s5.调整载荷模拟机构贴近掩护梁，反向调节缸和正向调节缸调整并控制液压缸支座平行于液压支架的掩护梁。
47.s6.控制蓄能器加压，顶压模拟液压缸施加载荷，并进行实时监测。
48.s7.液压支架载荷平稳支撑后，释放蓄能器压力，冲载液压缸撞击掩护梁，监测液
压支架的压力、姿态和位移。
49.具体的是，进行冲击载荷试验时，首先无极调节缸收缩带动试验台滑动板抬升，待试验台滑动板升至最高点时，将液压支架平稳放置于变倾角的底座测试机构，当进行倾斜底板模拟试验时，变倾角底座测试机构的变倾角托板抬升至预设角度。无极调节缸伸出，待试验台滑动板降至预设高度，液压支架顶梁抬起至顶压测试机构下表面与顶梁上表面贴合。如果不使用顶压测试机构，可将顶压测试机构卸下，支架抬起至试验台滑动板与顶梁顶面贴合，无极调节缸直接进行顶梁加载。移动顶压测试机构使液压缸正对试验液压支架的顶梁，然后定位装置对试验台滑动板进行限位。支撑缸收缩使载荷模拟机构靠近液压支架的掩护梁，通过滑轨支架上的距离监测传感器，调整反向调节缸、正向调节缸使液压缸支座下表面平行于液压支架的掩护梁，蓄能器加压。液压支架放置定位结束后，拆卸式顶压测试机构中的嵌入式顶压模拟液压缸加压，通过压力与位移传感器实时监测顶梁压力与位移，顶板压力达到预设值且支架平稳后，释放蓄能器内压力，冲载液压缸下缸体撞击掩护梁，且液压缸内压力持续保持，压力传感器实时监测冲击载荷的动态变化，分析各传感器上的压力、姿态及位移数据，至此完成一次支架试验。
50.利用该装置进行试验的方法更加符合液压支架的实际受力环境，并且该方法还可以适用于不同型号的液压支架进行模拟试验，载荷模拟机构模拟液压支架受到的冲击载荷，该方法在试验中监测液压支架的压力、姿态和位移从而保证了试验结果的精度，另外该方法还具有试验操作方便、安全性高等优点。
51.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。