巖石力學試驗機旋轉(zhuǎn)壓力室及其靜壓支承特性研究.pdf

1、巖石力學試驗機是用來在實驗室環(huán)境受控地再現(xiàn)地球深部巖石在壓力、氣液滲流、高溫等多種物理條件耦合作用下的力學特性的設(shè)備。為了實現(xiàn)巖石試樣破裂時特征的可視化，地學科學家希望利用壓力室可以精密旋轉(zhuǎn)的試驗機，配合高能加速器CT成像和三維圖像重構(gòu)技術(shù)，觀察到巖石破裂的條件與特性，為地下油氣開采以及地震等研究提供新的依據(jù)。
　　為了使巖石力學試驗機壓力室能夠精密地旋轉(zhuǎn)，在壓力室上下需采用軸承，本文設(shè)計了旋轉(zhuǎn)壓力室的巖石力學試驗機總體方案，討論

2、了旋轉(zhuǎn)壓力室驅(qū)動方式、傳動方式以及避免巖石試樣承受旋轉(zhuǎn)扭矩的同步方案。研制了模擬樣機，驗證了方案的可行性。
　　在對模型樣機實驗測試以及齒輪傳動應(yīng)變分析發(fā)現(xiàn)，摩擦轉(zhuǎn)矩對電機同步以及旋轉(zhuǎn)精度的控制具有顯著的影響。同時，大直徑機械軸承的旋轉(zhuǎn)跳動不滿足光學成像的要求。為此，本文提出了將液體靜壓支承技術(shù)應(yīng)用到巖石力學試驗機上的方法。設(shè)計了可承受2000kN軸向載荷的壓力室轉(zhuǎn)臺液體靜壓支承方案，提高了壓力室旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)度，同時使得壓力室旋轉(zhuǎn)摩

3、擦轉(zhuǎn)矩從1152Nm降低到2.12Nm，這對驅(qū)動系統(tǒng)的控制起到重要的作用。
　　論文在靜壓支承設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步研究了壓力室靜壓支承的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。建立了液體靜壓支承靜態(tài)特性的流量方程、承載力方程和剛度方程，研究了油膜厚度、油腔半徑以及油腔深度等對液體靜壓支承承載力和剛度的影響。建立了靜壓支承動態(tài)特性的傳遞函數(shù)，對液體靜壓支承動態(tài)特性進行了仿真分析，研究了敏感油路的體積、油膜厚度、初始油膜壓力以及潤滑油粘度對時域特性和幅頻