CN110057526B - 模拟巷道受载荷实验台 - Google Patents
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Abstract
一种模拟巷道受载荷实验台，包括：支撑壳体，内部具有一容置空间；动载加压机构，设置在所述支撑壳体四周，且可对所述容置空间内待测试材料施加震动力。本发明使用过程中，将巷道相似材料放置在容置空间中，通过动载加压机构对容置空间中的相似材料施加震动力，实现对相似材料受到的震动力的模拟，进而实现巷道中受到的各种震动的模拟。
Description
技术领域
本发明涉及一种载荷实验装置，尤其是涉及一种模拟巷道受载荷实验台。
背景技术
目前，随着我国矿山的开采和大型地下工程的修建，各种矿山和隧道动力灾害问题越来越受重视，特别是煤矿行业，现在我国的煤矿开采已经深入地下千米，在这样一个高围压的地下空间中，动力灾害发生越来越频繁，引起了很多研究员的极大关注，这种动力灾害对矿山的危害非常大，不仅影响正常生产活动，还会危及人员和设备的安全。针对矿井开采和隧道开挖本身工程条件就是很复杂的，想做相关方面实验是不容易的，尤其是在实验室中很难有那样的条件来实施，因而这方面的研究主要运用的是相似材料模拟实验的方法。当前，相似材料实验平台实施主要集中在二维静载，二维动载，三维静载方面，而实际开采过程中会巷道会受到各种各样的震动，因此现有的实验装置不能满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种可以模拟巷道震动的模拟巷道受载荷实验台。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种模拟巷道受载荷实验台，包括：
支撑壳体，内部具有一容置空间；
动载加压机构，设置在所述支撑壳体四周，且可对所述容置空间内待测试材料施加震动力。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，包括：
基座台；
承载底梁，下端与所述基座台固定连接；
底板，底部与所述承载底梁固定连接，且所述底板上端与所述支撑壳体固定连接。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，支撑壳体包括：
架子子块，多个所述架子子块组成所述支撑壳体侧壁与顶壁，包括：
支撑板；
支撑架，设置在所述支撑板四周，相邻两个架子子块之间通过各自的所述支撑架固定连接。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，包括：
静载施加机构，设置在所述支撑板上，用于对所述容置空间内部施加静压力。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述静载施加机构包括：
第一液压伸缩装置，设置在所述支撑板上，具有一液压轴，所述液压轴活动贯穿所述支撑板；
第一加压板，与所述液压轴连接，设置在所述容置空间内部。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，包括：
开挖口，设置在所述支撑壳体一侧；
巷道开挖装置，一端通过所述开挖口伸入所述容置空间中；
第二液压伸缩装置，具有一液压伸缩轴，液压伸缩轴外端与所述巷道开挖装置连接。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述开挖口一侧的支撑板为透明材质。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述动载加压机构包括：
动载壳体，具有一第二容置空间；
动力轴，上部具有一第三容置空间；
加载板，设置在所述容置空间，一侧与所述动力轴连接；
磁力机构，包括：
第一永磁体，设置在所述第三容置空间中；
第二永磁体，设置在所述第三容置空间内，且设置在所述第一永磁体上方；
第三永磁铁，设置在所述第三容置空间内，且设置在所述第一永磁体下方；
线圈，设置在所述第二容置空间内，且设置在所述动力轴外侧；
动力轴限位器，设置在所述第二容置内，且设置在所述动力轴上下两端，用于对所述动力轴限位；
顶部缓冲弹簧，设置在第一永磁体上端，上端与所述第二容置空间顶部连接；
下部缓冲弹簧，设置在动力轴下端，与所述第二容置空间底部连接；
第一永磁铁限位器，设置在所述第三容置空间内，用于对所述第一永磁体进行限位。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述动载加压机构包括：
线圈固定器，设置在所述第二容置空间内，用于固定所述线圈。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，包括：
拍摄装置，设置在所述支撑壳体透明一侧，用于对容置空间内进行拍照。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，包括：
动载支撑架，所述支撑壳体设置在所述动载支撑架中，所述动载支撑架与所述动载加压机构远离所述支撑壳体一端连接，下端可滑动设置在所述基座台上。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述动载加压机构包括：
传动轴，一端与所述动力轴接触，另一端与所述加载板连接。
本发明所述的模拟巷道受载荷实验台，其中，所述动力轴与所述传动轴可拆卸连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明使用过程中，将巷道相似材料放置在容置空间中，通过动载加压机构对容置空间中的相似材料施加震动力，实现对相似材料受到的震动力的模拟，进而实现巷道中受到的各种震动的模拟。
附图说明
图1为本发明正视图；
图2为本发明俯模拟实验时侧视图；
图3为图1中A处放大视图；
图4为图1中B处放大视图；
图5为本发明动力轴与传动轴可拆卸连接示意图；
图6为图5中C处放大视图；
图7为本发明动载加压机构视图；
图8为液压轴与第一加压板连接处视图；
图9为本发明待测试材料剖视图。
实施方式
请参阅图1-9所示，本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“上”、“底部”、“下端”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，目前在巷道挖掘过程中，会深入底下千米，在这样一个高围压的地下空间中，动力灾害发生越来越频繁，为了更好的研究在巷道中压力对巷道作业的影响，需要研究人员对矿井进行模拟，现有的对这种压力进行模拟时，通常都是岁相似材料施加二维静载或者三维静载进行模拟，但是在开挖过程中巷道会受到各种各样的震动，而现有的实验装置不能满足现在这种模拟，因此，
本实施例为一种模拟巷道受载荷实验台，包括：
支撑壳体100，内部具有一容置空间110；
动载加压机构200，设置在支撑壳体100四周，且可对容置空间110内待测试材料施加震动力。
本实施例使用过程中，将巷道相似材料放置在容置空间110中，通过动载加压机构200对容置空间110中的相似材料施加震动力，实现对相似材料受到的震动力的模拟，进而实现巷道中受到的各种震动的模拟；
需要说明的是，巷道模拟时相似材料可以根据需要模拟的地方采用石子沙子或者其混合物，具体在测试巷道中受到的压力时，可以在相似材料中预埋压力传感器，进而可以测量出相似材料受到的震动压力，进而实现对材料压力的测量。
本实施例提供的模拟巷道受载荷实验台，包括：
基座台300；
承载底梁400，下端与基座台300固定连接；
底板500，底部与承载底梁300固定连接，且底板500上端与支撑壳体100固定连接。
使用时，基座台300对承载底梁400进行支撑，承载底梁400对底板500进行支撑，底板500对支撑壳体100进行支撑，进而实现基座台300对整个装置的支撑；
需要说明的是，承载底梁400与基座台300可以通过焊接或者螺栓进行连接，承载底梁400与底板500也可以通过焊接或者螺栓连接，底板500与支撑壳体100连接时，可以通过螺栓连接，底板500可以作为支撑壳体100的底壁存在需要将待测试材料放入容置空间中时，可以通过将底板500拆除后从下部通过将待测试材料放入容置空间110内，需要说明的是基座台周边还可以设置有支撑架，支撑架设置在支撑壳体四周，用于支撑动载加压装置，支撑架具体结构可以不作限制，能支撑支撑壳体100即可；
本实施例提供的模拟巷道受载荷实验台，支撑壳体100包括：
架子子块120，多个架子子块120组成支撑壳体100侧壁与顶壁，包括：
支撑板121；
支撑架122，设置在架子子块120四周，相邻两个架子子块120之间通过各自的支撑架122固定连接；
架子子块120由支撑板121与支撑架122组成，相邻的两个架子子块120通过支撑架122来连接，示例性的，架子子块120与支撑架122可以通过焊接连接，架子子块120一端与支撑板121齐平，另一端高出支撑板121，高出的部分可以用于两个相邻架子子快120连接，具体连接时，两个相邻的支撑架122可以通过螺钉连接，也可以焊接。
本实施提供的模拟巷道受载荷实验台，包括：
静载施加机构600，设置在支撑板121上，用于对容置空间110内部施加静压力，通过静载施加机构600对容置空间110内施加静压力，进而可以模拟巷道受到的静压力；示例性的，静载施加机构包括，
第一液压伸缩装置610，设置在支撑板121上，具有一液压轴611，液压轴611活动贯穿支撑板121；
第一加压板620，与液压轴611连接，设置在容置空间110内部。
使用时，第一液压伸缩装置610通过液压轴对加压板620加压，加压板620对容置空间110内的待测量材料进行加压，最后由待测量的材料中预埋的传感器确定受到的静载荷压力；需要说明的是，第一液压伸缩装置610可以采用液压千斤顶来实现，千斤顶的液压伸缩轴与加压板620连接时可以采用焊接或者螺钉进行固定连接。
本实施例提供的模拟巷道受载荷实验台，包括，
开挖口700，设置在支撑壳体100一侧；
巷道开挖装置800，一端通过开挖口700伸入容置空间中；
第二液压伸缩装置900，具有一液压伸缩轴，液压伸缩轴外端与巷道开挖装置800连接；
第二支撑架，与液压伸缩装置连接，用于支撑液压伸缩装置。
本发明使用时，为了模拟巷道挖掘过程，支撑架支撑起来第二液压伸缩装置，第二液压伸缩装置通过来回伸缩，拉动巷道开挖装置800，在装满待测量材料的容置空间110中模拟挖掘过程，具体的第二液压伸缩装置带动巷道开挖装置800在容置空间110中来回移动，由于巷道开完装置通过开挖口700伸入容置空间110内，通过开挖口700可将待测试材料运出，模拟巷道挖掘过程中，材料的运出，由此，待测试材料中的传感器可以更好的模拟巷道挖掘过程中受到的力，需要说明的是，开挖装置可以设置成一个矩形或者巷道形的空心不锈钢铁管，将他放在相似材料中，通过一步一步的回退与前进，模拟一次次开挖；
示例性的，开挖口700一侧的支撑板为透明材质，示例性的，可以采用钢化玻璃，钢化玻璃与支撑架122连接时，通过螺栓进行连接，通过在开挖口一侧的支撑板设置为透明材质，可以更直接的观察巷道挖掘时巷道的变化；
示例性的，还包括了拍摄装置，设置在支撑壳体透明一侧，用于对容置空间内进行拍照，进行拍照是可以更好观察内部相似材料的变化。
本实施例提供的模拟巷道受载荷实验台，动载加压机构，包括：
动载壳体210，具有一第二容置空间；
动力轴220，上部具有一第三容置空间；
加载板，设置在所述容置空间110，一侧与所述动力轴220连接；
磁力机构230，包括：
第一永磁体231，设置在第三容置空间中；
第二永磁体232，设置在第三容置空间内，且设置在第一永磁体231上方；
第三用磁铁233，设置在第三容置空间内，且设置在第一永磁体231下方；
线圈240，设置在第二容置空间内，且设置在动力轴外侧；
动力轴限位器250，设置在第二容置内，且设置在动力轴220上下两端，用于对动力轴220限位；
顶部缓冲弹簧260，设置在第一永磁体上端，上端与第二容置空间顶部连接；
下部缓冲弹簧270，设置在动力轴下端，与第二容置空间底部连接；
第一永磁铁限位器280，设置在第三容置空间内，用于对第一永磁体231进行限位。
使用时，线圈240通入交流电之后，第一永磁体231在磁力的作用下会上下移动，进而带动动力轴220上下移动，实现加载板221的上下移动，进而模拟出震动的过程，相似材料受到动载的动力输出，相当于在巷道中受到震动，模拟井下中巷道受到的震动效果，图中用620表示。
需要说明的是，动力轴220采用高强度非磁性材料，比如铝合金等强度较高的材料。
示例性的，动载加压机构200包括，线圈固定器290，设置在第二容置空间内，用于固定线圈240，线圈固定器290用于固定线圈240。
本实施例提供的模拟巷道受载荷实验台，包括动载支撑架130，支撑壳体100设置在动载支撑架130中，动载支撑架130与动载加压机构200远离所述支撑壳体100一端连接，下端可滑动设置在基座台300上，且下端连接第三液压伸缩装置131。
动载支撑架130用于支撑动载，使动载可以施加动压力，动载支撑架下端可滑动设置在基座台300上，具体可以在基座台300上设置工字型轨道，同时将动载支撑架下端设置成相配合的形状，以此来保证动载支撑架130的移动；
示例性的动载加压机构包括：传动轴220a，一端与动力轴220接触，另一端与加载板连接，如图1、图3所示，在需要将相似材料装入支撑壳体100中时，需要对架子子块进行拆卸，为了方便拆卸，可以通过动力轴施加一定压力后将传动轴220a压入容置空间一侧，动力轴220与传动轴220a形成一缝隙，通过第三液压伸缩装置的伸缩可以将动载支撑架130移开，便于架子子块拆卸，安装时反向操作即可，第三液压伸缩装置远离基座台300一端与第二支撑架连接，第二支撑架对第三液压伸缩装置进行支撑。
示例性的，如图5、图6所示动力轴220与传动轴220a可拆卸连接，实施上述步骤之前只需将动力轴220与传动轴220a拆卸下来即可，拆卸方便，具体连接时，可以在动力轴与传动轴220a上分别连接螺栓板，之后通过螺钉螺栓可拆卸连接。
以上所述的实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种模拟巷道受载荷实验台，其特征在于，包括：支撑壳体(100)，内部具有一容置空间(110)；
动载加压机构(200)，设置在所述支撑壳体(100)四周，且可对所述容置空间(110)内待测试材料施加震动力；
基座台(300)；
承载底梁(400)，下端与所述基座台(300)固定连接；
底板(500)，底部与所述承载底梁(400)固定连接，且所述底板(500)上端与所述支撑壳体(100)固定连接；
支撑壳体(100)包括：架子子块(120)，多个所述架子子块(120)组成所述支撑壳体(100)侧壁与顶壁，包括：
支撑板(121)；
支撑架(122)，设置在所述支撑板(121)四周，相邻两个架子子块(120)之间通过各自的所述支撑架(122)固定连接；
静载施加机构(600)，设置在所述支撑板(121)上，用于对所述容置空间内部施加静压力，所述静载施加机构(600)包括：第一液压伸缩装置(610)，设置在所述支撑板(121)上，具有一液压轴(611)，所述液压轴(611)活动贯穿所述支撑板(121)；
第一加压板(620)，与所述液压轴(611)连接，设置在所述容置空间(110)内部；
开挖口(700)，设置在所述支撑壳体(100)一侧；
巷道开挖装置(800)，一端通过所述开挖口(700)伸入所述容置空间(110)中；
第二液压伸缩装置(900)，具有一液压伸缩轴，液压伸缩轴外端与所述巷道开挖装置(800)连接；
所述开挖口(700)一侧的支撑板为透明材质；
所述动载加压机构(200)包括：动载壳体(210)，具有一第二容置空间；
动力轴(220)，上部具有一第三容置空间；
加载板，设置在所述容置空间(110)，一侧与所述动力轴(220)连接；
磁力机构(230)，包括：
第一永磁体(231)，设置在所述第三容置空间中；
第二永磁体(232)，设置在所述第三容置空间内，且设置在所述第一永磁体(231)上方；
第三永磁铁(233)，设置在所述第三容置空间内，且设置在所述第一永磁体(231)下方；
线圈(240)，设置在所述第二容置空间内，且设置在所述动力轴外侧；
动力轴限位器(250)，设置在所述第二容置空间内，且设置在所述动力轴(220)上下两端，用于对所述动力轴(220)限位；
顶部缓冲弹簧(260)，设置在第一永磁体（231）上端，上端与所述第二容置空间顶部连接；
下部缓冲弹簧(270)，设置在动力轴（220）下端，与所述第二容置空间底部连接；
第一永磁铁限位器(280)，设置在所述第三容置空间内，用于对所述第一永磁体(231)进行限位；
动载支撑架(130)，所述支撑壳体(100)设置在所述动载支撑架(130)中，所述动载支撑架(130)与所述动载加压机构(200)远离所述支撑壳体(100)一端连接，下端可滑动设置在所述基座台(300)上，且下端连接第三液压伸缩装置(131)；
所动载支撑架（130）用于支撑动载，使动载可以施加动压力，所述基座台（300）上设置工字型轨道，同时将所述动载支撑架（130）下端设置成相配合的形状，以保证所述动载支撑架（130）的移动；
所述第三液压伸缩装置（131）远离所述基座台（300）一端与第二支撑架连接，所述第二支撑架对第三液压伸缩装置（131）进行支撑；
所述动载加压机构(200)包括：
传动轴(220a)，一端与所述动力轴(220)接触，另一端与所述加载板连接；
所述动力轴(220)与所述传动轴(220a)可拆卸连接。
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