CN109916710B - 一种分离式霍普金森杆岩样回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，分离式霍普金森杆岩样回收装置，包括用于进行霍普金森压杆试验的分离式霍普金森杆，所述分离式霍普金森杆包括入射杆和透射杆，其特征在于：所述入射杆和透射杆之间设有两段金属管。与现有技术相比，本发明分离式霍普金森杆岩样回收装置，被测岩样受到冲击，导致包裹被测岩样的橡胶套膨胀，由于试验箱内盛放有液体，橡胶套的膨胀在液体的压力下得到缓冲，被测岩样冲击结束后，橡胶套受到试验箱内的液体的压力而缓慢收缩，避免了因为橡胶套的急剧膨胀和收缩而导致橡胶套内的被测岩样受到二次冲击，保持了被测岩样的破碎形态，有利于被测岩样破碎形态试验结果的分析，且保证实验安全。

Description

一种分离式霍普金森杆岩样回收装置

技术领域

本发明涉及一种霍普金森压杆试验装置，具体是一种分离式霍普金森杆岩样回收装置。

背景技术

在各类工程技术、军事技术和科学研究等广泛领域的一系列实际问题中，甚至就在日常生活中，人们都会遇到各种各样的爆炸/冲击载荷问题，并且可以观察到，物体在爆炸/ 冲击载荷下的力学响应往往与静载荷下的有显著不同，通过霍普金森压杆实验装置可以对材质进行SHPB试验。

在进行SHPB试验(霍普金森压杆试验)时，如果没有回收装置，岩石试样在受到冲击后，可能会有残余碎块飞溅出去，无论是对科研人员还是对实验室其他设备都是潜在的危险。现在带有橡胶套的岩样回收装置很多没有考虑岩石试样在受到第一次撞击后，可能还会因为橡胶套的急剧膨胀和收缩给岩石试样带来二次冲击，从而破坏岩石试样的破碎形态，影响试验准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，分离式霍普金森杆岩样回收装置，包括用于进行霍普金森压杆试验的分离式霍普金森杆，所述分离式霍普金森杆包括入射杆和透射杆，所述入射杆和透射杆之间设有两段金属管，所述金属管与所述入射杆和透射杆共轴设置，所述两段金属管之间设有用于放置被测岩样的橡胶套，所述橡胶套外侧设有盛放液体的试验箱，所述试验箱为分体式试验箱，所述试验箱内的液体浸没所述橡胶套，所述金属管下方设有高度能够调节的支架，所述支架的顶部设有用于承托所述金属管的托盘、底部设有底座。

作为本发明进一步的方案：所述试验箱分为上下两层，所述试验箱的下层充满液体，所述橡胶套设于所述试验箱的下层，所述试验箱的上层液面位于所述试验箱的上层的中部位置。

作为本发明再进一步的方案：所述试验箱的上下层之间设有隔板，所述隔板设有单向阀，所述单向阀包括仅供液体向上流动的A型单向阀和仅供液体向下流动的B型单向阀。

作为本发明再进一步的方案：所述A型单向阀主要包括框架，所述框架顶端中部固定安装有中座，中座下部外壁固定安装有连座，连座边缘处内侧转动安装有连架，连架远离中座一端固定安装有挡板，所述框架内侧开设有与挡板配合的过水口，所述中座上部套设有推杆套，推杆套顶端固定安装有第一弹簧，第一弹簧顶端固定连接中座上部侧壁，所述推杆套外侧壁固定安装有对称设置的推杆，推杆端部转动安装有滚轮，所述挡板顶端固定安装有与滚轮配合的耐磨条。

作为本发明再进一步的方案：所述B型单向阀主要包括挡盘和主体，所述主体底端中部固定安装有中销，中销外侧下部套设有第二弹簧，所述中销外侧位于第二弹簧上方套设有支板套，支板套外侧壁固定安装有等距排列的支板，支板顶端固定安装有挡盘，所述主体内侧开设有与挡盘配合的通孔。

作为本发明再进一步的方案：所述试验箱的下层的侧壁开设供所述金属管穿过的过孔。

作为本发明再进一步的方案：所述橡胶套与所述金属管的连接处设有紧固件。

作为本发明再进一步的方案：所述试验箱的顶部设有进液口。

作为本发明再进一步的方案：所述过孔处设有密封件。

作为本发明再进一步的方案：所述金属管的内径和材质均与所述入射杆和透射杆相同，所述金属管与所述入射杆和透射杆密封连接。

作为本发明再进一步的方案：所述B型单向阀的阀口口径小于所述A型单向阀的阀口口径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在结构上设计合理，与现有技术相比，本发明分离式霍普金森杆岩样回收装置，被测岩样受到冲击，导致包裹被测岩样的橡胶套膨胀，由于试验箱内盛放有液体，橡胶套的膨胀在液体的压力下得到缓冲，被测岩样冲击结束后，橡胶套受到试验箱内的液体的压力而缓慢收缩，避免了因为橡胶套的急剧膨胀和收缩而导致橡胶套内的被测岩样受到二次冲击，保持了被测岩样的破碎形态，有利于被测岩样破碎形态试验结果的分析，且保证实验安全。

附图说明

图1为分离式霍普金森杆岩样回收装置的结构示意图。

图2为分离式霍普金森杆岩样回收装置左视角度的结构示意图。

图3为分离式霍普金森杆岩样回收装置中支架的结构示意图。

图4为分离式霍普金森杆岩样回收装置中A型单向阀俯视角度的结构示意图。

图5为图4中A处的结构示意图。

图6为图4中A处主视角度的结构示意图。

图7为分离式霍普金森杆岩样回收装置中B型单向阀仰视角度的结构示意图。

图8为分离式霍普金森杆岩样回收装置中B型单向阀主视角度的横切示意图。

图中：进液口1、A型单向阀2、橡胶套3、金属管4、支架5、B型单向阀6、透射杆7、被测岩样8、试验箱9、入射杆10、紧固件销11、过水口21、框架22、推杆23、连架24、耐磨条25、挡板26、滚轮27、第一弹簧28、中座29、推杆套30、连座31、托盘51、支杆52、底座53、锁定销54、挡盘61、通孔62、主体63、中销64、支板65、第二弹簧66、支板套67。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，主要包括包括实验箱9、分离式霍普金森杆和支架5，所述分离式霍普金森杆包括入射杆10和透射杆7，在入射杆10和透射杆7之间连接两段金属管4，金属管4的外端分别与入射杆10和透射杆7对接，两段金属管4与入射杆10和透射杆7共轴，两段金属管4之间间隔一定间距，在两段金属管4之间的间距被放置被测岩样8，被测岩样8放置位置对准金属管4的内孔，确保入射杆10发射的脉冲信号能够沿入射杆4、金属管4、被测岩样8和透射杆7 传播。

为防止被测岩样8受到冲击破坏后残余碎片飞溅，将被测岩样8用橡胶套3包裹，橡胶套3的两端分别套在两段金属管4的内端部，被测岩样8受到冲击后，残余碎片被橡胶套3包裹而不造成碎片飞溅，既保证了实验人员以及实验仪器的安全，也有利于被测岩样 8回收检测。

在橡胶套3的外侧设置试验箱9，试验箱9将橡胶套3完全罩住，试验箱9内装有液体，试验箱9内的液体浸没橡胶套3，在橡胶套3因为内部包裹的被测岩样8受到冲击而膨胀以及冲击结束后橡胶套3收缩过程中，试验箱9内的液体对橡胶套3起到缓冲作用，此处的液体可以是水，也可以是液压油，液体不充满试验箱9，使试验箱9形成一个气体和液体共存的密闭空间。为了保证在液体受到橡胶套3的压力作用下不破坏试验箱9，试验箱9的材质选用韧性较高的塑料。

所述试验箱9分为上下两层，其中试验箱9的下层充满液体，试验箱9的上层液体不充满，即试验箱9的上层液面不接触试验箱9的顶部。在试验箱9的上下层之间的隔板上开设通孔，通孔内安装单向阀，安装的单向阀包括仅供液体向上流动的A型单向阀2和仅供液体向下流动的B型单向阀6，试验箱9的上下层通过单向阀实现连通，但是试验箱9 内的液体从下层流向上层只能通过A型单向阀2，试验箱9内的液体从上层流向下层只能通过B型单向阀6，试验箱9下层的液体对橡胶套3有一定的压力，在被测岩样8受到冲击时，被测岩样8破碎成碎片，被测岩样8形成的碎片冲击橡胶套3，使橡胶套3膨胀，由于橡胶套3受到试验箱9的下层液体的压力，橡胶套3的膨胀得到缓冲而不至于在瞬时压力下被测岩样8的碎片破坏。试验箱9的下层液体只对橡胶套3的膨胀起到缓冲作用，而不会过度压迫橡胶套3导致橡胶套3的膨胀受到限制，试验箱9的下层不是密封结构，橡胶套3膨胀后体积增大，试验箱9的下层液体受到压力后通过A型单向阀2流向试验箱 9的上层，在被测岩样8受到的冲击结束后，橡胶套3内部的压力消除，橡胶套3收缩，在橡胶套3收缩过程中，试验箱9的下层液体受到的压力减小，试验箱9的上层液体通过 B型单向阀流向试验箱9的下层，试验箱9的下层始终保持液体充满的状态，在试验箱9 的下层液体的压力下，橡胶套3的收缩保持平稳，避免了橡胶套3对被测岩样8的二次冲击，保持了被测岩样8的破碎形态，保证试验结果的准确性，为后续的CT扫描等裂隙形态分析提供方便。

所述试验箱9的上层为长方体箱体结构，试验箱9的下层上部为长方体、下部是横截面为半圆的柱体，且试验箱9的下层空间大于上层空间。在试验箱9的下层两直立侧壁各开设一个圆形过孔，过孔的尺寸与橡胶套3套在金属管4后的外径尺寸相同，将过孔尺寸如此设计考虑到的因素是过孔的作用是供金属管4穿过并进入试验箱9的下层，先将被测岩样8放置在橡胶套3的内部，然后将橡胶套3的两端分别套在两段金属管4的端部，橡胶套3将两段金属管4对接后，将金属管4的一端从试验箱9的下层侧壁的过孔穿入，然后从试验箱9的下层侧壁的另一侧穿出，使橡胶套3位于试验箱9的下层的中部位置。金属管4相对入射杆10和透射杆7能够分离，在回收被测岩样8时，将金属管4与入射杆10和透射杆7分离开，并将金属管4和橡胶套3一同从试验箱9中取出，将橡胶套3与金属管4分离，完成被测岩样8的回收工作。需要说明的是，试验箱9的上层和下层的形状不限于上述，试验箱9的下层空间以能够容纳金属管4和橡胶套3为准，试验箱9的上层空间与下层空间的大小不限于上述。

所述橡胶套3与金属管4连接处用紧固件11进行固定，紧固件11可以是捆扎带或者卡箍，橡胶套3一方面起到回收被测岩样8的效果，另一方面也起到保护被测岩样8的作用，防止被测岩样8被试验箱9内的液体浸湿，将橡胶套3与金属管4固定后，试验箱9 内的液体不会浸入橡胶套3内部，被测岩样8受到冲击后压迫橡胶套3膨胀，橡胶套3在膨胀过程中不会相对金属管4发生滑脱。

在试验箱9的顶部开设进液口1，通过进液口1将液体注入试验箱9的上层，再通过B型单向阀6流入试验箱9的下层，在试验结束后，将金属管4与入射杆10和透射杆7分离，将试验箱9倒置，通过进液口1将液体排出。

所述金属管4采用与入射杆10和透射杆7相同的内径和材质，这样不会影响波的传播。金属管4与入射杆10和透射杆7密封连接，具体连接方式可以是在入射杆10和透射杆7的外表面加攻一段外螺纹，采用内径和材质均与入射杆10和透射杆7相同，管壁厚度大于入射杆10和透射杆7的金属管4，在金属管4的两个端部各加攻一段与入射杆10 和透射杆7相匹配的内螺纹，将入射杆10和透射杆7通过螺纹旋接，对接后，入射杆10、金属管4和透射杆7的内径保持相同且共轴，既保证了连接强度和密封性，又不影响波的传播。需要说明的是，金属管4与入射杆10和透射杆7的对接也可以采用管箍连接，用管箍将金属管4分别与入射杆10和透射杆7对接，同样起到既保证连接强度和密封性，又不影响波的传播的作用。

所述A型单向阀2主要包括框架22，所述框架22顶端中部固定安装有中座29，中座29下部外壁固定安装有连座31，连座31边缘处内侧转动安装有连架24，连架24远离中座29一端固定安装有挡板26，所述框架22内侧开设有与挡板26配合的过水口21，所述中座29上部套设有推杆套30，推杆套30顶端固定安装有第一弹簧28，第一弹簧28顶端固定连接中座29上部侧壁，所述推杆套30外侧壁固定安装有对称设置的推杆23，推杆 23端部转动安装有滚轮27，所述挡板26顶端固定安装有与滚轮27配合的耐磨条25。

所述B型单向阀6主要包括挡盘61和主体63，所述主体63底端中部固定安装有中销64，中销64外侧下部套设有第二弹簧66，所述中销64外侧位于第二弹簧66上方套设有支板套67，支板套67外侧壁固定安装有等距排列的支板65，支板65顶端固定安装有挡盘61，所述主体63内侧开设有与挡盘61配合的通孔62。

A型单向阀2的口径大于B型单向阀6的口径，B型单向阀6采用多口径阀，B型单向阀6在试验箱9的上下层之间的隔板中央位置设置一个，A型单向阀2为单口径阀，A型单向阀2以B型单向阀6为中心对称设置两个，保证液体从A型单向阀2向上流动的量大于从B型单向阀6向下流动的量，实现橡胶套3在膨胀过程中排向试验箱9的上层的液体速度大于试验箱9的上层液体流入下层的速度，进而实现橡胶套3的收缩速度小于膨胀速度，保护被测岩样8不受二次冲击。

装有液体的试验箱9和金属管4重量较大，仅依靠入射杆10和透射杆7的支撑力支撑会导致入射杆10和透射杆7弯曲，影响波的传播，所以在金属管4的下方设置用于支撑金属管4的支架5，支架5在试验箱9的两侧各设置一个，在支架5的支杆52为伸缩杆，支杆52分为上下两节，在上下两节的中间设置锁定销54，通过调节支杆52上下两节的伸缩调节支杆52的长度，支杆52的长度调节完成后，通过锁定销54将支杆52的上下两节锁定。支架5的顶部为托盘51，托盘51设置成弧形，弧形托盘51更好的贴合金属管4的外壁，使支架5对金属管4的支撑更牢固。在支架底部设置底座53，底座可以是图1和图 2所示的三角底座，也可以设置为圆盘底座，底座53起到稳定支架5的作用。

本发明的工作原理是：

本发明涉及一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，在进行SHPB试验(霍普金森压杆试验)时，本回收装置对岩石试样残余碎块进行收集，提高安全性，本回收装置相比传统的橡胶套回收装置，通过A型单向阀2的口径大于B型单向阀6的不同口径配合缓冲液体，当试验箱9上部液压大时，液体通过下压B型单向阀6中的挡盘61，使得第二弹簧66收缩，液体流入试验箱9下方，当试验箱9下部液压大时，液体通过上压A型单向阀2中的挡板26，进而通过推杆23向上顶压第一弹簧28，使得第一弹簧28收缩，液体流入试验箱9上方，液体从A型单向阀2向上流动的量大于从B型单向阀6向下流动的量，实现橡胶套3在膨胀过程中排向试验箱9的上层的液体速度大于试验箱9的上层液体流入下层的速度，进而实现橡胶套3的收缩速度小于膨胀速度，保护被测岩样8不受二次冲击，保障了试验准确度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种分离式霍普金森杆岩样回收装置，包括用于进行霍普金森压杆试验的分离式霍普金森杆，所述分离式霍普金森杆包括入射杆和透射杆，其特征在于：所述入射杆和透射杆之间设有两段金属管，所述金属管与所述入射杆和透射杆共轴设置，所述两段金属管之间设有用于放置被测岩样的橡胶套，所述橡胶套外侧设有盛放液体的试验箱，所述试验箱为分体式试验箱，所述试验箱内的液体浸没所述橡胶套，所述试验箱的上下层之间设有隔板，所述隔板设有单向阀，所述单向阀包括仅供液体向上流动的A型单向阀和仅供液体向下流动的B型单向阀，所述试验箱分为上下两层，所述试验箱的下层充满液体，所述橡胶套设于所述试验箱的下层，所述试验箱的上层液面位于所述试验箱的上层的中部位置，所述试验箱的下层的侧壁开设供所述金属管穿过的过孔，所述B型单向阀的阀口口径小于所述A型单向阀的阀口口径。

2.如权利要求1所述的分离式霍普金森杆岩样回收装置，其特征在于：所述橡胶套与所述金属管的连接处设有紧固件。

3.如权利要求1所述的分离式霍普金森杆岩样回收装置，其特征在于：所述试验箱的顶部设有进液口。

4.如权利要求1所述的分离式霍普金森杆岩样回收装置，其特征在于：所述过孔处设有密封件。

5.如权利要求1所述的分离式霍普金森杆岩样回收装置，其特征在于：所述金属管的内径和材质均与所述入射杆和透射杆相同，所述金属管与所述入射杆和透射杆密封连接。

6.如权利要求1所述的分离式霍普金森杆岩样回收装置，其特征在于：所述金属管下方设有高度能够调节的支架，所述支架的顶部设有用于承托所述金属管的托盘、底部设有底座。

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