一种分层同步加载作动器

本发明属于岩石力学试验，特别是涉及一种分层同步加载作动器。

背景技术：

1、在岩石力学试验中，利用力学设备对岩石试样进行加载试验，可以用于模拟岩石在实际自然环境或工程应用中所承受的不同应力条件，而作动器则是力学设备中用于直接输出载荷力的关键部件。

2、根据结构形式的不同，传统的作动器可分为单轴加载作动器和套缸加载作动器。针对单轴加载作动器来说，其只能在一个轴上输出荷载，仅能满足单轴压缩和拉伸试验。针对套缸加载作动器来说，其通常包括两个或多个相互嵌套、可伸缩的缸体，通过各个缸体的彼此相对运动，可以在整体尺寸较小的情况下，实现较大的位移，并且可以满足不同应力条件的输出。

3、在实际深部工程中，深部岩体往往受高应力影响，导致岩体通常以内部破裂为主，且具有变形小、破裂大、强度高等特点。此外，受自重应力和地壳应力影响，岩石通常受到真三向不等应力，在地质构造及工程开挖扰动影响下，当岩石的结构弱面发生破坏时，一般会同时受到压缩应力和剪切应力的作用。

4、然而，由于单轴加载作动器只能在一个轴上输出荷载，显然无法满足岩石试样同时受到压缩应力和剪切应力的加载条件。同时，套缸加载作动器虽然具备不同应力的输出能力，但不同应力条件却不能同时输出，每次只能输出一种应力条件，因此也无法满足岩石试样同时受到压缩应力和剪切应力的加载条件。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种分层同步加载作动器，能够同步输出压缩载荷和剪切载荷，能够满足岩石试样同时受到压缩应力和剪切应力的加载条件，能够在压缩载荷和剪切载荷施加过程中同步测量岩石试样的变形，可以研究岩石试样在压缩和剪切荷载同时作用下的力学特性，揭示岩石在压缩作用下的剪切变形破裂机理，有助于科学认知深部工程的灾害孕育过程。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种分层同步加载作动器，包括第一加载组件和第二加载组件；所述第一加载组件与第二加载组件在圆周方向上为同轴套装式布局；所述第一加载组件与第二加载组件在轴向方向上为双层并列式布局。

3、所述第一加载组件包括第一缸筒、第一活塞及第一封盖板；所述第一活塞为实心单出杆活塞，所述第一缸筒同轴密封套装在第一活塞外侧，第一活塞的有杆端从第一缸筒的一端筒口密封穿出，所述第一封盖板密封固装在第一缸筒的另一端筒口处，所述第一活塞的无杆端与第一封盖板正对。

4、在所述第一缸筒的中部筒体外侧设有第一法兰。

5、在所述第一活塞的无杆端与第一封盖板之间安装有第一位移传感器。

6、在所述第一活塞有杆端的轴向端部同轴固装有第一测力传感器，在第一测力传感器上同轴固装有第一传力块，在第一传力块上固定安装有第一加载块。

7、所述第一加载块包括基体段和外凸段；所述基体段一端与第一测力传感器固定连接，且基体段与第一测力传感器同轴分布；所述外凸段位于基体段另一端，外凸段相对于基体段圆心点偏置分布。

8、所述第二加载组件包括第二缸筒、第二活塞及第二封盖板；所述第二活塞为空心单出杆活塞，第二活塞同轴密封套装在第一缸筒外侧，第二活塞与第一活塞的有杆端同侧分布；所述第二缸筒同轴密封套装在第二活塞外侧，第二活塞的有杆端从第二缸筒的一端筒口密封穿出，所述第二封盖板固定安装在第二活塞有杆端的轴向端部；所述第二活塞的无杆端与第一缸筒的第一法兰所在侧立面正对。

9、在所述第二缸筒的另一端筒口外侧设有第二法兰，第二法兰与第一法兰密封固定连接。

10、在所述第二活塞的无杆端与第一缸筒的第一法兰所在侧立面之间安装有第二位移传感器。

11、在所述第二封盖板上同轴固装有第二测力传感器，第二测力传感器采用环式结构，第二测力传感器同轴套在第一传力块外侧；在所述第二测力传感器上同轴固装有第二加载块，在第二加载块上开设有第一加载块外凸段穿出孔。

12、本发明的有益效果：

13、本发明的分层同步加载作动器，能够同步输出压缩载荷和剪切载荷，能够满足岩石试样同时受到压缩应力和剪切应力的加载条件，能够在压缩载荷和剪切载荷施加过程中同步测量岩石试样的变形，可以研究岩石试样在压缩和剪切荷载同时作用下的力学特性，揭示岩石在压缩作用下的剪切变形破裂机理，有助于科学认知深部工程的灾害孕育过程。

技术特征：

1.一种分层同步加载作动器，其特征在于：包括第一加载组件和第二加载组件；所述第一加载组件与第二加载组件在圆周方向上为同轴套装式布局；所述第一加载组件与第二加载组件在轴向方向上为双层并列式布局。

2.根据权利要求1所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：所述第一加载组件包括第一缸筒、第一活塞及第一封盖板；所述第一活塞为实心单出杆活塞，所述第一缸筒同轴密封套装在第一活塞外侧，第一活塞的有杆端从第一缸筒的一端筒口密封穿出，所述第一封盖板密封固装在第一缸筒的另一端筒口处，所述第一活塞的无杆端与第一封盖板正对。

3.根据权利要求2所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第一缸筒的中部筒体外侧设有第一法兰。

4.根据权利要求2所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第一活塞的无杆端与第一封盖板之间安装有第一位移传感器。

5.根据权利要求3所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第一活塞有杆端的轴向端部同轴固装有第一测力传感器，在第一测力传感器上同轴固装有第一传力块，在第一传力块上固定安装有第一加载块。

6.根据权利要求5所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：所述第一加载块包括基体段和外凸段；所述基体段一端与第一测力传感器固定连接，且基体段与第一测力传感器同轴分布；所述外凸段位于基体段另一端，外凸段相对于基体段圆心点偏置分布。

7.根据权利要求6所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：所述第二加载组件包括第二缸筒、第二活塞及第二封盖板；所述第二活塞为空心单出杆活塞，第二活塞同轴密封套装在第一缸筒外侧，第二活塞与第一活塞的有杆端同侧分布；所述第二缸筒同轴密封套装在第二活塞外侧，第二活塞的有杆端从第二缸筒的一端筒口密封穿出，所述第二封盖板固定安装在第二活塞有杆端的轴向端部；所述第二活塞的无杆端与第一缸筒的第一法兰所在侧立面正对。

8.根据权利要求7所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第二缸筒的另一端筒口外侧设有第二法兰，第二法兰与第一法兰密封固定连接。

9.根据权利要求7所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第二活塞的无杆端与第一缸筒的第一法兰所在侧立面之间安装有第二位移传感器。

10.根据权利要求7所述的一种分层同步加载作动器，其特征在于：在所述第二封盖板上同轴固装有第二测力传感器，第二测力传感器采用环式结构，第二测力传感器同轴套在第一传力块外侧；在所述第二测力传感器上同轴固装有第二加载块，在第二加载块上开设有第一加载块外凸段穿出孔。

技术总结一种分层同步加载作动器，属于岩石力学试验技术领域，包括第一和第二加载组件；两加载组件在圆周方向上为同轴套装式布局且在轴向方向上为双层并列式布局；第一加载组件包括第一缸筒、第一活塞、第一封盖板、第一法兰、第一位移传感器、第一测力传感器、第一传力块及第一加载块，第一活塞为实心单出杆活塞，第一加载块上设有偏置的外凸段；第二加载组件包括第二缸筒、第二活塞、第二封盖板、第二法兰、第二位移传感器、第二测力传感器及第二加载块，第二活塞为空心单出杆活塞，第二测力传感器采用环式结构，第二加载块上设有第一加载块外凸段穿出孔。本发明能够同步输出压缩和剪切载荷，满足岩石试样同时受到压缩和剪切应力的加载条件。技术研发人员：赵骏,胡亮,郭月,江梦飞,王佳荣受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26