CN108444667B - 一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置及其应用，包括基座及设置在基座上的振动台装置、支架组件、放煤装置和高速摄像机组件，其中振动台装置设置在支架组件底部，放煤装置设置在支架组件上并位于振动台装置上方，高速摄像机组件位于支架组件一侧且与振动台装置并排设置。本发明将煤矸颗粒装入放煤装置内，由放煤装置释放煤矸颗粒，煤矸颗粒相继砸落在振动台装置上，高速摄像机组件获取煤矸砸落振动台装置的瞬间图像，后续通过获取下落煤矸试样及砸落后振动台装置的各项参数来进行后续的数据分析。本发明试验装置结构设计巧妙，受外界环境干扰小，试验可行性高，无需人工，试验过程精准，误差小，具有极高的推广价值。

Description

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置及其应用，属于放顶煤开采中的煤矸界面识别技术领域。

背景技术

煤炭在我国能源中处于主导地位，关乎国民工业和农业的发展，在整个国民经济中具有举足轻重的地位。煤炭开采技术的发展是提高煤炭开采率的重要措施，是提高煤炭产量的重要手段。同时，煤炭开采自动化有利于改善工人劳动条件，降低人身伤亡事故，提高劳动生产效率。厚煤层约占我国煤炭总储量的44.8％，每年近30亿吨煤炭中的相当一部分是采用放顶煤的方法开采出来，因此放顶煤技术的研究和推广对我国煤炭工业的发展具有特别重要的意义。目前在综采自动化放顶煤开采过程中，顶煤放落主要是依靠人工目测来判断控制，由于采煤工作面灰尘大，条件恶劣，带来现场操作工人安全问题，且人工难以准确判断顶煤放落程度，不可避免地导致放煤过程的过放状况和欠放状况，如何根据煤炭放落程度确定放煤口放煤时间是综采放顶煤开采过程中遇到的难题。随着采煤工作面产量增加，需要提高液压支架移架速度，手动控制放煤口启闭的方法已不再适用电液放顶煤支架操作需要。煤矸界面的自动识别是实现自动控制放煤口启闭和放顶煤开采自动化的基础，它因此成为了煤炭生产过程中的一项基础性课题。

现阶段放顶煤开采过程中煤矸自动识别方法的研究多在射线识别和图像识别领域，其识别效率较低，现场干扰因素较大。煤与矸石虽都属于岩石，但是其物理属性相差较大，落煤过程中冲击液压支架时会产生不同的振动响应信号，若以这些振动响应信号为基础，采取科学的方法将其分辨出来并加以利用，可为放顶煤开采中的煤矸识别提供一种新思路。近几年，国内部分学者开展了基于尾梁振动信号的煤矸界面识别方法研究，取得了很有效的成果，通过对信号处理和特征提取，已能在实验室中较准确地识别煤矸界面，但是离实际工程应用还有很大的差距，识别方法也并不完善。同时，由于相关理论的缺失，严重制约了基于数据分析进行放顶煤开采煤矸识别的理论发展与煤矸识别技术的实际应用。为清晰地了解在各种现场条件下信号产生的本质原因及真实传播规律，在研究过程中，需要对岩石与煤冲击尾梁时的振动特征进行定量分析，但是现阶段缺乏合理的实验装置，用以验证和辅助研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，利用该试验装置可以获取煤矸下落振动尾梁时的振动特征，从而进行有效的定量分析。

本发明还提供上述试验装置的操作方法。

本发明的技术方案如下：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，包括基座及设置在基座上的振动台装置、支架组件、放煤装置和高速摄像机组件，其中振动台装置设置在支架组件底部，放煤装置设置在支架组件上并位于振动台装置上方，高速摄像机组件位于支架组件一侧且与振动台装置并排设置。本发明试验装置，将煤矸颗粒装入放煤装置内，由放煤装置释放煤矸颗粒，煤矸颗粒相继砸落在振动台装置上，高速摄像机组件获取煤矸砸落振动台装置的瞬间图像，后续通过获取下落煤矸试样及砸落后振动台装置的各项参数来进行后续的数据分析。

优选的，所述支架组件包括支撑座组件及安装在支撑座组件上的升降机构，其中支撑座组件安放在基座上开设的支架组件滑道内，升降机构包括垂直设置在支撑座组件四个角位处的升降导柱，放煤装置连接在四根升降导柱上。

优选的，所述支撑座组件包括滑动底盘，滑动底盘的底部通过网齿防滑杆和网齿防滑杆连接缸安装在基座上，滑动底盘上设置有防抖压杆装载机和防抖压杆，防抖压杆装载机设置在滑动底盘上开设的凹槽内，升降导柱的底端通过升降导柱固定螺栓安装在滑动底盘上的四个角位处，滑动底盘上开设有与多颗粒放煤装置支撑座滑道相对应地开槽。此设计的好处在于，振动台装置通过振动台装置滑道进入滑动底盘上的开槽，使振动台装置位于放煤装置的正下方，并通过防抖压杆按压住振动台装置，保证煤矸下落砸在振动台上时的稳定性。

优选的，所述放煤装置包括多颗粒放煤组件，其中多颗粒放煤组件包括第一升降板、多颗粒放煤工作台和放煤板组件，其中第一升降板通过滑块连接在升降导柱上，多颗粒放煤工作台安装在第一升降板上且多颗粒放煤工作台和第一升降板上对应开设有落煤口，放煤板组件位于多颗粒放煤工作台开设的落煤口内且放煤板组件的底部连接有横向滑杆和纵向滑杆，横向滑杆和纵向滑杆的端部分别通过横向滑动块和纵向滑动块与多颗粒放煤工作台滑动连接。

优选的，所述放煤板组件包括放煤板，放煤板上开设有至少一个煤矸颗粒放煤口，每一煤矸颗粒放煤口均设置有煤矸颗粒底面挡板、煤矸颗粒横向挡板、煤矸颗粒纵向挡板，放煤板底部的四个角位设置有双向滑动连接块，横向滑杆和纵向滑杆贯穿双向滑动连接块。

优选的，在所述第一升降板的一侧设置有煤矸颗粒储集箱，在所述多颗粒放煤工作台上一侧设置有四自由度机械手，所述四自由度机械手与煤矸颗粒储集箱相邻。

优选的，所述放煤装置还包括群颗粒放煤组件，群颗粒放煤组件包括放煤箱组合板和球头液压缸，球头液压缸包括球头液压缸体和球头液压杆，球头液压杆与放煤箱组合板四周设置的放煤箱连接台铰接，滑块底部设置有相连接的第一伸缩加长杆和第二伸缩加长杆，第二伸缩加长杆与球头液压缸体连接。此设计的好处在于，通过第一伸缩加长杆和第二伸缩加长杆可以对放煤箱组合板进行升降作业，以满足群颗粒振动试验的不同要求。

优选的，所述高速摄像机组件包括高速摄像机第一升降杆、高速摄像机第二升降杆和高速摄像机，所述高速摄像机安装在高速摄像机第二升降杆顶端，高速摄像机第二升降杆底端与高速摄像机第一升降杆顶端连接，高速摄像机第一升降杆底端安装在基座上开设的高速摄像机组件滑道内。

优选的，所述振动台装置包括平面板振动台组件，所述平面板振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座和平面振动板，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽，平面振动板底部通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上。

优选的，所述振动台装置还包括箱型板固定约束振动台组件，所述箱型板固定约束振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座和箱型振动板，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽和振动台物料回收装置，箱型振动板位于振动台物料回收装置内且箱型振动板底部通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上；所述振动台物料回收装置包括集料主体箱、集料侧向第一挡板、集料侧向第二挡板、集料侧向第三挡板、集料山型板第一伸缩杆、集料山型板第一内挡板、集料山型板第二内挡板、集料主体箱伸缩挡板、集料山型板、集料山型板第二伸缩杆、山型伸缩板，集料主体箱的底部滑动设置在振动台二级移动座的纵向滑槽内，集料主体箱伸缩挡板滑动镶嵌在集料主体箱的下端槽内，集料山型板第一伸缩杆滑动安置在振动台二级移动座的横向滑槽中，集料山型板第二伸缩杆滑动安装在集料山型板第一伸缩杆内，集料山型板焊接在集料山型板第二伸缩杆的上端面，两组山型伸缩板分别滑动安装在集料山型板两端的槽中，通过山型伸缩板相对于集料山型板的伸缩，保证底面始终与两相对集料主体箱的内侧面板相接；集料山型板第一内挡板焊接在集料山型板的内端面并且与箱型振动板的侧边相接；集料山型板第二内挡板滑动安装在集料山型板第一内挡板中；集料侧向第一挡板滑动安装在集料主体箱的内侧面板上，集料侧向第二挡板滑动安装在集料侧向第一挡板的槽内，集料侧向第三挡板滑动安装在集料侧向第二挡板的槽内。

优选的，所述振动台装置还包括箱型板接油缸振动台组件，所述箱型板接油缸振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座、箱型油缸连接板和振动油缸，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽，箱型油缸连接板底部一侧通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上，箱型油缸连接板底部另一侧铰接振动油缸的活塞杆，振动油缸的缸体底端铰接在振动台支座滑动槽上。

优选的，所述振动台装置还包括单放顶煤支架振动台组件，所述单放顶煤支架振动台组件包括振动台移动基座、单放顶煤支架二级移动座和放顶煤液压支架，单放顶煤支架二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，放顶煤液压支架安装在单放顶煤支架二级移动座上。

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)根据实验要求，首先将平面板振动台组件或箱型板固定约束振动台组件或箱型板接油缸振动台组件或单放顶煤支架振动台组件滑动到支撑座组件位置处，并处于放煤装置的正下方；

(2)根据实验要求，将煤矸颗粒装夹在放煤板组件内或放置在放煤箱组合板内；

(3)释放放煤板组件内或放煤箱组合板内的煤矸颗粒；

(4)煤矸颗粒下落砸在平面板振动台组件或箱型板固定约束振动台组件或箱型板接油缸振动台组件或单放顶煤支架振动台组件上，同时高速摄像机组件捕捉煤矸颗粒砸落瞬间的图像。

本发明的有益效果在于：

1.利用本发明放顶煤煤矸冲击振动试验装置，可以实现单颗粒、多颗粒、群颗粒煤矸冲击模拟的振动板和真实的尾梁的实验，填补了国内煤矸冲击振动试验的空白。

2.本发明既可以通过安装振动传感器、速度传感器、加速度传感器提取振动信号，又可以通过高速摄像仪拍摄视频、图片进行对比分析，获取试验参数多样化，试验结果研究准确高效。

3.本发明试验装置具有单颗粒、多颗粒集成装夹释放装置，多颗粒、群颗粒上下重叠设置，交替进行，互不妨碍，节省空间；单颗粒、多颗粒、群颗粒的放煤口可以到达指定高度平面的任意位置，控制精准方便，实验过程多样化，可满足不同的实验要求。

4.本发明放顶煤煤矸冲击振动试验装置还可以模拟不同的放落速度的放煤过程，同时本发明放顶煤煤矸冲击振动试验装置结构设计巧妙，受外界环境干扰小，试验可行性高，无需人工，试验过程精准，误差小，具有极高的推广价值。

附图说明

图1为本发明试验台的整体结构示意图；

图2为本发明中多颗粒放煤装置的结构示意图；

图3为本发明中放煤装置的局部图；

图4为本发明中放煤装置的仰视立体图；

图5为本发明中放煤装置的俯视立体图；

图6为本发明中群颗粒放煤装置的立体图；

图7为本发明多颗粒放煤装置放煤组件的结构图；

图8为多颗粒放煤板组件的剖视图；

图9为本发明中支撑座组件的立体图；

图10为本发明中振动台装置的立体图；

图11为平面板振动台的立体图；

图12为平面板振动台的安装图；

图13为倾斜角度平面振动板的安装图；

图14为箱型板固定约束振动台组件的立体图；

图15为箱型板固定约束振动台组件的不同角度立体图；

图16为箱型板固定约束振动台组件的不同角度立体图；

图17为箱型板固定约束振动台组件剖视立体图；

图18为箱型板固定约束振动台组件半剖视图；

图19为箱型板固定约束振动台组件局部装置图；

图20为箱型板固定约束振动台组件局部剖切视图；

图21为箱型板接油缸振动台组件的结构图；

图22为单放顶煤支架振动台组件的结构图；

其中：1、基座；2、放煤装置；3、振动台装置；6、第二伸缩加长杆；7、第一伸缩加长杆；8、连接销轴；9、滑块；10、加强筋；11、第一升降板；12、第一升降板固定螺栓；13、多颗粒放煤工作台；14、煤矸颗粒储集箱；15、机械手滑动座；16、四自由度机械手；17、横向滑动块；18、横向滑杆；19、纵向滑动块；20、纵向滑杆；21、放煤板组件；22、双向滑动连接块；23、升降导柱；24、第一升降板承托板；25、放煤箱组合板；26、球头液压杆；27、球头液压缸体；28、放煤箱连接台；29、滑动底盘；30、防抖压杆；31、防抖压杆装载机；32、网齿防滑杆；33、网齿防滑杆连接缸；34、双槽固定连接块；35、升降导柱固定螺栓；36、高速摄像机；37、高速摄像机第二升降杆；38、高速摄像机第一升降杆；39、振动台移动基座；40、振动台二级移动座；41、振动台支座滑动槽；42、振动台第一升降支座；43、振动台第二升降支座；44、振动台第三升降支座；45、平面振动板；46、平面振动板固定螺母；47、平面振动板固定杆；48、箱型振动板固定杆；49、箱型振动板；50、集料主体箱；51、集料侧向第一挡板；52、集料侧向第二挡板；53、集料侧向第三挡板；54、集料山型板第一伸缩杆；55、集料山型板第一内挡板；56、集料山型板第二内挡板；57、集料主体箱伸缩挡板；59、集料山型板；60、集料山型板第二伸缩杆；61、山型伸缩板；62、箱型油缸连接板；63、箱型油缸连接板固定销轴；64、振动油缸杆；65、振动油缸中缸；66、振动油缸外缸；67、振动油缸外缸固定销轴；68、振动油缸支承块；69、单放顶煤支架二级移动座；70、放顶煤液压支架。

101、高速摄像机组件滑道；102、支架组件滑道；103、振动台装置滑道；104、振动台装置储放道。

201、多颗粒放煤组件；202、群颗粒放煤组件；203、升降导柱；204、多颗粒放煤装置支撑座组件；205、高速摄像机组件。

2101、放煤板；2102、煤矸颗粒横向挡板；2103、煤矸颗粒纵向挡板；2104、煤矸颗粒底面挡板；

301、平面板振动台组件；302、箱型板固定约束振动台组件；303、箱型板接油缸振动台组件；304、单放顶煤支架振动台组件。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图13所示，本实施例提供一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，包括基座1及设置在基座上的振动台装置3、支架组件、放煤装置2和高速摄像机组件205，其中振动台装置3设置在支架组件底部，放煤装置2设置在支架组件上并位于振动台装置3上方，高速摄像机组件205位于支架组件一侧且与振动台装置3并排设置。

具体而言，基座1为一平面钢板，上开有多条滑槽，振动台装置3和高速摄像机组件205均置于滑槽内，振动台装置3可以在滑槽内移位调整其位置，使振动台装置3处于放煤装置2的整下方，高速摄像机组件205通过滑槽可以调节其位置使其与振动台装置处于并排设置，便于高速摄像机抓取煤矸砸落在振动台装置上时的瞬间图像。

支架组件包括支撑座组件及安装在支撑座组件上的升降机构，其中支撑座组件安放在基座1上开设的支架组件滑道102内，升降机构包括垂直设置在支撑座组件四个角位处的升降导柱203，放煤装置2连接在四根升降导柱203上。支撑座组件包括滑动底盘29，滑动底盘29通过下端设置的滑动凸块滑道安装在基座1的支架组件滑道102中，网齿防滑杆连接缸33安装在滑动底盘29四角底面，网齿防滑杆32安装在网齿防滑杆连接缸33中，在滑动底盘29确定了在试验装置中的位置后，网齿防滑杆32向下深处至其表面防滑齿压住基座1的上表面，以此固定住滑动底盘29，防止其振动和滑移。滑动底盘29上表面一侧设置有防抖压杆装载机31和防抖压杆30，防抖压杆装载机30安装在滑动底盘29上开设的凹槽内(滑动底盘29上表面三侧均开有凹槽，每一凹槽内可安装多个防抖压杆装载机30)，本实施例中一侧凹槽内安装有三个防抖压杆装载机31，防抖压杆装载机31上的防抖压杆30用于按压振动台装置3，增加振动台装置3的稳定性。升降导柱203的底端通过升降导柱固定螺栓35安装在滑动底盘29上的四个角位处并通过底角处的双槽固定连接块34增加其稳定性，滑动底盘29上开设有与支架组件滑道102相对应地开槽，方便后续振动台装置3滑移到此。

放煤装置2包括多颗粒放煤组件，其中多颗粒放煤组件包括第一升降板11、多颗粒放煤工作台13和放煤板组件21，其中第一升降板11通过第一升降板固定螺栓12与第一升降板承托板24相固定，第一升降板承托板24安装在滑块9上，滑块9配合安装在升降导柱203上，多颗粒放煤工作台13焊接在第一升降板11上且多颗粒放煤工作台13和第一升降板11上对应开设有落煤口；放煤板组件21位于多颗粒放煤工作台13开设的落煤口内，放煤板组件21包括放煤板2101，放煤板2101底部的四个角位设置有双向滑动连接块22，横向滑杆18和纵向滑杆20贯穿双向滑动连接块22，横向滑杆18和纵向滑杆20的端部分别通过横向滑动块17和纵向滑动块19与多颗粒放煤工作台13的落煤口内壁滑动连接，通过控制横向滑动块17和纵向滑动块19沿多颗粒放煤工作台落煤口横、纵侧槽滑动，实现放煤把2101在落煤口内的水平位置调整。横向滑动块17滑动安装在多颗粒放煤工作台13的横侧槽中，横向滑杆18固定安装在横向滑动块17的上部孔；纵向滑动块19滑动安装在多颗粒放煤工作台13的纵侧槽中，纵向滑杆20固定安装在纵向滑动块19的下部孔；多颗粒放煤组件201设置有四个双向滑动连接块22，横向滑动块17、横向滑杆18、纵向滑动块19、纵向滑杆20各两组，横向滑杆18、纵向滑杆20分别穿过双向滑动连接块22的横向和纵向孔，并可保持相对方向滑动，放煤板组件21通过放煤板2101与双向滑动连接块22固定连接。通过控制横向滑动块17和纵向滑动块19沿多颗粒放煤工作台13横、纵侧槽的滑动，改变放煤板组件21在多颗粒放煤工作台13中间部的位置即改变在四组升降导柱23中的位置。

放煤板2101上开设有横竖各7组共49组煤矸颗粒放煤口，每一煤矸颗粒放煤口均由两组煤矸颗粒底面挡板2104、煤矸颗粒横向挡板2102、煤矸颗粒纵向挡板2103组成，煤矸颗粒横向挡板2102、煤矸颗粒纵向挡板2103、煤矸颗粒底面挡板2104分别滑动安装在放煤板2101每一组放煤口的横向槽、纵向槽和底部滑槽中，煤矸颗粒横向挡板2102宽度与放煤口的横向宽度相同，煤矸颗粒纵向挡板2103的宽度略小于试验时煤矸颗粒的最小长度或直径，通过煤矸颗粒横向挡板2102与煤矸颗粒纵向挡板2103的配合，实现不同颗粒在放煤口中的放置。在未进行试验时，两组相对的煤矸颗粒底面挡板2104闭合，煤矸颗粒放置在煤矸颗粒底面挡板2104上，试验时通过电控制迅速打开放煤口，使煤矸颗粒无初速度自由落体下落。在此试验中，可以实现单颗粒放落，通过选择控制不同放煤口，实现单颗粒在不同位置的放落；可实现多颗粒放落，通过选取49组放煤口中不同数量、不同位置放煤口的开合以及不同放煤口放置颗粒的不同大小，实现多颗粒放落试验。

放煤装置还包括群颗粒放煤组件202，群颗粒放煤组件202包括放煤箱组合板25和球头液压缸，球头液压缸包括球头液压缸体27和球头液压杆26，球头液压杆26与放煤箱组合板四周设置的放煤箱连接台28铰接，滑块底部安装有相连接的第一伸缩加长杆7和第二伸缩加长杆6，第二伸缩加长杆6与球头液压缸体27连接。通过第一伸缩加长杆7和第二伸缩加长杆6可以对放煤箱组合板25进行升降作业，以满足群颗粒振动试验的不同要求。其中球头液压缸体27通过尾部球头与多颗粒放煤装置升降机构203第二伸缩加长杆6上的球形槽球连接，通过电动控制可实现球头液压缸体27绕第二伸缩加长杆6球形槽的任意方向转动；球头液压杆26放置在球头液压缸体27，通过液压油驱动球头液压杆26沿球头液压缸体27的轴向伸缩；球头液压杆26前端的球头通过球连接安装在放煤箱连接台28的球槽内，通过电动控制可实现球头液压杆26与放煤箱连接台28的任意方向相对转动；放煤箱连接台28焊接在放煤箱组合板25上，四组不同方向的放煤箱组合板25通过各组球头液压杆26和球头液压缸体27的任意运动，按照给定位置自动组合成一个完整的放煤箱；

高速摄像机组件205包括高速摄像机36、高速摄像机第二升降杆37、高速摄像机第一升降杆38，高速摄像机第一升降杆38滑动安装在基座1的高速摄像机组件滑道101中，高速摄像机第二升降杆37移动安装在高速摄像机第一升降杆38内，高速摄像机36放置在高速摄像机第二升降杆37上端面，通过高速摄像机第一升降杆38在速摄像机组件滑道101中的位置和高速摄像机第二升降杆37在高速摄像机第一升降杆38中的高度，调节高速摄像机36的空间位置，从而使其能跟踪拍摄煤矸颗粒冲击振动板或液压支架尾梁时的振动现象。

振动台装置包括平面板振动台组件301，平面板振动台组件301包括振动台移动基座39、振动台二级移动座40、振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、平面振动板45、平面振动板固定螺母46、平面振动板固定杆47。振动台(支架)移动基座39下端滑动安装在振动台装置储放道104中，振动台二级移动座40下端滑动安装在振动台移动基座39的滑槽中，振动台支座滑动槽41滑动安装在振动台二级移动座40上端的四个滑槽中，振动台第一升降支座42下端滑动安装在振动台支座滑动槽41中，振动台第二升降支座43安装在振动台第一升降支座42的方形孔中，振动台第三升降支座44安装在振动台第二升降支座43的方形孔中，平面振动板45通过平面振动板固定螺母46、平面振动板固定杆47与振动台第三升降支座44上端的孔固定连接。通过振动台支座滑动槽4在振动台二级移动座40的滑槽中的移动和振动台第一升降支座42在振动台支座滑动槽41中的左右滑动，调节四个振动台第三升降支座44的连接孔的位置，从而使其适应不同尺寸的平面振动板45。通过调节振动台第三升降支座44、振动台第二升降支座43与振动台第一升降支座42的相对位置，使得相对的两组振动台第三升降支座44的上端面的高度不同，以适应不同角度的平面振动板45。

本发明试验装置，将煤矸颗粒装入放煤装置内，由放煤装置释放煤矸颗粒，煤矸颗粒相继砸落在振动台装置上，高速摄像机组件获取煤矸砸落振动台装置的瞬间图像，后续通过获取下落煤矸试样及砸落后振动台装置的各项参数来进行后续的数据分析。

实施例2：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：在所述第一升降板11的一侧安装有煤矸颗粒储集箱14，在所述多颗粒放煤工作台13上一侧设置有四自由度机械手16，四自由度机械手16通过机械手滑动座15安装在多颗粒放煤工作台13上表面的滑槽中，可以实现四自由度机械手16的空间360度转动，四自由度机械手16与煤矸颗粒储集箱14相邻。后续通过四自由度机械手16抓取储存在煤矸颗粒储集箱14内的煤矸颗粒，放置到相应煤矸颗粒放煤口内。

实施例3：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：振动台装置还包括箱型板固定约束振动台组件302，箱型板固定约束振动台组件302包括振动台移动基座39、振动台二级移动座40、振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、箱型振动板固定杆48、箱型振动板49、振动台物料回收装置。其中，振动台物料回收装置又包括集料主体箱50、集料侧向第一挡板51、集料侧向第二挡板52、集料侧向第三挡板53、集料山型板第一伸缩杆54、集料山型板第一内挡板55、集料山型板第二内挡板56、集料主体箱伸缩挡板57、集料山型板59、集料山型板第二伸缩杆60、山型伸缩板61。箱型振动板49的铰接孔分别与振动台第三升降支座44的侧面孔通过箱型振动板固定杆48相铰接，振动台物料回收装置的各部件包围住箱型振动板49，其中集料主体箱50的下端块滑动安置在振动台二级移动座40的纵向滑槽中，集料主体箱50内部挡板与箱型振动板49的边沿相接，防止颗粒漏在集料装置外部；集料主体箱伸缩挡板57下端面滑动镶嵌在集料主体箱50的下端槽内，集料主体箱50和集料主体箱伸缩挡板57共同组成集料主库(通过相互之间的伸缩移动调节移动库的大小)；集料侧向第一挡板51、集料侧向第二挡板52、集料侧向第三挡板53、集料山型板第一伸缩杆54、集料山型板第一内挡板55、集料山型板第二内挡板56、集料主体箱伸缩挡板57、集料山型板59、集料山型板第二伸缩杆60、山型伸缩板61共同组成集料侧面挡库，其中集料山型板第一伸缩杆54滑动安置在振动台二级移动座40的横向滑槽中，集料山型板第二伸缩杆60滑动安装在集料山型板第一伸缩杆54内，集料山型板59焊接在集料山型板第二伸缩杆60的上端面，两组山型伸缩板61分别滑动安装在集料山型板59两端的槽中，通过山型伸缩板61相对于集料山型板59的伸缩，保证底面始终与两相对集料主体箱50的内侧面板相接；集料山型板第一内挡板55焊接在集料山型板59的内端面，并且与箱型振动板49的侧边相接；集料山型板第二内挡板56滑动安装在集料山型板第一内挡板55中，两侧各安装一个，通过伸缩，分别与不同长度箱型振动板49的承载装置振动台第一升降支座42相接触；集料侧向第一挡板51滑动安装在集料主体箱50的内侧面板上，集料侧向第二挡板52滑动安装在集料侧向第一挡板51的槽内，集料侧向第三挡板53滑动安装在集料侧向第二挡板52的槽内，集料侧向第一挡板51通过在集料主体箱50的内侧面板上前后滑动，保持与集料山型板59的外端面相接触，通过集料侧向第三挡板53、集料侧向第二挡板52的伸缩，实现两组集料侧向挡板相接；通过移动集料山型板第一伸缩杆54和集料主体箱50在横纵滑槽中的位置，改变振动台物料回收装置的大小，以适应不同大小的振动板和不同弹性的颗粒的收集。

实施例4：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：振动台装置还包括箱型板接油缸振动台组件303，箱型板接油缸振动台组件303包括振动台移动基座39、振动台二级移动座40、振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、箱型振动板固定杆48、箱型油缸连接板62、箱型油缸连接板固定销轴63、振动油缸杆64、振动油缸中缸65、振动油缸外缸66、振动油缸外缸固定销轴67、振动油缸支承块68。两组振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44安装在振动台二级移动座40的相邻两组滑槽中；振动油缸支承块68安装在另一侧的两组振动台支座滑动槽41中，振动油缸外缸66通过振动油缸外缸固定销轴67与振动油缸支承块68转动铰接，振动油缸中缸65滑动安装在振动油缸外缸66中，振动油缸杆64滑动安装在振动油缸中缸65中，箱型油缸连接板62两端分别与振动台第三升降支座44的内侧和振动油缸杆64的上端孔通过箱型振动板固定杆48和箱型油缸连接板固定销轴63相铰接。通过调节振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、振动油缸杆64、振动油缸中缸65、振动油缸外缸66的位置，来适应不同大小的箱型油缸连接板62以及实现箱型油缸连接板62的不同倾角。

实施例5：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：振动台装置还包括单放顶煤支架振动台组件304，单放顶煤支架振动台组件304包括振动台移动基座39、单放顶煤支架二级移动座69、放顶煤液压支架70、振动台物料回收装置，单放顶煤支架二级移动座69的三侧滑槽内可放置定位机械手(图中未画出)，通过控制机械手的动作，使放顶煤液压支架70到达单放顶煤支架二级移动座69的指定位置。单放顶煤支架二级移动座69与振动台二级移动座40的区别在于，单放顶煤支架二级移动座69上端面开的槽较少，原因是单放顶煤支架的底面比较大，防止开的槽较多时影响单放顶煤支架产生额振动信号。

实施例6：

一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置的工作方法，利用实施例1-5中的试验装置，其具体操作过程如下：

(1)根据实验要求，首先将平面板振动台组件301或箱型板固定约束振动台组件302或箱型板接油缸振动台组件303或单放顶煤支架振动台组件304滑动到支撑座组件位置处，并处于放煤装置2的正下方；即首先选定振动台形式和振动板形式，以平面板振动台组件301(其它振动组件的试验雷同)为例，平面板振动台组件301的振动台移动基座39沿振动台装置储放道104、振动台装置滑道103、多颗粒放煤装置支撑座滑道102滑动到与多颗粒放煤装置支撑座组件204的升降装置滑动底盘29接触后，振动台二级移动座40带动上端的振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、平面振动板45、平面振动板固定螺母46、平面振动板固定杆47、振动台物料回收装置等装置从振动台移动基座39的滑槽中滑动到升降装置滑动底盘29的滑槽中的指定位置。而后，滑动压杆装载机31在升降装置滑动底盘29的三条侧槽中滑动到指定位置，并带动防抖压杆30运动压住振动台二级移动座40的压槽。振动台支座滑动槽41在振动台二级移动座40中滑动到指定位置后，振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44动作，带动平面振动板45到达指定高度和位姿，此时高速摄像机第一升降杆38沿高速摄像机组件滑道101滑动到指定位置，高速摄像机第二升降杆37带动高速摄像机36移动到指定高度；振动台物料回收装置经过各组件一系列的动作，适应不同形式、不同尺寸的振动板，做好集料工作准备。

(2)根据实验要求，将煤矸颗粒装夹在放煤板组件内或放置在放煤箱组合板内；

(3)释放放煤板组件内或放煤箱组合板内的煤矸颗粒；

(4)煤矸颗粒下落砸在平面板振动台组件或箱型板固定约束振动台组件或箱型板接油缸振动台组件或单放顶煤支架振动台组件上，同时高速摄像机组件捕捉煤矸颗粒砸落瞬间的图像。

对于不同的煤矸颗粒冲击振动试验，步骤(2)(3)(4)的操作顺序一致，但具体的实施过程不尽相同，具体情况如下：

在此基础上，对于单颗粒冲击试验，首先选定放煤板组件21上的某个放煤口，横向滑动块17和纵向滑动块19沿多颗粒放煤工作台13横、纵侧槽的滑动，改变放煤板组件21在多颗粒放煤工作台13中间部的位置，从而改变选定的放煤口垂直放落煤矸石颗粒后冲击到振动板的指定位置，控制选定的放煤口两组相对的煤矸颗粒底面挡板2104闭合，调整两组相对的煤矸颗粒横向挡板2102宽度、煤矸颗粒纵向挡板2103的宽度使放煤口的尺寸略大于指定的煤矸石大小，而后滑块9在升降导柱23滑动到指定高度，四自由度机械手16配合机械手滑动座15在多颗粒放煤工作台13的槽中的滑动，从煤矸颗粒储集箱14中取出指定形状的煤/矸石颗粒，并放置到选定的放煤口中，将振动传感器(速度、加速度传感器等)安装到振动板的指定位置后，准备工作完成。而后，控制系统控制煤矸颗粒底面挡板2104迅速打开，煤矸石以0的初速度自由落体下落，振动传感器采集振动板的振动信号，同时高速摄像机拍摄视频、图像信息，并将采集和拍摄的信号和信息传入控制系统。煤矸颗粒冲击在振动板后，回弹到振动台物料回收装置中。

对于多颗粒冲击试验，首先选定放煤板组件21上的多个放煤口，横向滑动块17和纵向滑动块19沿多颗粒放煤工作台13横、纵侧槽的滑动，改变放煤板组件21在多颗粒放煤工作台13中间部的位置，从而改变选定的放煤口垂直放落煤矸石颗粒后冲击到振动板的指定位置，控制选定的放煤口两组相对的煤矸颗粒底面挡板2104闭合，调整各个放煤口两组相对的煤矸颗粒横向挡板2102宽度、煤矸颗粒纵向挡板2103的宽度使放煤口的尺寸略大于指定的煤矸石大小(此处可以调整每个放煤口的大小相同，也可以调整每个放煤口的大小不同，从而可以完成形同尺寸煤矸颗粒的多颗粒放落实验，也可以完成不同尺寸的煤矸颗粒的多颗粒放落实验)，而后滑块9在升降导柱23滑动到指定高度，四自由度机械手16配合机械手滑动座15在多颗粒放煤工作台13的槽中的滑动，从煤矸颗粒储集箱14中取出指定形状的煤/矸石颗粒，并放置到指定的放煤口中，将振动传感器(速度、加速度传感器等)安装到振动板的指定位置后，准备工作完成。而后，控制系统控制各组煤矸颗粒底面挡板2104迅速打开(既可以控制每组放煤口的同时间打开，又可以控制每组放煤口以指定的时间打开)，煤矸石以0的初速度自由落体下落，振动传感器采集振动板的振动信号，同时高速摄像机拍摄视频、图像信息，并将采集和拍摄的信号和信息传入控制系统。煤矸颗粒冲击在振动板后，回弹到振动台物料回收装置中。

对于群颗粒煤矸冲击试验，横向滑动块17和纵向滑动块19沿多颗粒放煤工作台13横、纵侧槽的滑动带动放煤板组件21到多颗粒放煤工作台13的一个角落，而后球头液压缸体27绕第二伸缩加长杆6球形槽运动，球头液压杆26沿球头液压缸体27的轴向伸出，同时球头液压杆26带动放煤箱连接台28从而带动放煤箱组合板25转动到给定位置自动组合成一个完整的放煤箱，四自由度机械手16配合机械手滑动座15在多颗粒放煤工作台13的槽中的滑动，从煤矸颗粒储集箱14中取出指定形状、数量的煤/矸石颗粒放入群颗粒放煤箱中，而后第二伸缩加长杆6在控制系统控制下沿第一伸缩加长杆7伸长，从而使放煤箱组合板25组合成的群颗粒放煤箱与多颗粒放煤组件201有一定距离，防止各组件之间互相干涉。而后升降装置滑动底盘29在多颗粒放煤装置支撑座滑道102滑动到指定位置，网齿防滑杆32向下深处至其表面防滑齿压住系统基座1的上表面，选定振动台形式和振动板形式后，以平面板振动台组件301(其它振动组件的试验雷同)为例，平面板振动台组件301的振动台移动基座39沿振动台装置储放道104、振动台装置滑道103、多颗粒放煤装置支撑座滑道102滑动到与多颗粒放煤装置支撑座组件204的升降装置滑动底盘29接触后，振动台二级移动座40带动上端的振动台支座滑动槽41、振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44、平面振动板45、平面振动板固定螺母46、平面振动板固定杆47、振动台物料回收装置等装置从振动台移动基座39的滑槽中滑动到升降装置滑动底盘29的滑槽中的指定位置。而后，滑动压杆装载机31在升降装置滑动底盘29的三条侧槽中滑动到指定位置，并带动防抖压杆30运动压住振动台二级移动座40的压槽。振动台支座滑动槽41在振动台二级移动座40中滑动到指定位置后，振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44动作，带动平面振动板45到达指定高度和位姿，此时高速摄像机第一升降杆38沿高速摄像机组件滑道101滑动到指定位置，高速摄像机第二升降杆37带动高速摄像机36移动到指定高度；振动台物料回收装置经过各组件一系列的动作，适应不同形式、不同尺寸的振动板，做好集料工作准备。最后滑块9带动升降导柱23上下移动，使得群颗粒放煤箱到达振动板的指定高度处。四组两两相对、相互间隔成90的第二伸缩加长杆6、第一伸缩加长杆7、连接销轴8、滑块9、放煤箱组合板25、球头液压杆26、球头液压缸体27、放煤箱连接台28，好处在于，可以在四组放煤箱组合板25组合成一个完整的群颗粒放煤箱时，使群颗粒放煤箱处于四组升降导柱23一高度平面内的任意位置。

在进行试验时，球头液压杆26、球头液压缸体27动作带动四组放煤箱组合板25组合成的群颗粒放煤箱迅速打开，将群颗粒放落。振动传感器采集振动板的振动信号，同时高速摄像机拍摄视频、图像信息，并将采集和拍摄的信号和信息传入控制系统。煤矸颗粒冲击在振动板后，回弹到振动台物料回收装置中。

另外，对于不同形式的振动板组件，可以通过调整振动台支座滑动槽41在振动台移动基座39中的位置，适应不同形式振动板的大小；通过调整振动台第一升降支座42、振动台第二升降支座43、振动台第三升降支座44的不同高度适应不同形式振动板的倾角。对于箱型板接油缸振动台组件303，可以通过控制振动油缸外缸66的角度和振动油缸杆64、振动油缸中缸65的位置控制箱型油缸连接板62上端面的角度。

Claims (9)

1.一种放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，包括基座及设置在基座上的振动台装置、支架组件、放煤装置和高速摄像机组件，其中振动台装置设置在支架组件底部，放煤装置设置在支架组件上并位于振动台装置上方，高速摄像机组件位于支架组件一侧且与振动台装置并排设置；

所述支架组件包括支撑座组件及安装在支撑座组件上的升降机构，其中支撑座组件安放在基座上开设的支架组件滑道内，升降机构包括垂直设置在支撑座组件四个角位处的升降导柱，放煤装置连接在四根升降导柱上；

所述支撑座组件包括滑动底盘，滑动底盘的底部通过网齿防滑杆和网齿防滑杆连接缸安装在基座上，滑动底盘上设置有防抖压杆装载机和防抖压杆，防抖压杆装载机设置在滑动底盘上开设的凹槽内，升降导柱的底端通过升降导柱固定螺栓安装在滑动底盘上的四个角位处，滑动底盘上开设有与多颗粒放煤装置支撑座滑道相对应地开槽。

2.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述放煤装置包括多颗粒放煤组件，其中多颗粒放煤组件包括第一升降板、多颗粒放煤工作台和放煤板组件，其中第一升降板通过滑块连接在升降导柱上，多颗粒放煤工作台安装在第一升降板上且多颗粒放煤工作台和第一升降板上对应开设有落煤口，放煤板组件位于多颗粒放煤工作台开设的落煤口内且放煤板组件的底部连接有横向滑杆和纵向滑杆，横向滑杆和纵向滑杆的端部分别通过横向滑动块和纵向滑动块与多颗粒放煤工作台滑动连接；

所述放煤板组件包括放煤板，放煤板上开设有至少一个煤矸颗粒放煤口，每一煤矸颗粒放煤口均设置有煤矸颗粒底面挡板、煤矸颗粒横向挡板、煤矸颗粒纵向挡板，放煤板底部的四个角位设置有双向滑动连接块，横向滑杆和纵向滑杆贯穿双向滑动连接块；

在所述第一升降板的一侧设置有煤矸颗粒储集箱，在所述多颗粒放煤工作台上一侧设置有四自由度机械手，所述四自由度机械手与煤矸颗粒储集箱相邻。

3.如权利要求2所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述放煤装置还包括群颗粒放煤组件，群颗粒放煤组件包括放煤箱组合板和球头液压缸，球头液压缸包括球头液压缸体和球头液压杆，球头液压杆与放煤箱组合板四周设置的放煤箱连接台铰接，滑块底部设置有相连接的第一伸缩加长杆和第二伸缩加长杆，第二伸缩加长杆与球头液压缸体连接。

4.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述高速摄像机组件包括高速摄像机第一升降杆、高速摄像机第二升降杆和高速摄像机，所述高速摄像机安装在高速摄像机第二升降杆顶端，高速摄像机第二升降杆底端与高速摄像机第一升降杆顶端连接，高速摄像机第一升降杆底端安装在基座上开设的高速摄像机组件滑道内。

5.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述振动台装置包括平面板振动台组件，所述平面板振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座和平面振动板，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽，平面振动板底部通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上。

6.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述振动台装置还包括箱型板固定约束振动台组件，所述箱型板固定约束振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座和箱型振动板，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽和振动台物料回收装置，箱型振动板位于振动台物料回收装置内且箱型振动板底部通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上；所述振动台物料回收装置包括集料主体箱、集料侧向第一挡板、集料侧向第二挡板、集料侧向第三挡板、集料山型板第一伸缩杆、集料山型板第一内挡板、集料山型板第二内挡板、集料主体箱伸缩挡板、集料山型板、集料山型板第二伸缩杆、山型伸缩板，集料主体箱的底部滑动设置在振动台二级移动座的纵向滑槽内，集料主体箱伸缩挡板滑动镶嵌在集料主体箱的下端槽内，集料山型板第一伸缩杆滑动安置在振动台二级移动座的横向滑槽中，集料山型板第二伸缩杆滑动安装在集料山型板第一伸缩杆内，集料山型板焊接在集料山型板第二伸缩杆的上端面，两组山型伸缩板分别滑动安装在集料山型板两端的槽中，通过山型伸缩板相对于集料山型板的伸缩，保证底面始终与两相对集料主体箱的内侧面板相接；集料山型板第一内挡板焊接在集料山型板的内端面并且与箱型振动板的侧边相接；集料山型板第二内挡板滑动安装在集料山型板第一内挡板中；集料侧向第一挡板滑动安装在集料主体箱的内侧面板上，集料侧向第二挡板滑动安装在集料侧向第一挡板的槽内，集料侧向第三挡板滑动安装在集料侧向第二挡板的槽内。

7.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述振动台装置还包括箱型板接油缸振动台组件，所述箱型板接油缸振动台组件包括振动台移动基座、振动台二级移动座、箱型油缸连接板和振动油缸，振动台二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，振动台二级移动座上设置有振动台支座滑动槽，箱型油缸连接板底部一侧通过依次连接振动台第三升降支座、振动台第二升降支座、振动台第一升降支座安装在振动台支座滑动槽上，箱型油缸连接板底部另一侧铰接振动油缸的活塞杆，振动油缸的缸体底端铰接在振动台支座滑动槽上。

8.如权利要求1所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置，其特征在于，所述振动台装置还包括单放顶煤支架振动台组件，所述单放顶煤支架振动台组件包括振动台移动基座、单放顶煤支架二级移动座和放顶煤液压支架，单放顶煤支架二级移动座滑动设置在振动台移动基座上，放顶煤液压支架安装在单放顶煤支架二级移动座上。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的放顶煤煤矸冲击振动试验装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)根据实验要求，首先将平面板振动台组件或箱型板固定约束振动台组件或箱型板接油缸振动台组件或单放顶煤支架振动台组件滑动到支撑座组件位置处，并处于放煤装置的正下方；

(2)根据实验要求，将煤矸颗粒装夹在放煤板组件内或放置在放煤箱组合板内；

(3)释放放煤板组件内或放煤箱组合板内的煤矸颗粒；

(4)煤矸颗粒下落砸在平面板振动台组件或箱型板固定约束振动台组件或箱型板接油缸振动台组件或单放顶煤支架振动台组件上，同时高速摄像机组件捕捉煤矸颗粒砸落瞬间的图像。