本發(fā)明涉及一種高壓壓力試驗研究領域，尤其涉及高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置及其使用方法，既可應用于實驗室超高壓壓力試驗研究，也可用于地球科學研究、航空航天、船舶工業(yè)、材料成型、石油化工等各技術領域的超高壓壓力設備。

背景技術：

液壓技術和測控系統的發(fā)展使得超高壓液壓研究應用得到飛速進步。高溫高壓流變儀是地球深部探究中的先進實驗儀器，研究結果的可靠性很大程度上取決于圍壓壓力、軸向應變和加熱系統的控制精度。流變儀通過控制變形柱塞的移動速度和擠壓力大小來模擬軸向高壓環(huán)境，進行流變學實驗研究。進行變形實驗時，流變的速率在10^-2～10^-7/s，要求軸向應變運動速度低而且范圍寬，同時精度要高。在常用的高溫高壓流變設備中，圍壓系統已發(fā)展成為液壓傳動，軸壓傳動仍多以“電機+減速器+滾珠絲杠”的傳統形式為主。同時由于電機低速性能不明確，機械傳動中往往采用多級高減速比減速器串聯來保證對小進給的控制。而在實際應用中發(fā)現，這種多級機械傳動產生的噪聲會對流變實驗中聲波、振動檢測產生一定程度的干擾，因此基于超高壓技術對流變儀軸壓系統進行液壓式改造是有意義的。

在實現流變儀軸壓液壓式改造進程中，如何精確控制軸壓低速率進給是關鍵問題，這就關系到如何控制小的進口流量，尤其是在超高壓階段。市場上的快速開關閥響應速度較慢，達不到要求的切換頻率，無法滿足實驗需求。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種可實現低壓快速加壓、超高壓低速率進給的高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置及其使用方法。

本發(fā)明所采用的技術方案為：一種高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置，其包括油箱、油泵、柱塞缸、增壓油缸、控制器，所述油泵的輸入管道與油箱相連，輸出管道分別連接有三條油路，第一條油路通過泄油管路與油箱相連，第二條油路與柱塞缸的進油口相連，第三條油路與增壓缸的無桿腔相連，在增壓油缸的兩端配置有檢測元件，所述增壓缸的活塞桿端與高溫高壓流變儀的壓桿相配置，所述柱塞缸的活塞桿端通過柱塞缸驅動裝置驅動，所述增壓缸的缸徑比柱塞缸的缸徑小，兩者存在比例差，所述控制器分別與檢測元件和柱塞缸驅動裝置相連。

按上述技術方案，在油泵的輸出管路上安設有第一液壓閥，在第二條油路的入口設有第二液壓閥，在第三條油路的入口設有第三液壓閥。

按上述技術方案，所述泄油管路包括電控伺服閥和手動溢流閥，兩者相互并聯后與油箱相連。

按上述技術方案，所述柱塞缸驅動裝置包括第二伺服電機，第二伺服電機的輸出軸通過傳動機構與柱塞缸的活塞桿端相連，用于驅動柱塞缸的活塞桿做往復直線運動。

按上述技術方案，所述油泵通過第一伺服電機驅動油泵工作。

按上述技術方案，所述柱塞缸為單活塞式液壓缸，在柱塞缸的兩端分別設有一個限位開關，當其活塞桿接觸到其中一個限位開關時，第二伺服電機會自動停止工作。

按上述技術方案，所述檢測元件包括位移傳感器和壓力傳感器。

按上述技術方案，所述第一液壓閥、第二液壓閥和第三液壓閥均為手動液壓閥。

按上述技術方案，所述柱塞缸和增壓缸的缸徑比為：1:8～1:12。

一種高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置的使用方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、提供如上所述的高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置；

S2、進行軸向初期加壓步驟，具體為：打開第一、第二、第三液壓閥，啟動第一伺服電機驅動油泵將液壓油傳至第一液壓閥，帶有壓力的液壓油在分別經過第二條油路和第三條油路后分別進入到增壓油缸及柱塞缸；

S3、進行流變實驗步驟，具體為：軸向低速進給時，關閉油泵輸出管路上的第一液壓閥，并打開第二條油路上的第二液壓閥和第三條油路上的第三液壓閥，啟動第二伺服電機，在第二伺服電機的帶動下柱塞缸的活塞不斷向無桿腔前進，油液經第三條油路后進入增壓油缸，同時實時反饋壓力傳感器與位置傳感器的數值，對第二伺服電機進行全閉環(huán)控制，緩慢加壓直到達到目標之后自動保壓；

S4、進行補壓步驟，具體為：調整電控伺服閥和手動溢流閥，關閉第三條油路上的第三液壓閥，打開第一、第二液壓閥，啟動油泵及第二伺服電機對柱塞缸進行補壓工作，補壓完成后柱塞缸可繼續(xù)對增壓油缸進行保壓與進給任務；

S5、進行返程低速退壓步驟，關閉第一液壓閥，打開第二、第三液壓閥，啟動第二伺服電機進行慢速反轉，帶動活塞桿后退實現退壓工作，從而帶動增壓油缸活塞后退，實現壓桿與樣品的分離；

S6、當退壓到安全壓力范圍內時，關閉第二液壓閥，通過控制電控伺服閥實現快速退壓。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明通過將柱塞缸液壓缸反用，通過傳動機構與活塞桿的連接將第二伺服電機的回轉運動轉換為直線運動，推進柱塞缸液體進給從而實現對增壓缸油液的補給；同時通過增壓油缸缸徑遠大于柱塞缸缸徑的設計，可以解決傳動中進給小而第二伺服電機轉速又不能過小的矛盾，合理設計兩個液壓缸的缸徑比例可在有效達到超高軸壓要求的同時通過轉換關系實現油缸活塞小進給的精確控制。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

1、本發(fā)明通過有限元件的不同組合實現軸壓的快速加壓、低速進給、精確保壓、補壓以及返程工作，全程運行平穩(wěn)，噪聲小。

2、本裝置采用伺服電機、伺服閥、柱塞缸控制增壓油缸的低壓側實現對超高壓壓力的控制，系統均為常用液壓元件，易采購，制造周期短，成本低。

3、本裝置采用液壓式傳動方式，能有效實現大、小流量的精確控制，具有加壓進給、保壓控制、補壓、返程功能，能達到軸向流變實驗要求，解決機械傳動中存在的干擾問題，運行平穩(wěn)可靠，該裝置可作為實驗研究裝置，也能用于需要超高壓的冶金、材料成型等其他場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本實施例提供了一種高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置，其包括油箱1、過濾器2、油泵3、單向閥5、柱塞缸13、增壓油缸11，控制器。所述油泵3通過第一伺服電機4驅動油泵工作，所述油泵3的輸入管道通過過濾器2與油箱1相連，輸出管道分別連接有三條油路，第一條油路通過泄油管路與油箱相連，第二條油路與柱塞缸13的進油口相連，第三條油路與增壓缸11的無桿腔相連，在增壓油缸11的兩端配置有檢測元件10，所述增壓缸11的活塞桿端與高溫高壓流變儀的壓桿相配置，所述柱塞缸13的活塞桿端通過柱塞缸驅動裝置驅動，所述柱塞缸的缸徑比增壓缸的缸徑小，兩者存在比例優(yōu)選1:10，所述控制器分別與檢測元件10和柱塞缸驅動裝置相連，其中，所述檢測元件10包括位移傳感器和壓力傳感器。

本實施例中，在油泵3的輸出管路上安設有第一液壓閥6，在第二條油路的入口設有第二液壓閥12，在第三條油路的入口設有第三液壓閥9，本實施例中，所述第一液壓閥6、第二液壓閥12和第三液壓閥9均為超高壓手動液壓閥。增壓油缸11為超高壓增壓油缸(在現有設備下高壓端壓力可達120MPa)。

本實施例中，所述泄油管路包括電控伺服閥8和手動溢流閥7，兩者相互并聯后與油箱1相連。

本實施例中，所述柱塞缸驅動裝置包括第二伺服電機14，第二伺服電機的輸出軸通過減速器及傳動機構與柱塞缸的活塞桿端相連，用于驅動柱塞缸的活塞桿做往復直線運動。,所述柱塞缸13為單活塞式液壓缸，在柱塞缸的兩端分別設有一個限位開關，當其活塞桿接觸到其中一個限位開關時，第二伺服電機會自動停止工作。

本裝置采用伺服電機、伺服閥、柱塞缸控制增壓油缸的低壓側實現對超高壓壓力的控制，系統均為常用液壓元件，易采購，制造周期短，成本低。

本發(fā)明還提供了一種高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置的使用方法，包括如下步驟：

S1、提供如上所述的高溫高壓流變儀用液壓式軸壓發(fā)生裝置；

S2、進行軸向初期加壓步驟，具體為：打開第一、第二、第三液壓閥(6，12，9)，啟動第一伺服電機4驅動油泵3將液壓油傳至第一液壓閥6，帶有壓力的液壓油在分別經過第二條油路和第三條油路后分別進入到增壓油缸11及柱塞缸13的無桿腔端，一方面實現對增壓油缸的大流量補給，另一方面可實現對柱塞缸的油液補充；

S3、進行流變實驗步驟，具體為：軸向低速進給時，關閉油泵3輸出管路上的第一液壓閥6，并打開第二條油路上的第二液壓閥12和第三條油路上的第三液壓閥9，啟動第二伺服電機14，在第二伺服電機14的帶動下柱塞缸13的活塞不斷向無桿腔前進，油液經第三條油路后進入增壓油缸11，同時實時反饋壓力傳感器與位置傳感器的數值，對第二伺服電機14進行全閉環(huán)控制，緩慢加壓直到達到目標之后自動保壓；

S4、進行補壓步驟，具體為：調整電控伺服閥8和手動溢流閥7，關閉第三條油路上的第三液壓閥9，打開第一、第二液壓閥(6，12)，啟動油泵3及第二伺服電機14對柱塞缸13進行補壓工作，補壓完成后柱塞缸13可繼續(xù)對增壓油缸11進行保壓與進給任務；

S5、進行返程低速退壓步驟，關閉第一液壓閥6，打開第二、第三液壓閥(12，9)，啟動第二伺服電機14進行慢速反轉，帶動活塞桿后退實現退壓工作，從而帶動增壓油缸11活塞后退，實現壓桿與樣品的分離；為保證返程順利進行，在退壓任務進行前，可先關閉第三液壓閥，打開手動溢流閥和第二伺服電機14將柱塞缸13中液壓油排凈，以備有足夠空間退壓；

S6、當退壓到安全壓力范圍內時，關閉第二液壓閥12，通過控制電控伺服閥8實現快速退壓。