CN111398043A - 散体矸石压缩试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散体矸石压缩试验装置，属于岩石力学试验技术领域。它解决了现有的压缩试验装置不可变角的问题。它包括底座和承压台，承压台的上表面设有四个横向加载液压缸以及四个刚性侧压板，四个刚性侧压板首尾相接且垂直设于承压台的上表面，承压台上设有支架，支架上倒置设有纵向加载液压缸，纵向加载液压缸的活塞杆上设有与腔体配合的刚性顶压板，底座的上表面具有水平延伸的其内表面的纵向截面呈圆弧形的安装槽，承压台的下部具有与安装槽的内表面配合的配合柱面，底座与承压台之间设有用于驱动承压台绕配合柱面的中轴线摆动的驱动结构。本发明中由于承压台的倾角可改变，能够模拟不同倾角下的散体矸石的承压力学特性，适用范围广。

Description

散体矸石压缩试验装置

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，涉及一种散体矸石压缩试验装置，特别是一种可变角度的散体矸石压缩试验装置。

背景技术

采矿作业带来的地表沉陷、含水层破断、矸石山堆积、大气污染、土地资源破坏等问题，对绿色环保新时代下的生态要求造成了严重挑战。充填开采技术不仅能够将地面堆积的矸石山、建筑垃圾、粉煤灰等物质用作充填材料充填到地下，还能有效解决地表沉陷、含水层破断等问题。可以说，充填开采既解决了大气污染、土地占用问题，又避免了地表沉陷与岩层破坏，是实现绿色开采、生态建设的重要技术途径。

充填体的承压性能是充填开采控制岩层移动与地表沉陷的关键因素。承压性能越好，压缩率越小，对岩层移动与地表的沉陷变形控制越好。现有的充填材料承压性能测试试验装置进行的是水平条件下的钢筒压实试验，但实际煤层赋存多为有一定角度的倾斜状态，经过充填开采后的散体充填材料处于倾斜受压条件。为研究倾斜煤层充填开采后散体充填材料的承压力学性能，需要研究一种可变角度的散体矸石压缩试验装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可变角度的散体矸石压缩试验装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

散体矸石压缩试验装置，包括底座和设于底座上的承压台，所述承压台的上表面设有四个横向加载液压缸以及四个分别由与之对应设置的横向加载液压缸驱动的刚性侧压板，四个所述的刚性侧压板首尾相接且垂直设于承压台的上表面，所述的承压台上还设有支架，所述的支架上倒置设有位于由四个刚性侧压板所围成的腔体正上方的纵向加载液压缸，所述纵向加载液压缸的活塞杆上设有与腔体配合的刚性顶压板，所述底座的上表面具有水平延伸的其内表面的纵向截面呈圆弧形的安装槽，所述承压台的下部具有与安装槽的内表面配合的配合柱面，所述的底座与承压台之间设有用于驱动承压台绕配合柱面的中轴线摆动的驱动结构。

配合柱面的中轴线与由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线同轴，当驱动结构在驱动承压台转动的过程中，配合柱面始终与安装槽的内表面配合接触。

进行水平方向的试验工作时，承压台的上表面处于水平状态，将散体矸石装入由四个刚性侧压板所围成的腔体内，启动纵向加载液压缸，通过刚性顶压板挤压散体矸石，散体矸石在纵向加载液压缸的作用下产生压缩，当纵向加载液压缸施加的载荷值达到设定值时，测得各刚性侧压板的位移及压力。各刚性侧压板的位移可根据各横向加载液压缸受力后所产生的位移，各刚性侧压板的压力可通过设置轮辐式压力传感器测得。

在进行倾斜方向的试验工作时，驱动结构驱动承压台绕由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线摆动，摆动到位后驱动结构可使承压台保持在当前位置，此时承压台的上表面处于倾斜状态，支架和纵向加载液压缸相应发生倾斜，但纵向加载液压缸始终与由四个刚性侧压板所围成的腔体正对设置，将散体矸石装入由四个刚性侧压板所围成的腔体内，启动纵向加载液压缸，通过刚性顶压板挤压散体矸石，散体矸石产生压缩，当纵向加载液压缸施加的载荷值达到设定值时，测得各刚性侧压板的位移及压力。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的驱动结构包括固定在承压台一端的从动齿轮一、设于底座上的由电机一驱动的减速机一和设于减速机一的输出轴上的主动齿轮一，所述从动齿轮一的中轴线与由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线同轴，所述的主动齿轮一与从动齿轮一啮合。

当需要转动承压台时，电机一驱动减速机一工作，减速机一带动主动齿轮一转动，由于主动齿轮一与从动齿轮一啮合，从而带动从动齿轮一转动，从动齿轮一固定在承压台的一端且与由安装槽的内表面形成的圆周同轴设置，最终带动承压台绕由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线摆动，当承压台摆动到指定角度时，电机一停止，利用电机一与减速机一的自锁结构可使承压台保持在当前位置，完成承压台角度的调整。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的减速机一为两个，每个所述减速机一的输出轴上均设有一个与从动齿轮一啮合的主动齿轮一，两个主动齿轮一分别位于从动齿轮一的两侧。

两个减速机一的型号相同，两个主动齿轮一的大小相等，两个减速机一同步工作，带动两个主动齿轮一同步且同向转动。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的驱动结构还包括固定在承压台另一端的从动齿轮二、设于底座上的由电机二驱动的减速机二和设于减速机二的输出轴上的主动齿轮二，所述从动齿轮二的中轴线与由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线同轴，所述的主动齿轮二与从动齿轮二啮合。

当需要转动承压台时，电机一驱动减速机一工作，电机二同步驱动减速机二工作，减速机一带动主动齿轮一转动，减速机二带动主动齿轮二转动，由于主动齿轮一与从动齿轮一啮合，主动齿轮二与从动齿轮二啮合，从而带动从动齿轮一与从动齿轮二同步同向转动，从动齿轮一固定在承压台的一端且与由安装槽的内表面形成的圆周同轴设置，从动齿轮二固定在承压台的另一端且与由安装槽的内表面形成的圆周同轴设置，最终带动承压台绕由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线摆动，当承压台摆动到指定角度时，电机一和电机二停止，利用电机一、电机二、减速机一与减速机二的自锁结构可使承压台保持在当前位置，完成承压台角度的调整。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的减速机二为两个，每个所述减速机二的输出轴上均设有一个与从动齿轮二啮合的主动齿轮二，两个主动齿轮二分别位于从动齿轮二的两侧。两个减速机二与减速机一的型号相同，两个主动齿轮二的大小与主动齿轮一的大小相等，两个减速机二同步工作，带动两个主动齿轮二同步且同向转动。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的安装槽内具有沿其宽度方形延伸的弧形限位槽，所述的配合柱面上具有伸入弧形限位槽并与该弧形限位槽配合的限位凸起。通过限位凸起和弧形限位槽可限制承压台的轴向运动，当承压台绕着由安装槽的内表面形成的圆周的中轴线摆动时，限位凸起在弧形限位槽内运动。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述纵向加载液压缸的活塞杆上固连有与承压台的上表面平行的支撑板，所述支撑板的横向尺寸小于刚性顶压板的横向尺寸，所述的刚性顶压板位于支撑板的下方，且所述的刚性顶压板与支撑板之间设有滑移组件。

由于设有滑移组件，在装入散体矸石时，可将尺寸较大的刚性顶压板滑移开，方便散体矸石的装入。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的滑移组件包括设于支撑板下表面/刚性顶压板上表面的若干相互平行的T型槽和若干设于刚性顶压板/支撑板上的与T型槽一一对应设置的T型块，T型块伸入与之对应设置的T型槽。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，由四个刚性侧压板所围成的腔体的四角处均设有L型刚性护板。L型刚性护板的两侧边分别和与之对应设置的刚性侧压板贴靠设置，可防止压缩试验时散体矸石从腔体内脱出。L型刚性护板为薄板，厚度要远小于刚性侧压板的厚度。在进行压缩试验时，刚性顶压板的四角分别位于四个L型刚性护板的内侧。

在上述的散体矸石压缩试验装置中，所述的底座上固连有支撑座，所述的安装槽设于支撑座的上表面。减速机一设于支撑座的一端，减速机二设于支撑座的另一端。

与现有技术相比，本散体矸石压缩试验装置具有以下优点：

由于承压台的倾角可改变，能够模拟不同倾角下的散体矸石的承压力学特性，适用范围广；结构设计合理，操作方便；由于设有滑移组件，方便散体矸石的装入。

附图说明

图1是本发明提供的实施例一的结构示意图。

图2是本发明提供的实施例一的剖视图。

图3是本发明提供的图2的倾斜状态图。

图4是本发明提供的实施例一的另一剖视图。

图5是本发明提供的实施例二的俯视图。

图6是本发明提供的刚性顶压板与支撑板的配合示意图。

图7是本发明提供的实施例三的结构示意图。

图中，1、底座；2、承压台；3、横向加载液压缸；4、刚性侧压板；5、支架；6、纵向加载液压缸；7、刚性顶压板；8、安装槽；9、配合柱面；10、从动齿轮一；11、减速机一；12、主动齿轮一；13、从动齿轮二；14、减速机二；15、主动齿轮二；16、弧形限位槽；17、限位凸起；18、支撑板；19、T型块；20、L型刚性护板；21、支撑座。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示的散体矸石压缩试验装置，包括底座1和设于底座1上的承压台2，承压台2的上表面设有四个横向加载液压缸3以及四个分别由与之对应设置的横向加载液压缸3驱动的刚性侧压板4，四个刚性侧压板4首尾相接且垂直设于承压台2的上表面，承压台2上还设有“n”型支架5，支架5的中部倒置设有位于由四个刚性侧压板4所围成的腔体正上方的纵向加载液压缸6，由四个刚性侧压板4所围成的腔体的形状为矩形。

如图2所示，纵向加载液压缸6的活塞杆上设有与腔体配合的刚性顶压板7，底座1的上表面具有水平延伸的其内表面的纵向截面呈圆弧形的安装槽8，承压台2的下部具有与安装槽8的内表面配合的配合柱面9，底座1与承压台2之间设有用于驱动承压台2绕配合柱面9的中轴线摆动的驱动结构。配合柱面9的中轴线与由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线同轴，当驱动结构在驱动承压台2转动的过程中，配合柱面9始终与安装槽8的内表面配合接触。

进行水平方向的试验工作时，承压台2的上表面处于水平状态，将散体矸石装入由四个刚性侧压板4所围成的腔体内，启动纵向加载液压缸6，通过刚性顶压板7挤压散体矸石，散体矸石在纵向加载液压缸6的作用下产生压缩，当纵向加载液压缸6施加的载荷值达到设定值时，测得各刚性侧压板4的位移及压力。各刚性侧压板4的位移可根据各横向加载液压缸3受力后所产生的位移，各刚性侧压板4的压力可通过设置轮辐式压力传感器测得。

在进行倾斜方向的试验工作时，驱动结构驱动承压台2绕由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线摆动，摆动到位后驱动结构可使承压台2保持在当前位置，如图3所示，此时承压台2的上表面处于倾斜状态，支架5和纵向加载液压缸6相应发生倾斜，但纵向加载液压缸6始终与由四个刚性侧压板4所围成的腔体正对设置，将散体矸石装入由四个刚性侧压板4所围成的腔体内，启动纵向加载液压缸6，通过刚性顶压板7挤压散体矸石，散体矸石产生压缩，当纵向加载液压缸6施加的载荷值达到设定值时，测得各刚性侧压板4的位移及压力。

本实施例中，如图1所示，驱动结构包括固定在承压台2一端的从动齿轮一10、设于底座1上的由电机一驱动的减速机一11和设于减速机一11的输出轴上的主动齿轮一12，从动齿轮一10的中轴线与由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线同轴，主动齿轮一12与从动齿轮一10啮合。

当需要转动承压台2时，电机一驱动减速机一11工作，减速机一11带动主动齿轮一12转动，由于主动齿轮一12与从动齿轮一10啮合，从而带动从动齿轮一10转动，从动齿轮一10固定在承压台2的一端且与由安装槽8的内表面形成的圆周同轴设置，最终带动承压台2绕由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线摆动，当承压台2摆动到指定角度时，电机一停止，利用电机一与减速机一11的自锁结构可使承压台2保持在当前位置，完成承压台2角度的调整。

如图2和图3所示，安装槽8内具有沿其宽度方形延伸的弧形限位槽16，配合柱面9上具有伸入弧形限位槽16并与该弧形限位槽16配合的限位凸起17。通过限位凸起17和弧形限位槽16可限制承压台2的轴向运动，当承压台2绕着由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线摆动时，限位凸起17在弧形限位槽16内运动。

如图3和图6所示，纵向加载液压缸6的活塞杆上固连有与承压台2的上表面平行的支撑板18，支撑板18的横向尺寸小于刚性顶压板7的横向尺寸，刚性顶压板7位于支撑板18的下方，且刚性顶压板7与支撑板18之间设有滑移组件。由于设有滑移组件，在装入散体矸石时，可将尺寸较大的刚性顶压板7滑移开，方便散体矸石的装入。

如图6所示，滑移组件包括设于支撑板18下表面的若干相互平行的T型槽和若干设于刚性顶压板7上的与T型槽一一对应设置的T型块19，T型块19伸入与之对应设置的T型槽。

如图1-3所示，底座1上固连有支撑座21，安装槽8设于支撑座21的上表面，减速机一11设于支撑座21的一端。

实施例二

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，如图4和图5所示，驱动结构还包括固定在承压台2另一端的从动齿轮二13、设于底座1上的由电机二驱动的减速机二14和设于减速机二14的输出轴上的主动齿轮二15，从动齿轮二13的中轴线与由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线同轴，主动齿轮二15与从动齿轮二13啮合。其中，减速机二14设于支撑座21的另一端。

当需要转动承压台2时，电机一驱动减速机一11工作，电机二同步驱动减速机二14工作，减速机一11带动主动齿轮一12转动，减速机二14带动主动齿轮二15转动，由于主动齿轮一12与从动齿轮一10啮合，主动齿轮二15与从动齿轮二13啮合，从而带动从动齿轮一10与从动齿轮二13同步同向转动，从动齿轮一10固定在承压台2的一端且与由安装槽8的内表面形成的圆周同轴设置，从动齿轮二13固定在承压台2的另一端且与由安装槽8的内表面形成的圆周同轴设置，最终带动承压台2绕由安装槽8的内表面形成的圆周的中轴线摆动，当承压台2摆动到指定角度时，电机一和电机二停止，利用电机一、电机二、减速机一11与减速机二14的自锁结构可使承压台2保持在当前位置，完成承压台2角度的调整。

实施例三

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，如图7所示，减速机一11为两个，每个减速机一11的输出轴上均设有一个与从动齿轮一10啮合的主动齿轮一12，两个主动齿轮一12分别位于从动齿轮一10的两侧。两个减速机一11的型号相同，两个主动齿轮一12的大小相等，两个减速机一11同步工作，带动两个主动齿轮一12同步且同向转动。

实施例四

本实施例的结构原理同实施例二的结构原理基本相同，不同的地方在于，减速机二14为两个，每个减速机二14的输出轴上均设有一个与从动齿轮二13啮合的主动齿轮二15，两个主动齿轮二15分别位于从动齿轮二13的两侧。两个减速机二14与减速机一11的型号相同，两个主动齿轮二15的大小与主动齿轮一12的大小相等，两个减速机二14同步工作，带动两个主动齿轮二15同步且同向转动。

实施例五

本实施例的结构原理同实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的结构原理基本相同，由四个刚性侧压板4所围成的腔体的四角处均设有L型刚性护板20，结构示意图参考图5的中部。L型刚性护板20的两侧边分别和与之对应设置的刚性侧压板4贴靠设置，可防止压缩试验时散体矸石从腔体内脱出。L型刚性护板20为薄板，厚度要远小于刚性侧压板4的厚度。在进行压缩试验时，刚性顶压板7的四角分别位于四个L型刚性护板20的内侧。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种散体矸石压缩试验装置，包括底座(1)和设于底座(1)上的承压台(2)，所述承压台(2)的上表面设有四个横向加载液压缸(3)以及四个分别由与之对应设置的横向加载液压缸(3)驱动的刚性侧压板(4)，四个所述的刚性侧压板(4)首尾相接且垂直设于承压台(2)的上表面，所述的承压台(2)上还设有支架(5)，所述的支架(5)上倒置设有位于由四个刚性侧压板(4)所围成的腔体正上方的纵向加载液压缸(6)，所述纵向加载液压缸(6)的活塞杆上设有与腔体配合的刚性顶压板(7)，其特征在于，所述底座(1)的上表面具有水平延伸的其内表面的纵向截面呈圆弧形的安装槽(8)，所述承压台(2)的下部具有与安装槽(8)的内表面配合的配合柱面(9)，所述的底座(1)与承压台(2)之间设有用于驱动承压台(2)绕配合柱面(9)的中轴线摆动的驱动结构。

2.根据权利要求1所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的驱动结构包括固定在承压台(2)一端的从动齿轮一(10)、设于底座(1)上的由电机一驱动的减速机一(11)和设于减速机一(11)的输出轴上的主动齿轮一(12)，所述从动齿轮一(10)的中轴线与由安装槽(8)的内表面形成的圆周的中轴线同轴，所述的主动齿轮一(12)与从动齿轮一(10)啮合。

3.根据权利要求2所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的减速机一(11)为两个，每个所述减速机一(11)的输出轴上均设有一个与从动齿轮一(10)啮合的主动齿轮一(12)，两个主动齿轮一(12)分别位于从动齿轮一(10)的两侧。

4.根据权利要求2或3所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的驱动结构还包括固定在承压台(2)另一端的从动齿轮二(13)、设于底座(1)上的由电机二驱动的减速机二(14)和设于减速机二(14)的输出轴上的主动齿轮二(15)，所述从动齿轮二(13)的中轴线与由安装槽(8)的内表面形成的圆周的中轴线同轴，所述的主动齿轮二(15)与从动齿轮二(13)啮合。

5.根据权利要求4所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的减速机二(14)为两个，每个所述减速机二(14)的输出轴上均设有一个与从动齿轮二(13)啮合的主动齿轮二(15)，两个主动齿轮二(15)分别位于从动齿轮二(13)的两侧。

6.根据权利要求1所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的安装槽(8)内具有沿其宽度方形延伸的弧形限位槽(16)，所述的配合柱面(9)上具有伸入弧形限位槽(16)并与该弧形限位槽(16)配合的限位凸起(17)。

7.根据权利要求1或2或3所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述纵向加载液压缸(6)的活塞杆上固连有与承压台(2)的上表面平行的支撑板(18)，所述支撑板(18)的横向尺寸小于刚性顶压板(7)的横向尺寸，所述的刚性顶压板(7)位于支撑板(18)的下方，且所述的刚性顶压板(7)与支撑板(18)之间设有滑移组件。

8.根据权利要求7所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的滑移组件包括设于支撑板(18)下表面/刚性顶压板(7)上表面的若干相互平行的T型槽和若干设于刚性顶压板(7)/支撑板(18)上的与T型槽一一对应设置的T型块(19)，所述的T型块(19)伸入与之对应设置的T型槽。

9.根据权利要求1或2或3所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，由四个刚性侧压板(4)所围成的腔体的四角处均设有L型刚性护板(20)。

10.根据权利要求1或2或3所述的散体矸石压缩试验装置，其特征在于，所述的底座(1)上固连有支撑座(21)，所述的安装槽(8)设于支撑座(21)的上表面。

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