CN104458433B - 一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台及使用方法；该平台试验机上方设有活动横梁、传感器、截齿套筒及试验截齿，下方试验箱体内部设有超薄千斤顶和压力传感器；试验箱体底部横向设有旋转螺杆与弧形齿座啮合，并通过滑块使两者固定连接；弧形齿座套装于中心转轴上，旋转座平装于其下部的纵向滑座，纵向滑座与其下的纵向滑座套匹配连接；纵向滑座套连接在底座上部的横向滑道里，通过纵向丝杠、横向丝杆和中心转轴，即能实现平台纵横位置移动和360°旋转运动，本试验平台结构简单，制作容易，可更换截齿或不同尺寸试样、进行围压控制以及调整截齿任意侵入角度及位置的试验功能，适应于复杂环境条件下截齿侵入煤岩破裂机理的试验研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台及使用方法，属于采矿工程领域和机械测试领域。
背景技术
我国是以煤炭为主要能源的国家之一，未来我国煤炭开采深度与难度越来越大，采掘机械在保证高效安全生产方面起着关键的作用。作为截割的主要部件，截齿在破碎煤岩过程中处于恶劣的环境条件，包括煤岩的物理力学性质、截齿的性能及破碎时侵入煤岩的角度、地层压力大小等均对采掘效果产生了重要影响。
截齿侵入煤岩破裂机理的基本试验，对于研究截齿的性能及截齿与煤岩匹配关系、煤岩材料的破裂过程及最终破碎形态不可忽视。截齿侵入煤岩破裂过程可看成是准静态过程，目前，截齿侵入试验平台大都是在传统试验机的基础上将原有压头改作截齿夹具进行截齿垂直侵入试验，进行截齿变角度侵入试验难以进行控制，且煤岩外围条件多数不受限制，导致试验与实际截齿侵入煤岩过程及状态有较大偏差。
发明内容
针对以往试验机只能在垂直且试样无围压条件下进行侵入试验的缺陷，本发明提供了一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台及使用方法。该试验平台不仅能够根据试验需要更换不同规格截齿或不同尺寸试样，同时可进行煤岩围压控制，更突出的是能够根据截齿侵入煤岩角度或位置不同进行试验平台任意角度及位置的调整，从而具有进行复杂环境条件下的截齿侵入煤岩破裂机理研究的试验功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台，包括：试验机、负荷传感器、活动横梁、截齿套筒、加载控制按钮、试验箱体、围压传感器、滑块、纵向丝杆、纵向滑座、纵向滑座套、横向丝杆、底座、横向滑道、智能显示器、旋转座、中心转轴、弧形滑道、弧形齿座、旋转螺杆、超薄千斤顶、试验截齿；该平台有一个门式力系框架试验机，该试验上设有加载控制按钮和智能显示器，加载控制按钮与计算机连接；试验机上方设有能够上下移动的活动横梁，在活动横梁的上端面设有负荷传感器，活动横梁的下端通过截齿套筒和螺钉固定连接有垂直向下的镐型试验截齿，在试验截齿的正下方设有上部开口的金属立方试验箱体，试验箱体的内部前后左右侧面，分别设有嵌装在直立滑道内的超薄千斤顶和围压传感器，围压传感器和超薄千斤顶相对应面均设有与煤岩试样等同高度的约束钢板；在试验箱体的底部横向设有一个带调节把手的旋转螺杆，该旋转螺杆与下部圆弧形的弧形齿座啮合，并在试验箱体的底部固定连接有嵌装在弧形齿座弧形滑道内的滑块，该滑块使试验箱体与弧形齿座形成一个匹配移动的整体；弧形齿座固定连接在其下方、套装在纵向滑座直立的中心转轴上的旋转座上，该旋转座平装在其下部的纵向滑座上，纵向滑座上设有一个向上的中心转轴与旋转座转动固定连接，由中心转轴的固定螺帽调节旋转座的松紧、固定和360°的旋转运动；在紧挨着旋转座的下端面，设有能够纵向移动的纵向滑座以及燕尾匹配在纵向滑座下面的纵向滑座套内；纵向滑座套滑动匹配固定连接在底座上部的横向滑道里，通过调节穿插于纵向滑座里的纵向丝杠和纵向滑座套里的横向丝杆的摇把实现平台纵横位置移动。
使用时，将煤岩试样置于试验箱体内，根据煤岩试样的大小调节超薄千斤顶的位置，向其施以围压，通过两侧或四侧的约束钢板使煤岩试样受力均匀，启动加载控制按钮，活动横梁以一定的加载速度向下施压，试验截齿会侵入煤岩试样中，其向下的压力会通过负荷传感器实时显示于计算机；当需要对不同侵入角及位置情况下试验截齿对煤岩试样的侵入破坏进行试验模拟时，可通过旋转螺杆上的调节把手，调节旋转螺杆与弧形齿座的啮合弧度来控制试验箱体的竖直角度，试验箱体通过嵌装在弧形滑道内的滑块固定牢固，确保试验箱体不会前后左右摇晃或滑落，而若对试验箱体进行前后左右位置或360°范围水平角度的任意调节时，即可通过横向丝杆、纵向丝杆及中心转轴来进行，即实现了试验箱体的万向调节；试验过程中超薄千斤顶施加的压力可通过相对面的围压传感器继而显示在试验机上的智能显示器上。这样，在进行复杂环境条件下的截齿侵入试验研究时，能够通过此试验万向平台进行精确控制，加载稳定且操作方便，同时配合计算机和数字控制系统对载荷、位移等试验参数进行控制和测量，具有突出的技术效果。
本发明的有益效果是：
1
、根据试验需要可更换不同规格截齿及一定范围的不同尺寸试样。
2
、截齿侵入试验可在煤岩试样有围压条件下进行；
3
、根据截齿侵入角度及位置的不同可进行试验平台的万向调节。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理图。
图中1.试验机，2.负荷传感器，3.活动横梁，4.截齿套筒，5.加载控制按钮，
6.试验箱体，7.围压传感器，8.滑块，9.纵向丝杆，10.纵向滑座，11.纵向滑座套，12.横向丝杆，13.底座，13-1.横向滑道，14.智能显示器，15.旋转座，15-1.中心转轴，16.弧形滑道，17.弧形齿座，18.旋转螺杆，19.超薄千斤顶，20.煤岩试样，21.试验截齿。
具体实施方式
在图1中，一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台，包括：试验机1、负荷传感器2、活动横梁3、截齿套筒4、加载控制按钮5、试验箱体6、围压传感器7、滑块8、纵向丝杆9、纵向滑座10、纵向滑座套11、横向丝杆12、底座13、横向滑道13-1、智能显示器14、旋转座15、中心转轴15-1、弧形滑道16、弧形齿座17、旋转螺杆18、超薄千斤顶19、试验截齿21；该平台有一个门式力系框架试验机1，该试验机1上设有加载控制按钮5和智能显示器14，加载控制按钮5与计算机连接；试验机1上方设有能够上下移动的活动横梁3，在活动横梁3的上端面设有负荷传感器2，活动横梁3的下端通过截齿套筒4和螺钉固定连接有垂直向下的镐型试验截齿21，在试验截齿21的正下方设有上部开口的金属立方试验箱体6，试验箱体6的内部前后左右侧面，分别设有嵌装在直立滑道内的超薄千斤顶19和围压传感器7，围压传感器7和超薄千斤顶19相对应面均设有与煤岩试样20等同高度的约束钢板；在试验箱体6的底部横向设有一个带调节把手的旋转螺杆18，该旋转螺杆18与下部圆弧形的弧形齿座17啮合，并在试验箱体6的底部固定连接有嵌装在弧形齿座17弧形滑道16内的滑块8，该滑块8使试验箱体6与弧形齿座17形成一个匹配移动的整体；弧形齿座17固定连接在其下方、套装在纵向滑座10直立的中心转轴15-1上的旋转座15上，该旋转座15平装在其下部的纵向滑座10上，纵向滑座10上设有一个向上的中心转轴15-1与旋转座15转动固定连接，由中心转轴15-1的固定螺帽调节旋转座15的松紧、固定和360°的旋转运动；在紧挨着旋转座15的下端面，设有能够纵向移动的纵向滑座10以及燕尾匹配在纵向滑座10下面的纵向滑座套11内；纵向滑座套11滑动匹配固定连接在底座13上部的横向滑道13-1里，通过调节穿插于纵向滑座10里的纵向丝杠9和纵向滑座套11里的横向丝杆12的摇把实现平台纵横位置移动。
使用时，将煤岩试样20置于试验箱体6内，根据煤岩试样20的大小调节超薄千斤顶19的位置，向其施以围压，通过两侧或四侧的约束钢板使煤岩试样20受力均匀，启动加载控制按钮5，活动横梁3以一定的加载速度向下施压，试验截齿21会侵入煤岩试样20中，其向下的压力会通过负荷传感器2实时显示于计算机；当需要对不同侵入角及位置情况下试验截齿21对煤岩试样20的侵入破坏进行试验模拟时，可通过旋转螺杆18上的调节把手，调节旋转螺杆18与弧形齿座17的啮合弧度来控制试验箱体6的竖直角度，试验箱体6通过嵌装在弧形滑道16内的滑块8固定牢固，确保试验箱体6不会前后左右摇晃或滑落，而若对试验箱体6进行前后左右位置或360°范围水平角度的任意调节时，即可通过横向丝杆12、纵向丝杆9及中心转轴15-1来进行，即实现了试验箱体6的万向调节；试验过程中超薄千斤顶19施加的压力可通过相对面的围压传感器7继而显示在试验机1上的智能显示器14上。这样，在进行复杂环境条件下的截齿侵入试验研究时，能够通过此试验万向平台进行精确控制，加载稳定且操作方便，同时配合计算机和数字控制系统对载荷、位移等试验参数进行控制和测量，具有突出的技术效果。
Claims (1)
1.一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台，包括：试验机（1）、负荷传感器（2）、活动横梁（3）、截齿套筒（4）、加载控制按钮（5）、试验箱体（6）、围压传感器（7）、滑块（8）、纵向丝杆（9）、纵向滑座（10）、纵向滑座套（11）、横向丝杆（12）、底座（13）、横向滑道（13-1）、智能显示器（14）、旋转座（15）、中心转轴（15-1）、弧形滑道（16）、弧形齿座（17）、旋转螺杆（18）、超薄千斤顶（19）、煤岩试样（20）、试验截齿（21）；该平台有一个门式力系框架试验机（1），该试验机（1）上设有加载控制按钮（5）和智能显示器（14），加载控制按钮（5）与计算机连接；试验机（1）上方设有能够上下移动的活动横梁（3），在活动横梁（3）的上端面设有负荷传感器（2），活动横梁（3）的下端通过截齿套筒（4）和螺钉固定连接有垂直向下的镐型试验截齿（21），其特征是：在试验截齿（21）的正下方设有上部开口的金属立方试验箱体（6），试验箱体（6）的内部前后左右侧面，分别设有嵌装在直立滑道内的超薄千斤顶（19）和围压传感器（7），围压传感器（7）和超薄千斤顶（19）相对应面均设有与煤岩试样（20）等同高度的约束钢板；在试验箱体（6）的底部横向设有一个带调节把手的旋转螺杆（18），该旋转螺杆（18）与下部圆弧形的弧形齿座（17）啮合，并在试验箱体（6）的底部固定连接有嵌装在弧形齿座（17）弧形滑道（16）内的滑块（8），该滑块（8）使试验箱体（6）与弧形齿座（17）形成一个匹配移动的整体；弧形齿座（17）固定连接在其下方、套装在纵向滑座（10）直立的中心转轴（15-1）上的旋转座（15）上，该旋转座（15）平装在其下部的纵向滑座（10）上，纵向滑座（10）上设有一个向上的中心转轴（15-1）与旋转座（15）转动固定连接，由中心转轴（15-1）的固定螺帽调节旋转座（15）的松紧、固定和360°旋转运动；在紧挨着旋转座（15）的下端面，设有能够纵向移动的纵向滑座（10）以及燕尾匹配在纵向滑座（10）下面的纵向滑座套（11）；纵向滑座套（11）滑动匹配固定连接在底座（13）上部的横向滑道（13-1）里，通过调节穿插于纵向滑座（10）里的纵向丝杆（9）和纵向滑座套（11）里的横向丝杆（12）的摇把实现平台纵横位置移动；所述一种截齿侵入煤岩破裂机理试验万向平台，其使用方法是：将煤岩试样（20）置于试验箱体（6）内，根据煤岩试样（20）的大小调节超薄千斤顶（19）的位置，向其施以围压，通过两侧或四侧的约束钢板使煤岩试样（20）受力均匀，启动加载控制按钮（5），活动横梁（3）以一定的加载速度向下施压，试验截齿（21）会侵入煤岩试样（20）中，其向下的压力会通过负荷传感器（2）实时显示于计算机；当需要对不同侵入角及位置情况下试验截齿（21）对煤岩试样（20）的侵入破坏进行试验模拟时，可通过旋转螺杆（18）上的调节把手，调节旋转螺杆（18）与弧形齿座（17）的啮合弧度来控制试验箱体（6）的竖直角度，试验箱体（6）通过嵌装在弧形滑道（16）内的滑块（8）固定牢固，确保试验箱体（6）不会前后左右摇晃或滑落，而若对试验箱体（6）进行前后左右位置或360°范围水平角度的任意调节时，即可通过横向丝杆（12）、纵向丝杆（9）及中心转轴（15-1）来进行，即实现了试验箱体（6）的万向调节；试验过程中超薄千斤顶（19）施加的压力可通过相对面的围压传感器（7）继而显示在试验机（1）上的智能显示器（14）上。
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