CN112525466A - 金属网片动载试验方法及试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属网片动载试验台及试验方法。该试验台包括：落锤、动态力监测机构、位移监测机构、图像采集机构、试验平台和试验机架；试验平台用于安装待测金属网片；落锤位于待测金属网片的上方且滑动安装于试验机架，用于提供动载试验所需冲击力；动态力监测机构安装于落锤上，用于监测落锤所提供的冲击力；位移监测机构安装于试验机架的下方，用于监测待测金属网片的位移量；图像采集机构用于采集待测金属网片的形变量。本发明通过测量落锤所提供的冲击力、待测金属网片的位移和待测金属网片的形变量，实现对各种矿用金属网片的动载受力、变形及吸能能力的测试，可定量评价不同金属网片的抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及试验装备技术领域，尤其涉及一种金属网片动载试验台及试验方法。
背景技术
冲击地压是煤炭深部开采中经常遇到的典型煤岩动力灾害，随着开采深度的增加，冲击地压发生的强度和频次均显著增加。从冲击地压发生的位置区域来看，冲击地压主要发生在回采巷道中，因此，回采巷道冲击地压防冲技术一直是国内外学者研究的重点。其中冲击地压巷道支护技术作为实现巷道防冲的重要手段之一，越来越受到国内外学者的关注。锚杆支护作为最常用的巷道支护方式，其支护形式具有较强的抗冲击性能，但冲击地压巷道对锚杆支护材料及构件具有特殊的要求，与静压巷道锚杆支护构件相比，冲击地压巷道锚杆支护构件要求更高，冲击地压巷道支护构件不但要有高的静载强度，还要有高的吸能特性。
金属网作为锚杆支护中重要的支护构件，在静载作用下，高质量的金属网能有效扩散锚杆的预应力场，使锚杆的高预应力扩散至围岩深部，有效控制锚杆间岩层的变形。同时，金属网受到冲击地压动载荷作用时，金属网能与围岩同步变形，从而吸收冲击地压释放的冲击动能。金属网力学性能与铁丝直径、材质、联结方式等因素密切相关，国内外学者对不同金属网的静载力学性能进行了大量的研究工作，揭示了不同规格金属网的静载力学性能，但对矿用锚杆支护金属网的动载力学性能研究较少，国外仅有1997年南非学者Ortlepp在以前试验的基础上对金属网进行了动载荷试验，金属网被四个托板固定，锚杆悬吊于上方的钢梁上，网的四周固定以模拟网的整体性，用从不同高度落下的混凝土块模拟岩爆等现象发生时的冲击载荷。由于试验系统简单，监测手段不完善等原因，仅能定性评估不同金属网的抗冲击力学性能，还处于感性认识阶段，试验数据结果准确性较差，无法定量分析，缺乏全面、深入、系统的研究。
发明内容
本发明提供一种金属网片动载试验台及试验方法，用以解决现有技术中锚杆支护金属网的动载力学性能试验数据准确性较差，缺乏定量分析的缺陷。
本发明提供一种金属网片动载试验台，包括：落锤、动态力监测机构、位移监测机构、图像采集机构、试验平台和试验机架；其中，
所述试验平台用于安装待测金属网片；
所述落锤位于所述待测金属网片的上方且滑动安装于所述试验机架，用于提供动载试验所需冲击力；
所述动态力监测机构安装于所述落锤上，用于监测所述落锤所提供的冲击力；
所述位移监测机构安装于所述试验机架的下方，用于监测所述待测金属网片的位移量；
所述图像采集机构用于采集所述待测金属网片的形变量。
其中，还包括控制系统，所述控制系统用于根据试验所需冲击能量计算所述落锤的重量以及设置高度，并根据所述待测金属网片承受的冲击力与位移量计算得出冲击能量时程曲线。
其中，所述试验平台包括平台本体、压板和紧固件，所述待测金属网片放置于所述平台本体上，所述压板通过紧固件压紧固定于所述待测金属网片的外缘。
其中，所述压板为钢护板或钢筋梯。
其中，所述紧固件为螺栓和螺母，所述压板的两端和所述平台本体上均设有供所述螺栓穿过的通孔，所述螺栓穿过所述通孔与所述螺母栓接。
其中，所述动态力监测机构为动态力传感器。
其中，所述位移监测机构为激光位移计。
其中，所述图像采集机构为高速摄像机。
本发明实施例还提供一种采用本发明实施例的金属网片动载试验台的试验方法，包括：
将落锤的锤头调整至待测金属网片的中心；
开启动态力监测机构、位移监测机构和图像采集机构，并释放落锤使其自由下落；
获取所述待测金属网片承受的冲击力以及发生的位移量和形变量。
其中，还包括：
根据试验所需冲击能量计算落锤质量和设置高度；
根据所述待测金属网片承受的冲击力和发生的位移量计算得出冲击能量时程曲线。
本发明提供的一种金属网片动载试验台及试验方法，构建试验平台和试验机架，落锤提供动载试验所需冲击力，通过测量落锤所提供的冲击力、待测金属网片的位移和待测金属网片的形变量，可以实现对各种矿用金属网片的动载受力、变形及吸能能力的测试，通过对测试结果的分析，可定量评价不同金属网片的抗冲击性能，从而为冲击地压巷道金属网片的选择提供试验依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的金属网片动载试验台的结构示意图；
图2是本发明提供的试验平台的结构示意图。
附图标记：
1：落锤； 2：动态力监测机构； 3：位移监测机构；
4：试验平台； 41：平台本体； 42：压板；
43：紧固件； 5：试验机架； 6：待测金属网片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1和图2描述本发明的一种金属网片动载试验台，包括：落锤1、动态力监测机构2、位移监测机构3、图像采集机构、试验平台4和试验机架5；其中，
试验平台4用于安装待测金属网片6；
落锤1位于待测金属网片6的上方且滑动安装于试验机架5，用于提供动载试验所需冲击力；
动态力监测机构2安装于落锤1上，用于测量落锤1所提供的冲击力；
位移监测机构3安装于试验机架5的下方，用于监测待测金属网片6的位移量；
图像采集机构用于采集待测金属网片6的形变量。
具体地，在本实施例中，通过试验平台4固定待测金属网片6，使其在试验过程中不会发生水平滑移，保证测试结果准确。试验机架5用于安装重锤和动态力监测机构2、位移监测机构3，重锤可相应锁定在试验机架5上，待试验开始时再解锁释放重锤下落。落锤1作为金属网片承受动载荷的来源，通过选用不同质量的落锤1和设置高度可以调节金属网片承受的冲击能量，其承受的冲击能量等于落锤1的重量乘以落锤1下落的距离。动态力监测机构2用于实时监测落锤1所提供的冲击力(也即待测金属网片6承受的冲击力)。应当理解的是，根据试验需要，可以采用其他重物来代替落锤1。位移监测机构3用于监测待测金属网片6在承受冲击力时发生的位移，图像采集机构用于监测待测金属网片6在承受冲击力时发生的形变状态，可反映出其变形和吸能能力，进而定量评估其抗冲击能力，为冲击地压巷道金属网片的选择提供试验依据。
本发明提供的一种金属网片动载试验台及试验方法，构建试验平台4和试验机架5，落锤1提供动载试验所需冲击力，通过测量落锤1所提供的冲击力、待测金属网片6的位移和待测金属网片6的形变量，可以实现对各种矿用金属网片的动载受力、变形及吸能能力的测试，通过对测试结果的分析，可定量评价不同金属网片的抗冲击性能，从而为冲击地压巷道金属网片的选择提供试验依据。同时，本发明还能有效检测不同厂家生产的矿用金属网片的质量和动载力学性能，从而为矿用金属网片的合格判定提供试验依据。
在其中一个实施例中，金属网片动载试验台还包括控制系统(图中未示出)，控制系统用于根据试验所需冲击能量计算落锤1的重量以及设置高度，并根据待测金属网片6承受的冲击力与位移量计算得出冲击能量时程曲线。在本实施例中，可通过控制系统中的计算模块，计算所需要选用的落锤规格和设置高度，从而调节待测金属网片6承受的冲击能量；可通过控制系统中的计算模块，通过待测金属网片6承受的冲击力和其相应产生的位移量计算并绘制冲击能量时程曲线，可得出不同金属网片的能量吸收能力。
在其中一个实施例中，试验平台4包括平台本体41、压板42和紧固件43，待测金属网片6放置于平台本体41上，压板42通过紧固件43压紧固定于待测金属网片6的外缘。在本实施例中，先将待测金属网片6放置于平台本体41上，再将压板42压在待测金属网片6的四周，并在压板42的四角利用紧固件43固定，保证待测金属网片6在试验过程中不会发生水平偏移。
在其中一个实施例中，压板42为钢护板或钢筋梯。应当理解的是，压板42也可以采用其他工具代替，本发明不局限于此。
在其中一个实施例中，紧固件43为螺栓和螺母，压板42的两端和平台本体41上均设有供螺栓穿过的通孔，螺栓穿过通孔与螺母栓接。在本实施例中，采用螺栓和螺母的紧固方式将待测金属网片6固定在平台本体41上，利用螺栓依次穿过压板42两端的通孔和平台本体41的通孔，之后利用螺母与螺栓栓接。应当理解的是，也可以采用其他固定方式，本发明不局限于此。
在其中一个实施例中，动态力监测机构2为动态力传感器。位移监测机构3为激光位移计。图像采集机构为高速摄像机。应当理解的是，也可以采用其他设备代替以上传感器和摄像机，本发明不局限于此。
本发明还提供一种采用根据上述实施例的金属网片动载试验台的试验方法，包括：
S1、将落锤1的锤头调整至待测金属网片6的中心，保证锤头对待测金属网片6施加的载荷为中心载荷。
S2、将动态力传感器和激光位移计接入系统，并进行调试，检查各个传感器是否正常，同时打开高速摄像机，设置合理的拍摄频率。
S3、根据试验所需冲击能量计算落锤1质量和设置高度，即金属网片动载试验所需的冲击能量等于落锤1质量乘以落锤1下落的距离。根据计算结果选取合适规格的落锤1并提升至相应高度。
S4、开启动态力传感器、激光位移计和高速摄像机，释放落锤1使其自由下落，采用动态示波器采集相应数据。
S5、通过动态力传感器获取待测金属网片6承受的冲击力，通过激光位移计获取待测金属网片6发生的位移量，通过高速摄像机获取待测金属网片6的形变量。
S6、根据待测金属网片6承受的冲击力和发生的位移量计算得出冲击能量时程曲线，可以得出不同金属网片在承受不同冲击能量时的能量吸收能力。
试验时也可以通过采用金属网片张紧的方式，测试在不同张紧力条件下的金属网片的抗冲击能力，通过测试可分析不同张紧力对金属网片的抗冲击性能的影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种金属网片动载试验台，其特征在于，包括：落锤、动态力监测机构、位移监测机构、图像采集机构、试验平台和试验机架；其中，
所述试验平台用于安装待测金属网片；
所述落锤位于所述待测金属网片的上方且滑动安装于所述试验机架，用于提供动载试验所需冲击力；
所述动态力监测机构安装于所述落锤上，用于监测所述落锤所提供的冲击力；
所述位移监测机构安装于所述试验机架的下方，用于监测所述待测金属网片的位移量；
所述图像采集机构用于采集所述待测金属网片的形变量。
2.根据权利要求1所述的金属网片动载试验台，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统用于根据试验所需冲击能量计算所述落锤的重量以及设置高度，并根据所述待测金属网片承受的冲击力与位移量计算得出冲击能量时程曲线。
3.根据权利要求1所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述试验平台包括平台本体、压板和紧固件，所述待测金属网片放置于所述平台本体上，所述压板通过紧固件压紧固定于所述待测金属网片的外缘。
4.根据权利要求3所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述压板为钢护板或钢筋梯。
5.根据权利要求3所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述紧固件为螺栓和螺母，所述压板的两端和所述平台本体上均设有供所述螺栓穿过的通孔，所述螺栓穿过所述通孔与所述螺母栓接。
6.根据权利要求1所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述动态力监测机构为动态力传感器。
7.根据权利要求1所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述位移监测机构为激光位移计。
8.根据权利要求1所述的金属网片动载试验台，其特征在于，所述图像采集机构为高速摄像机。
9.一种采用根据权利要求1-8中任意一项所述的金属网片动载试验台的试验方法，其特征在于，包括：
将落锤的锤头调整至待测金属网片的中心；
开启动态力监测机构、位移监测机构和图像采集机构，并释放落锤使其自由下落；
获取所述待测金属网片承受的冲击力以及发生的位移量和形变量。
10.根据权利要求9所述的金属网片动载试验台的试验方法，其特征在于，还包括：
根据试验所需冲击能量计算落锤质量和设置高度；
根据所述待测金属网片承受的冲击力和发生的位移量计算得出冲击能量时程曲线。
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