CN105784450A - 一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，其包括模具箱和反力架，反力架通过支柱安装于一底座上；反力架包括分配梁，分配梁的上面安装有加压油缸，分配梁的下面设有压头，加压油缸与压头通过穿过分配梁的拉杆连接；底座位于压头正下方的部分为一凸台，支柱连接于分配梁与底座凸台两侧的台阶之间，凸台的两侧与支柱之间各设有一可升降的导轨，导轨沿凸台的两侧延伸出反力架外；模具箱的底板为一来回行驶于导轨上的平板拖车；导轨的升降行程大于平板拖车的底面在导轨上升至上限时高出凸台上表面的距离。本发明还提供了一种试件制备方法。本方案能够方便地制作和搬运试件，且能够制作多个尺寸的试件，保证试件密实度的一致性。

Description

一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置及方法

技术领域

本发明涉及试件制作装置，具体是一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置及方法。

背景技术

模型试件是实验成功与否的重要因素之一，试件通过制作成型装置形成。如CN203365248U就公开了一种具有软岩试件塑形功能的三轴仪，其包括手动油泵、加压泵、渗流泵、底座、反力架；底座上方设有三轴压力室，三轴压力室内设有围压室，三轴压力室外侧设有加热装置，软岩试件位于三轴压力室中间。底座设有油孔、出水孔，输水管一端连接渗流泵、另一端通向围压室；反力架固定有千斤顶，千斤顶上固定有活塞，输水管穿过活塞；软岩试件外侧套有一个镂有孔洞的套筒。该文献的方案能在软岩试件崩解后对其进行塑形，以保持标准试件形体尺寸。

但传统的试件制备装置通常只能制作尺寸单一的模型材料，且不能保证模型材料内部的密实程度一致，难以满足实验需要。另一方面，在试件尺寸要求较大时，其重量也较大，在试件完成制作后，运送难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置及方法，其能够方便地制作和搬运试件，且能够制作多个尺寸的试件，保证试件密实度的一致性。

本发明的技术方案如下：

一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，包括模具箱和反力架，所述反力架通过支柱安装于一底座上。所述反力架包括分配梁，所述分配梁的上面安装有加压油缸，分配梁的下面设有压头，所述加压油缸与压头通过穿过分配梁的拉杆连接。所述底座位于压头正下方的部分为一凸台，所述支柱连接于分配梁与底座凸台两侧的台阶之间，所述凸台的两侧与支柱之间各设有一可升降的导轨，所述导轨沿凸台的两侧延伸出反力架外。所述模具箱的底板为一来回行驶于导轨上的平板拖车，模具箱四周的侧板可拆卸式安装在平板拖车上；导轨的升降行程大于平板拖车的底面在导轨上升至上限时高出凸台上表面的距离。

进一步，所述侧板可拆卸式连接有加高侧板。

进一步，所述分配梁为沿导轨方向排列的一组，每条分配梁的两端各支撑有一根支柱，且每条分配梁安装两只加压油缸和一只压头，压头的两端各自通过一根拉杆对应连接一只加压油缸。

更进一步，模具内腔设置支撑架、隔板，衬板，支撑架与模具侧板之间设计有支撑杆。

一种采用上述煤岩工程模拟实验的试件制备装置进行试件制备的方法，其包括如下步骤：

a.在反力架外将侧板组装到平板拖车上，根据试件的尺寸，在模具箱内装入隔板和支撑架，以及在侧板的高度方向上安装加高侧板。

b.用吊车、吊篮上料，作业人员进入模具箱内，摊平材料，人工夯实。

c.人员从模具箱出来后，模具箱沿轨道进入反力架内，依靠加压油缸和分配梁进行机械液压压实。

d.制作试件的材料被压实后，压头收回，模具箱退出反力架，人员划松已压实的试件材料的上平面部分，再重复步骤b和c，直到试件制作完毕。

本发明提供的试件制备装置，通过设置导轨，使模具箱能够进出反力架变得容易，方便试件的制作和运送。又采用加高侧板来使试件在高度方向上留有尺寸余量，在去除尺寸余量的材料部分后，保证试件顶面部分的密实度与其余部分一致。且设置隔板和支撑架来制作不同尺寸大小的试件，避免试件尺寸的单一。通过本发明装置制作的试件，能保证实验数据的准确性和可靠性。本发明提供的试件制备方法，将制备材料通过人工夯实和机械液压压实，采用这两种方法并用，分数层成型，来保证试件密度的均匀性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中反力架的右视结构示意图。

附图标记说明：1-平板拖车；2-侧板；3-加高侧板；4-凸台；5-支柱；6-加压油缸；7-分配梁；8-压头；9-导轨；10-升降油缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

见图1所示的一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，反力架作为主要的试件压制组件，其受支柱5支撑于装置的底座上，其分配梁7位于底座正上方，分配梁7承载加压油缸6和压头8，压头8在试件成型过程中通过拉杆下行施压和收回，加压油缸6提供驱动压头8的油压。用于制作试件的材料混合后填充到模具箱进行成型，模具箱顶面敞口，压头8由此对箱内材料进行压实。

为方便在模具箱中填料和移送模具箱至反力架下进行压制，底座位于压头8正下方的部分为一凸台4，凸台4两侧形成一台阶。支柱5立于凸台4两侧的台阶上，两侧的支柱5、凸台4和压头8间限位成的空间为试件压制的操作空间，凸台4的两侧与支柱5之间各设置可升降的导轨9，且导轨9沿凸台4的两侧延伸出反力架外，以供模具箱进出试件压制的操作空间。对应的，模具箱的底板采用平板拖车1，且模具箱四周的侧板2可拆卸式安装在平板拖车1上，以方便在试件成型后拆除。由于需要对模具箱内的试件材料进行压实，平板拖车1的轮子不宜作为受冲压的承载件，因此，导轨9上升的高度需要保证模具箱行驶到凸台4的正上方，导轨9的下降高度需要保证平板拖车1的底面完全落到凸台4上而使轮子悬空，即是导轨9的升降行程大于平板拖车1的底面在导轨9上升至上限时高出凸台4上表面的距离。

导轨9的升降驱动可采用升降油缸10，如图2所示，升降油缸10的缸筒上下贯穿底座位于凸台4两侧的台阶，其活塞杆的端部支撑导轨9，缸筒下端接地支撑。采用升降油缸10来驱动导轨9往复升降，可免去减速装置，运动平稳，驱动力好。

为匹配试件的成型尺寸，分配梁7为包含多条的一组，其沿导轨9方向排列，每条分配梁7的两端各支撑有一根支柱5，且每条分配梁7安装两只加压油缸6和一只压头8，压头8为宽度方向与导轨9方向一致的长方块型，压头8的两端各自通过一根拉杆对应连接一只加压油缸6。各压头8的施压控制由各自的加压油缸6控制，根据试件尺寸，选用一个或多个并排的压头8进行压制，实现多个尺寸试件的成型。

对应多条分配梁7，以本装置包含五条分配梁7为例，对应地通过隔板将模具箱沿导轨9方向分成五个区域，每个区域均可与正上方的分配梁7相对应。模具箱内自上而下可以设置五层可调节的支撑架，在支撑架内放一层衬板，支撑架与模具侧板2之间设计有支撑杆。并在侧板2上可拆卸式连接加高侧板3，在试件成型过程中，使试件在高度方向上留有尺寸余量，在试件成型的最后阶段，拆除加高侧板3，对应去除加高侧板3围成的材料部分，保证试件顶面部分的密实度与其余部分一致。

采用本装置来制备试件，其过程包括以下步骤：

(1)在反力架外将侧板2组装到平板拖车1上，根据制作的试件尺寸，在模具箱内装入隔板和支撑架，以及在侧板2高度方向上安装加高侧板3。

(2)用吊车、吊篮上料，作业人员进入模具箱内，摊平材料，人工夯实。

(3)人员出来后，模具箱沿轨道进入反力架内，依靠加压油缸6和分配梁7进行机械液压压实。如施加压实荷载5MPa。

(4)一定厚度的试件材料压实后，压头8收回，模具箱退出反力架，人员划松已压实的试件材料的上平面部分，再重复第2、3步的作业，直到试件制作完毕。

以制作120×120×200cm的试件模型为例，加高侧板3高30cm，试件制作时先夯实到140cm高左右，卸掉加高侧板3后，将高出侧板2的试件材料用刮板刮掉，使试件材料的上平面与侧板2的高度一致，侧板2拆除后，就形成了一个完整的120×120×200cm的试件模型。

在试件制作过程中，提前在试验大纲确定的位置埋设应变、温度、气体压力传感器等量测元件，测量导线应先水平再垂直地引向试件的一个顶角，上层材料继续夯实和压实时，用套管保护好量测导线。

为方便在试件的立面布置测点，试件可分区制作，以上述120×120×200cm的试件模型为例，沿200cm长的方向上从前向后最多可以分5个小区，每个小区均可与顶部的分配梁相对应，这样，形成的四个立面不仅可以用于布置测点，还有利于根据实验需要制作不同尺寸的试件模型。在模具箱的内腔自上而下设置5层可调节的支撑架，每层高30cm，在支撑架朝内的一侧安放一层3cm厚的衬板，支撑架与模具侧板之间通过支撑杆连接。

Claims (6)

1.一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，包括模具箱和反力架，所述反力架通过支柱安装于一底座上，其特征在于：所述反力架包括分配梁，所述分配梁的上面安装有加压油缸，分配梁的下面设有压头，所述加压油缸与压头通过穿过分配梁的拉杆连接；所述底座位于压头正下方的部分为一凸台，所述支柱连接于分配梁与底座凸台两侧的台阶之间，所述凸台的两侧与支柱之间各设有一可升降的导轨，所述导轨沿凸台的两侧延伸出反力架外；所述模具箱的底板为一来回行驶于导轨上的平板拖车，模具箱四周的侧板可拆卸式安装在平板拖车上；导轨的升降行程大于平板拖车的底面在导轨上升至上限时高出凸台上表面的距离。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，其特征在于：所述导轨通过升降油缸升降。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，其特征在于：所述侧板可拆卸式连接有加高侧板。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种煤岩工程模拟实验的试件制备装置，其特征在于：所述分配梁为沿导轨方向排列的一组，每条分配梁的两端各支撑有一根支柱，且每条分配梁安装两只加压油缸和一只压头，压头的两端各自通过一根拉杆对应连接一只加压油缸。

5.一种采用权利要求4所述的煤岩工程模拟实验的试件制备装置进行试件制备的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.在反力架外将侧板组装到平板拖车上，根据试件的尺寸，在模具箱内装入隔板和支撑架，以及在侧板的高度方向上安装加高侧板；

b.用吊车、吊篮上料，作业人员进入模具箱内，摊平材料，人工夯实；

c.人员从模具箱出来后，模具箱沿轨道进入反力架内，依靠加压油缸和分配梁进行机械液压压实；

d.制作试件的材料被压实后，压头收回，模具箱退出反力架，人员划松已压实的试件材料的上平面部分，再重复步骤b和c，直到试件制作完毕。

6.根据权利要求5所述的试件制备方法，其特征在于：步骤c中加压油缸和分配梁进行机械液压的压实荷载为5MPa。