CN110864982A - 一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法，包括框架装置、电磁控制装置、自动定位提升装置、冲击落锤装置、应力—应变监测装置，其特征在于：框架装置包括金属顶板、刚性支撑杆件、金属底座；电磁控制装置由电磁吸附板以及电磁开关组成；自动定位提升装置由调速电动机、定滑轮、动滑轮、条形固定金属杆件、三角形固定金属底座、分绳器、钢丝绳、激光测距仪组成；冲击落锤装置为金属落锤；应力—应变检测装置由刚性垫板、应力传感器、激光测距仪组成。本发明可开展硬岩冲击载荷试验，克服了其他硬岩冲击设备体积以及耗能量大的缺点，实现自动化控制，结构简单，可拆卸，便于携带，可实时监测应力—变形数据。

Description

一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法

技术领域

本发明涉及岩石动力学研究技术领域，提出了一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法。

背景技术

在煤矿开采活动中，采场附近的煤岩经常处于频繁的动力扰动中，而频繁动力扰动可简化为典型的循环冲击荷载作用。冲击荷载作用既可以在一定程度上改变煤层的渗流特性；也有可能诱发片帮冒顶、煤与瓦斯突出、煤岩体透水等灾害。可以认为，循环加载必然影响煤岩体的变形以及内部孔隙、裂隙的渗流特征。因此，分析研究在冲击载荷作用下煤岩体的变形与渗流特性是预测和防治瓦斯、矿压灾害必不可少的环节。冲击荷载作用属于岩石动力学范畴。岩石动力学的研究方法主要有理论分析、实验室试验、数值分析与计算、现场监测等。现场监测是最直接且实用的一种方法，但这一方法的经济成本高且常常受具体施工条件的限制，往往无法系统实施。另外，数值模拟的方法对其进行稳定性验算评价，由于岩石力学参数受多种因素影响，难以得到准确值，数值模拟所得计算结果也只能作为一个参考。实验室试验是目前应用最为广泛的一种研究方法，其中落锤属于直接加载方法。但目前，对于大尺寸硬岩试样的冲击装置，体积以及耗能过大、不便于携带、自动化难以实现的缺点尤为明显。因此，研发一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法，开展冲击载荷试验，探讨在冲击载荷作用下的内部孔隙、裂隙结构发展演化特征，为矿压、瓦斯动力灾害的防治提供理论基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低耗能自动式的硬岩冲击装置及使用方法，具有自动控制落锤下落高度，低能耗，可拆卸的优点，可实时监测冲击试验过程中硬岩应力、应变数据。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，包括框架装置、电磁控制装置、自动提升定位装置、冲击落锤装置、应力—应变监测装置。

所述框架装置包括金属顶板、刚性支撑杆件、金属底座。所述金属顶板中间设有凹槽，四角打孔，通过锁紧螺钉将调速电动机与金属顶板连接。所述刚性支撑杆件为圆柱形金属杆件，上、下两端分别与金属顶板、金属底座通过螺纹连接。所述金属底座中间设有凹槽，应变传感器置于凹槽内。

所述电磁控制装置由电磁吸附板、电磁开关组成。所述自动提升定位装置由调速电动机、定滑轮、动滑轮、条形固定金属杆件、三角形固定金属底座、分绳器、钢丝绳、激光测距仪组成。所述调速电动机与钢丝绳连接以控制钢丝绳的收放。所述定滑轮共四个，动滑轮共两个。所述条形金属杆件共四个，条形金属杆件一端通过螺纹与金属顶板垂直相连，另一端通过金属轴件与定滑轮相连。所述三角固定金属底座固定于电磁吸附板上，通过金属轴件与动滑轮连接。所述分绳器固定于金属顶板下部中间位置。所述钢丝绳共两根，钢丝绳一端穿过分绳器与变速电动机连接，绕过两个定滑轮与一个动滑轮，另一端与靠中间的条形固定金属杆连接。所述激光测距仪通过锁紧螺钉固定于电磁吸附板下部。

所述冲击落锤装置由金属落锤组成，通过电磁控制装置与电磁吸附板连接。所述应力—应变监测装置由刚性垫板、应力传感器、激光测距仪组成，激光测距仪通过锁紧螺钉固定于金属底座。

一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置使用方法，包括如下步骤：

a、装置组装及启动

将该装置各组成部分通过螺纹及锁紧螺钉连接好后，启动变速电动机以及电磁控制装置。

b、装置调节

根据实验条件，通过观察激光测距仪19的显示参数，调节冲击落锤的下落高度，同时记录金属底板上的激光测距仪26示数。

c、冲击模拟

关闭电磁控制装置，使冲击落锤下落，冲击硬岩。

d、数据监测

冲击过程完成后，记录激光测距仪26的示数以及应力传感器示数，计算试样的应变值，绘制应力—应变曲线。

本发明的有益效果：

1、本发明可开展硬岩冲击载荷试验，采用调速电动机，可根据冲击落锤的尺寸调节转速，控制落锤上升速度，实现冲击试验的自动化控制。

2、本发明采用动静滑轮组合形式，发挥动静滑轮组省力的特点，使得本发明能量损耗低。

3、本发明设计装置各部件易于制作，结构简单，体积小、占地面积小，可拆卸，便于携带，可准确收集应力—变形数据，绘制应力—应变曲线。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明的侧视图；

图中：1—变速电动机；2—金属顶板；3—条形固定金属杆件；4—条形固定金属杆件；5—条形固定金属杆件；6—条形固定金属杆件；7—定滑轮；8—定滑轮；9—定滑轮；10—定滑轮；11—钢丝绳；12—钢丝绳；13—动滑轮；14—三角形固定金属底座；15—动滑轮；16—三角形固定金属底座；17—电磁吸附板；18—电磁开关；19—激光测距仪；20—冲击落锤；21—硬岩试样；22—刚性垫板；23—应力传感器；24—金属底座；25—刚性支撑杆件；26—激光测距仪；27—分绳器。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1～3所示，一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，包括框架装置、电磁控制装置、自动提升定位装置、冲击落锤装置、应力—应变监测装置；其中所述框架装置由金属顶板2、刚性支撑杆件25、金属底座24组成，金属顶板2中间设有凹槽，四角打孔，通过锁紧螺钉将调速电动机1与金属顶板2连接。刚性支撑杆件25为圆柱形金属杆件，上、下两端分别与金属顶板2、金属底座24通过螺纹连接，可随时拆卸、安装，便于携带。金属底座24中间设有凹槽，应变传感器23置于凹槽内。

所述电磁控制装置由电磁吸附板17、电磁开关18组成，电磁吸附板17通电后，将冲击落锤20吸附于其下部中间位置，电磁开关18控制冲击落锤20的下落。所述自动提升定位装置由定滑轮7、定滑轮8、定滑轮9、定滑轮10、动滑轮13、动滑轮15、条形固定金属杆件3、条形固定金属杆件4、条形固定金属杆件5、条形固定金属杆件6、三角形固定金属底座14、三角形固定金属底座16、分绳器27、钢丝绳11、钢丝绳12、激光测距仪19组成。调速电动机1与钢丝绳11、钢丝绳12连接以控制钢丝绳的收放，可根据冲击落锤20的尺寸调节转速，具有较硬的机械特性，稳定性良好，无转差损耗，效率高。以定滑轮10、条形固定金属杆件3为例，条形固定金属杆件3一端与金属顶板2垂直相连，另一端通过金属轴件与定滑轮10相连，定滑轮10用以改变力的方向，三角固定金属底座14、三角固定金属底座16固定于电磁吸附板17上，通过金属轴件分别于动滑轮13、动滑轮15连接，动滑轮可以省力，进而节省电力消耗，起到节能的作用。分绳器27固定于金属顶板2下部中间位置，将钢丝绳11、钢丝绳12合并，缠绕于变速电动机1。钢丝绳共有钢丝绳11、钢丝绳12两根，以钢丝绳11为例，一端穿过分绳器27与变速电动机1连接，绕过定滑轮8下部、定滑轮7上部，再绕过动滑轮15下部，另一端与条形固定金属杆5连接，激光测距仪19固定于电磁吸附板17下部，测量冲击落锤20的下落高度。

所述冲击落锤装置由冲击落锤20组成，通过电磁控制装置与电磁吸附板17连接，冲击落锤20与硬岩试样21的接触面积可根据实验条件进行调节。所述应力—应变监测装置由刚性垫板22、应力传感器23、激光测距仪26组成，应力传感器23可记录冲击载荷的应力值，激光测距仪26测量其距刚性垫片22的高度，记录冲击前后激光测距仪26的示数，两者之差即为硬岩试样21的形变量。

一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置使用方法，利用上述装置，试验方法具体包括如下步骤：

a、装置组装及启动

考虑实验所需加载面积，选择合适尺寸的冲击落锤，将该装置各组成部分通过螺纹及锁紧螺钉连接好后，启动变速电动机以及电磁控制装置。

b、装置调节

根据实验条件，通过观察激光测距仪19的显示参数，调节冲击落锤的下落高度，同时记录金属底板上的激光测距仪26示数。

c、冲击模拟

关闭电磁控制装置，使冲击落锤下落，冲击硬岩。

d、数据监测

冲击过程完成后，记录激光测距仪26的示数以及应力传感器示数，计算试样的应变值，绘制应力—应变曲线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，如改变支撑杆数量、改变电动机与金属顶板连接形式、动静滑轮的数量以及连接方式等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置及使用方法，包括框架装置、电磁控制装置、自动定位提升装置、冲击落锤装置、应力—应变监测装置，其特征在于：框架装置包括模型箱、支撑装置、底座；电磁控制装置由电磁吸附板以及电磁开关组成；自动定位提升装置由调速电动机、定滑轮、动滑轮、条形固定金属杆件、三角形固定金属底座、分绳器、钢丝绳、激光测距仪组成，电动机与钢丝绳连接以控制钢丝绳的收放，激光测距仪显示冲击落锤起落高度；冲击落锤装置为金属落锤；应力—应变检测装置由刚性垫板、应力传感器、激光测距仪组成。

2.根据权利要求1所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：所述框架装置包括金属顶板、刚性支撑杆件、金属底座，各部分均通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：所述电磁控制装置由电磁吸附板以及电磁开关组成，通过磁性的有无控制冲击落锤的下落与上升。

4.根据权利要求1所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：自动定位提升装置由调速电动机、定滑轮、动滑轮、条形固定金属杆件、三角形固定金属底座、分绳器、钢丝绳、激光测距仪组成，钢丝绳绕过动、静滑轮组，穿过分绳器缠绕于变速电动机，以控制钢丝绳的收放，激光测距仪与电磁吸附板下部通过锁紧螺钉连接，可实时显示冲击落锤起落高度。

5.根据权利要求1所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：所述冲击落锤装置为不同尺寸的金属落锤，通过磁性的有无控制其下落。

6.根据权利要求1所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：应力—应变检测装置由刚性垫板、应力传感器、激光测距仪组成，应力传感器可检测硬岩试样所受应力值，激光测距仪通过测量实验前后其距刚性垫板的高度，准确获得硬岩试样的形变量。

7.一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置的使用方法，利用权利要求1至6之一所述的一种动静滑轮组合低耗能自动式硬岩冲击装置，其特征在于：

包括如下步骤：

a、装置组装及启动

考虑实验所需加载面积，选择合适尺寸的冲击落锤，将该装置各组成部分通过螺纹及锁紧螺钉连接好后，启动变速电动机以及电磁控制装置。

b、装置调节

根据实验条件，通过观察激光测距仪19的显示参数，调节冲击落锤的下落高度，同时记录金属底板上的激光测距仪26示数。

c、冲击模拟

关闭电磁控制装置，使冲击落锤下落，冲击硬岩。

d、数据监测

冲击过程完成后，记录激光测距仪26的示数以及应力传感器示数，计算试样的应变值，绘制应力—应变曲线。

Images