CN106442111A - 一种霍普金森杆多级子弹发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霍普金森杆多级子弹发射装置。所述实验装置包括内腔体、半球孔洞、后子弹、连接链、环形气缸、外腔体、前子弹、环形子弹、前子弹附属块、运移槽。该实验装置是霍普金森杆的一种新型子弹发射装置，需与霍普金森杆配套使用，以多级子弹先后发射对霍普金森杆的撞击作用来模拟煤矿连续多次的冲击地压作用，使霍普金森杆可进行连续多次冲击作用下煤岩体力学特性的测试实验，并可对每次冲击下的动态应力应变进行测量。

Description

一种霍普金森杆多级子弹发射装置

技术领域

本发明涉及一种霍普金森杆冲击加载装置，特别是一种可连续多次发射子弹的霍普金森杆多级子弹发射装置。

背景技术

冲击地压作为一种特殊的矿压显现形式，已成为煤矿开采的主要灾害之一，严重威胁煤矿的生产安全。总结近年来频繁发生的煤矿冲击地压，发型呈现出一些新的特点，重复、多次冲击便是特点之一。矿井承受着连续多次的冲击，煤岩体也承受着连续多次的冲击，为了更好的研究冲击地压的机理与规律，冲击地压作用煤岩体的研究显得尤为重要，对其冲击力学性能的研究更是尤为重要，而目前国内外学者对煤岩体冲击力学性能研究的论著较少，现有的研究论述也仅仅是针对煤岩体单次冲击的研究，而尚未见煤岩体多次冲击力学特性的研究，一个很重要的原因在于目前国内外缺乏连续多次冲击加载的实验装置，因此，亟待研发一种可以实现连续多次冲击加载的实验装置。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以实现连续多次冲击加载的实验装置，该装置与霍普金森杆配套使用，以多级子弹先后发射来模拟煤矿连续多次的冲击地压作用，使霍普金森杆可进行连续多次冲击作用下煤岩体力学特性的测试实验，并可对每次冲击下的的动态应力应变进行测量。

为实现此目的，本发明所设计的霍普金森杆多级子弹发射装置包括内腔体、半球孔槽、后子弹、连接链、环形气缸、外腔体、前子弹、环形子弹、前子弹附属块、运移槽。

该装置仅对霍普金森杆的子弹发射系统进行改进，其他部分不变，其显著特点是双腔体、多子弹，且子弹分为前子弹、后子弹与环形子弹三类，环形子弹先发射，环形子弹撞击前子弹附属块，通过前子弹附属块带动前子弹发射，前子弹通过连接链带动后子弹发射，后子弹通过连接链带动后子弹发射。必须保证前子弹先于后子弹发射，若后子弹先发射，再推动前子弹发射，则形成的是单次加载波，而不是多次加载波，因此，双腔体、多子弹设计的最终目的是保证前子弹先于后子弹后发射。

所述霍普金森杆多级子弹发射装置与传统霍普金森杆的加载装置相比，霍普金森杆多级子弹发射装置的采用圆环形气缸，圆环形气缸位于整个发射装置的中部，且高压气体驱动空间也为圆环形空间，高压气体的直接驱动对象为圆环形子弹。

所述霍普金森杆多级子弹发射装置内包含前子弹和后子弹，前子弹具有前子弹附属块，前子弹附属块与前子弹为一体化结构，前子弹与后子弹之间依靠连接链进行连接，后子弹与后子弹之间依靠连接链进行连接，前子弹的数量为1，后子弹的数量至少为1，霍普金森杆多级子弹发射装置的子弹总数即是加载次数。

所述的内腔体与外腔体所形成的环形空间内置有环形子弹和前子弹附属块，内腔体的前端置有运移槽，前子弹附属块与前子弹通过运移槽在内腔体的前端移动。

所述气缸为环形气缸，其与外腔体相连，内承内腔体，环形气缸所承高压气体作用于内腔体与外腔体所形成的环形空间，环形空间内的圆环子弹在高压气体的作用下，撞击前子弹附属块，使前子弹附属块带动前子弹向前运动，前子弹通过连接链带动后子弹向前运动，后子弹间通过连接链带动向前运动。

所述前子弹与后子弹的前后端均具有一个半球孔洞，两子弹间的半球孔洞相对，连接链紧固于两半球孔洞内，且连接链的总长度小于半球孔洞的三倍，通过连接链的长度可以调节加波间距。

所述外腔体的直径大于内腔体，前子弹与后子弹的直径相同，并等于内腔体的内径，且等于霍布金森杆的杆径。且子弹所用材料必须与霍普金森杆所有材料相同，即波阻抗相同。

本发明的有益效果是：

1)本发明与霍普金森杆配套使用解决了目前缺乏多次冲击加载实验装置的问题，可为冲击地压多次冲击方面的研究提供仪器支持，且可以进行单次冲击实验，同时，该实验装置与霍普金森杆连用不仅可以用于间断型多次冲击地压的研究，也可以用于连续型多次冲击地压的研究，为冲击地压的研究提供了新视角与新工具。

2)本发明克服了霍普金森杆仅能做单次冲击的问题，在冲击次数上，多级子弹发射装置的连续冲击次数高于内外子弹加载系统。前后子弹加载系统可以做两次及以上的多次冲击实验，且随着入射杆与投射杆长度的提高，其冲击次数可以随之提高，这与普通的霍普金森杆相比，可开展更多关于冲击动力学方面的实验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：1-内腔体；2—半球孔洞；3—后子弹；4—连接链；5—环形气缸；6—外腔体；7—前子弹；8—环形子弹；9—前子弹附属快；10—运移槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示为本发明的结构示意图，一种霍普金森杆多级子弹发射装置，整个装置由内腔体1、半球孔洞2、后子弹3、连接链4、环形气缸5、外腔体6、前子弹7、环形子弹8、前子弹附属块9、运移槽10组成。

所述霍普金森杆多级子弹发射装置的具有双腔体结构，内腔体1的部分空间被内腔体6包含，同时，内腔体1的部分空间被环形气缸5包含，环形气缸5为与内腔体1外侧，环形气缸5与内腔体相互连接但不连通，环形气缸5位于内腔体6后端(以子弹的发生方向为前端)，环形气缸5位于内腔体6相互连接并且连通。

所述内腔体1内包含前子弹7和后子弹3，前子弹7的数量为1，后子弹3的数量至少为1(图1中后子弹3列出两个，实际则根据需要设置后子弹3的数目)，霍普金森杆多级子弹发射装置的子弹总数即是加载次数，也即是加载波形数。

所述前子弹7具有前子弹附属块9，前子弹附属块9与前子弹7为一体化连接结构，前子弹附属块9与前子弹7材料完全相同，前子弹7与后子弹3之间依靠连接链4进行连接，后子弹3与后子弹3之间依靠连接链4进行连接，连接链4的长度一般为0.5～2mm,可进行调节。

内腔体1与外腔体6的组合会形成环形空间，所形成的环形空间内置有环形子弹8和前子弹附属块9，内腔体1的前端置有运移槽10，前子弹附属块9与前子弹7通过运移槽10在内腔体的前端移动。

所述环形气缸5其与外腔体6相连，内承内腔体1，环形气缸5所承高压气体作用于内腔体1与外腔体6所形成的环形空间，环形空间内的圆环子弹8在高压气体的作用下，撞击前子弹附属块9，使前子弹附属块9带动前子弹7向前运动，前子弹7通过连接链4带动后子弹3向前运动，后子弹3间被连接链4带动向前运动。

所述前子弹7与后子弹4的前后端均具有一个半球孔洞2，两子弹间的半球孔洞2相对(两子弹贴合时，两半球孔洞2可形成球形孔洞)，连接链4紧固于两半球孔洞2内，且连接链4的总长度小于半球孔洞2半径的三倍，通过连接链4的长度可以调节加载波的间距，其目的在于，当两子弹贴合时，两半球孔洞2形成的球形孔洞能完全承接连接链4而不使连接链4外露至球形孔洞外而影响波形加载。

所述外腔体6的直径大于内腔体1，前子弹7与后子弹3的直径相同，并等于内腔体的内径，且等于霍布金森杆的杆径。且子弹所用材料必须与霍普金森杆所有材料相同，即波阻抗相同。

实施方式为：将所述霍普金森杆多级子弹发射装置替换传统霍普金森杆的子弹发射装置，确定波间隙的长度后，调整连接链4的长度，确定加载波形的数量后，确定子弹数目，随后，将子弹分别捣入内外腔体(1和6)，首先将环形子弹8捣入外腔体6，其后将后子弹3捣入内腔体1，再将前子弹7捣入内腔体1，子弹安放完毕后，设定冲击气压后，便可对子弹进行发射，此后的操作步骤与传统霍普金森杆相同。

最后应当说明的是，以上内容仅用于说明本发明的技术方案，而非对其保护范围进行限制，本领域技术人员对本发明进行的相关修改，均不脱离本发明技术方案的有效范围。

Claims (8)

1.一种霍普金森杆多级子弹发射装置，它包括内腔体、半球孔洞、后子弹、连接链、环形气缸、外腔体、前子弹、环形子弹、前子弹附属块、运移槽。

2.根据权利要求1所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：所述霍普金森杆多级子弹发射装置的具有双腔体结构，内腔体的部分空间被外腔体包含、部分空间被环形气缸包含。

3.根据权利要求1和2所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：所述内腔体内包含前子弹和后子弹，前子弹的数量为1，后子弹的数量至少为1，霍普金森杆多级子弹发射装置的子弹总数即是加载次数。

4.根据权利要求1和2所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：前子弹具有前子弹附属块，前子弹附属块与前子弹为一体化结构，前子弹与后子弹之间依靠连接链进行连接，后子弹与后子弹之间依靠连接链进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：内腔体与外腔体所形成的环形空间内置有环形子弹和前子弹附属块，内腔体的前端置有运移槽，前子弹附属块与前子弹通过运移槽在内腔体的前端移动。

6.根据权利要求1所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：所述环形气缸与外腔体相连，内承内腔体，环形气缸所承高压气体作用于内腔体与外腔体所形成的环形空间，环形空间内的圆环子弹在高压气体的作用下，撞击前子弹附属块，使前子弹附属块带动前子弹向前运动，前子弹通过连接链带动后子弹向前运动，后子弹间通过连接链带动向前运动。

7.根据权利要求1所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：所述前子弹与后子弹的前后端均具有一个半球孔洞，两子弹间的半球孔洞相对，连接链紧固于两半球孔洞内，且连接链的总长度小于半球孔洞半径的三倍，通过连接链的长度可以调节加波间距。

8.根据权利要求1所述的一种霍普金森杆多级子弹发射装置，其特征是：外腔体的直径大于内腔体，前子弹与后子弹的直径相同，并等于内腔体的内径，且等于霍布金森杆的杆径。