CN113776769A - 一种产生岩石累积损伤的锤击试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了锤击试验技术领域的一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，包括试验机柜体、试验机台面和上机舱组件，试验机台面上设有试样支撑柱、岩石试样和试样静压柱，并对应岩石试样的位置设有围压装置，上机舱组件包括提升齿轮、伸缩臂和摇摆臂，本发明通过设置围压装置模拟三向围压状态，并给试样施加竖向的静压力，通过上机舱组件中的提升齿轮带动冲击锤上升，通过电磁式伸缩臂的收缩使提升齿轮脱离锤击杆，从而达到释放冲击锤的目的，以便对下方的岩石试样进行锤击试验，冲击锤本体上通过固定螺栓连接附加块，使得冲击锤质量可调节，从而调节锤击能量；本发明具有结构简单，操作简便，可模拟岩石三向围压、多次循环爆破等优势。
Description
技术领域
本发明涉及锤击试验技术领域，具体为一种产生岩石累积损伤的锤击试验机。
背景技术
岩质地区的基坑、边坡施工等常采用爆破法开挖，且为减少爆破影响，常要求多次循环爆破。距爆心一定范围内的岩石在多次循环爆破冲击下，内部会产生累积损伤，进而影响岩石的力学性能。掌握多次循环爆破下岩石力学性能的劣化机理，揭示影响规律，对于指导今后岩土工程边坡设计，确保边坡的长期稳定性具有重要意义。
然而，在这一研究中，采用爆破现场采样方式，很难建立爆破冲击—累积损伤—力学性能劣化的量化关系，主要在于采样的困难和爆破的不确定性因素较多。为模拟循环爆破下的岩石累积损伤，本发明基于能量等效和应变率等效的原理，提供了一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，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：一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，包括试验机柜体和试压机台面，试验机柜体的四角处固定有试验机底支撑立柱设有四个，且试压机台面固定于试验机柜体和试验机底支撑立柱的顶部，其特征在于：试压机台面中间设有试样支撑柱，试样支撑柱的上方设有岩石试样，岩石试样的顶部设有试样静压柱，试压机台面上对应岩石试样的外侧位置设有围压装置，且围压装置包括侧向围压组件和竖向静压组件，试压机台面的顶面两侧对称固定有竖直的四个上部支撑立柱，四个上部支撑立柱的顶端共同连接有一个上机舱组件，上机舱组件的中间连接有冲击锤。
优选的，上机舱组件包括上机舱、提升齿轮结构、电磁式伸缩臂、伸缩臂固定座、摇摆臂固定轴、摇摆臂、减速箱和电动机，提升齿轮结构对称设有两个，并包括提升齿轮和固定于提升齿轮中心处的传动轴，摇摆臂固定轴设有两个，并对称固定于上机舱的内腔上部，每个摇摆臂固定轴上铰接有两个摇摆臂，且两个摇摆臂的底端通过轴套与对应侧的传动轴两端套接，伸缩臂固定座设有四个，并对称固定于上机舱的内腔下部，每个伸缩臂固定座上对应铰接有一个电磁式伸缩臂，且电磁式伸缩臂的外侧端与轴套铰接，电动机和减速箱固定于上机舱中，减速箱的输出齿轮与两个传动轴连接。
优选的，冲击锤包括钢制的锤击杆、冲击锤本体、附加块，锤击杆的下端套丝，冲击锤本体上对应设有丝孔内，且锤击杆的底端旋入冲击锤本体上的丝孔内，锤击杆的左右两侧沿竖直方向设有与提升齿轮啮合的齿轮凹槽，前后两侧对称设有竖直的限位凸块，上机舱上对应锤击杆的位置设有导向槽，且导向槽侧壁上对应限位凸块的位置设有限位凹槽，附加块为钢制半圆柱块，两块拼成一层，并沿竖向设置多层，上下层间交错布置，附加块的直径与冲击锤本体相同，中心对应锤击杆的位置开设有孔，一个半圆的附加块上对称开设有两个孔，且位于同一层的四个孔沿锤击杆的圆周方向均匀设置，并与冲击锤本体上的固定螺栓和螺栓孔螺纹连接。
优选的，侧向围压组件包括围压仓、压缩空气导管、放气阀、空压机及储气罐，围压仓包括钢板焊接的围压盒以及内嵌于围压盒中的环形的橡胶气囊，围压盒具有侧壁和环形的上盖板、下盖板，且下盖板下有三个等边三角形布置的短柱，插入试压机台面上的插孔中，储气罐、压缩机位于柜体内，储气罐与围压仓的橡胶气囊通过压缩空气导管连通，且压缩空气导管上设有阀门。
优选的，竖向静压组件包括试样静压柱、竖向加压手柄、竖向压力传感器、竖直导向杆、竖向固定结构，竖向固定结构为筒状，设有四个，分别套接于四个上部支撑立柱上，且竖向固定结构的外侧壁上螺纹连接有固定手柄，竖向固定结构靠近试样静压柱的一侧固定有短悬臂梁，短悬臂梁上导向孔，并螺纹连接有竖向加压手柄，且竖向加压手柄下部安装竖向压力传感器，试样静压柱的两侧对称固定共有四个短悬臂梁，短悬臂梁顶面固定有竖直导向杆，竖直导向杆的上部滑动连接于竖向固定结构的导向孔中。
优选的，试样支撑柱为钢制的圆柱体，试样支撑柱顶端伸出试压机台面的高度与围压仓下盖板的厚度相同，且底端通过试压机台面中心的孔深入试验机柜体内部，并固定于试验机柜体的支撑在底座上，试样支撑柱与试压机台面开孔壁留有空隙，试验机柜体内部对应试样支撑柱与四个试验机底支撑立柱间设有上下两道环向固定装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置围压装置，并通过围压装置中的侧向围压组件和竖向静压组件模拟三向围压状态，并给试样施加竖向的静压力，通过上机舱组件中的提升齿轮带动冲击锤上升到指定高度，通过电磁式伸缩臂的收缩使提升齿轮脱离锤击杆，从而通过电磁式伸缩臂的突然收缩达到释放冲击锤的目的，以便对下方的岩石试样进行锤击试验，冲击锤本体上通过固定螺栓连接附加块，并形成整体，使得冲击锤质量可调节，从而调节锤击能量；本发明具有结构简单，操作简便，可模拟岩石三向围压、多次循环爆破等优势，解决了爆破现场采样难以建立岩石累积损伤量化关系的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明结构示意图；
图2为本发明冲击锤的结构示意图；
图3为本发明冲击锤附加块的顶面结构示意图；
图4为本发明上机舱组件与锤击杆的连接示意图；
图5为本发明上机舱组件的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、试验机柜体，2、试验机底支撑立柱，3、试验机台面，4、试样支撑柱，5、围压装置，6、试样静压柱，7、岩石试样，8、竖向固定装置，9、竖向加压手柄，10、竖直导向杆，11、竖向压力传感器，12、上部支撑立柱，13、冲击锤，13-1锤击杆，13-2、齿轮凹槽，13-3、限位凸块，13-4、冲击锤本体，13-5、附加块，13-6、固定螺栓，14、上机舱组件，14-1、提升齿轮结构，14-2、电磁式伸缩臂，14-3伸缩臂固定座，14-4、伸缩臂固定轴，14-5、摇摆臂，14-6、减速箱，14-7、电动机，15、空压机。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图，本发明提供一种技术方案：一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，包括试验机柜体1和试压机台面3，试验机柜体1的四角处固定有试验机底支撑立柱2设有四个，且试压机台面3固定于试验机柜体1和试验机底支撑立柱2的顶部，其特征在于：试压机台面3中间设有试样支撑柱4，试样支撑柱4的上方设有岩石试样7，岩石试样7的顶部设有试样静压柱6，该试验机的岩石试样7为现场采集获得，并采用切割机、磨平机加工成直径100mm，高100mm的圆柱体标准试样，试压机台面3上对应岩石试样7的外侧位置设有围压装置5，且围压装置5包括侧向围压组件和竖向静压组件，模拟三向围压状态，并给试样施加竖向的静压力，试压机台面3的顶面两侧对称固定有竖直的四个上部支撑立柱12，四个上部支撑立柱12的顶端共同连接有一个上机舱组件14，上机舱组件14的中间连接有冲击锤13。
其中，上机舱组件14包括上机舱、提升齿轮结构14-1、电磁式伸缩臂14-2、伸缩臂固定座14-3、摇摆臂固定轴14-4、摇摆臂14-5、减速箱14-6和电动机14-7，提升齿轮结构14-1对称设有两个，并包括提升齿轮和固定于提升齿轮中心处的传动轴，摇摆臂固定轴14-4设有两个，并对称固定于上机舱的内腔上部，每个摇摆臂固定轴14-4上铰接有两个摇摆臂14-5，且两个摇摆臂14-5的底端通过轴套与对应侧的传动轴两端套接，伸缩臂固定座14-3设有四个，并对称固定于上机舱的内腔下部，每个伸缩臂固定座14-3上对应铰接有一个电磁式伸缩臂14-2，且电磁式伸缩臂14-2的外侧端与轴套铰接，电动机14-7和减速箱14-6固定于上机舱中，减速箱14-6的输出齿轮与两个传动轴连接。
在电磁式伸缩臂14-2的伸缩动作下，提升齿轮及传动轴可绕摇摆臂固定轴14-4转动一定角度，当电磁式伸缩臂14-2伸出时，可使提升齿轮结构14-1顶紧锤击杆13-1和减速箱14-6的输出齿轮，通过提升齿轮的转动带动冲击锤13上升到指定高度，收缩时提升齿轮结构14-1脱离锤击杆13-1和输出齿轮，通过电磁式伸缩臂14-2的突然收缩达到释放冲击锤13的目的。
冲击锤13的提升动力由电动机14-7提供，在电动机14-7与传动轴间设置匹配的减速箱14-6，放大扭矩及控制提升速度，电动机14-7及电磁式伸缩臂14-2均通过控制器控制。
其中，冲击锤13包括钢制的锤击杆13-1、冲击锤本体13-4、附加块13-5，锤击杆13-1的下端套丝，冲击锤本体13-4上对应设有丝孔内，且锤击杆13-1的底端旋入冲击锤本体13-4上的丝孔内，锤击杆13-1的左右两侧沿竖直方向设有与提升齿轮啮合的齿轮凹槽13-2，前后两侧对称设有竖直的限位凸块13-3，上机舱上对应锤击杆13-1的位置设有导向槽，且导向槽侧壁上对应限位凸块13-3的位置设有限位凹槽，通过限位凸块13-3和限位凹槽的配合对锤击杆13-1起到导向和限制转动的功能，附加块13-5为具有一定质量的钢制半圆柱块，两块拼成一层，并沿竖向设置多层，上下层间交错布置，附加块13-5的直径与冲击锤本体13-4相同，中心对应锤击杆13-1的位置开设有孔，一个半圆的附加块13-5上对称开设有两个孔，且位于同一层的四个孔沿锤击杆13-1的圆周方向均匀设置，并与冲击锤本体13-4上的固定螺栓13-6和螺栓孔螺纹连接，形成整体，这种设置使得冲击锤13质量可调节，从而调节锤击能量。
其中，侧向围压组件包括围压仓、压缩空气导管、放气阀、空压机15及储气罐，围压仓包括钢板焊接的围压盒以及内嵌于围压盒中的环形的橡胶气囊，围压盒具有侧壁和环形的上盖板、下盖板，上盖板、下盖板的内环半径大于岩石试样7的半径2mm，上、下盖板的净距与试样等高，因此可将围压盒套住岩石试样7，且下盖板下有三个等边三角形布置的短柱，插入试压机台面3上的插孔中，以定位围压仓，储气罐、压缩机位于柜体内，储气罐与围压仓的橡胶气囊通过压缩空气导管连通，且压缩空气导管上设有阀门，可关闭压缩空气通路。
空压机15负责向储气罐内加压，储气罐内的压力可调节；打开压缩空气导管的阀门可将压缩空气注入围压仓的橡胶气囊中，从而给试件施加侧向的围压，试验完成时，打开放气阀，可将围压仓橡胶气囊中的压缩气体排出，解除试样的围压。
其中，竖向静压组件包括试样静压柱6、竖向加压手柄99、竖向压力传感器11、竖直导向杆10、竖向固定结构8，竖向固定结构8为筒状，设有四个，分别套接于四个上部支撑立柱12上，且竖向固定结构8的外侧壁上螺纹连接有固定手柄，旋紧固定手柄，竖向固定结构8与上部支撑立柱12固定，放松时，竖向固定结构8可上下调节位置，竖向固定结构8靠近试样静压柱6的一侧固定有短悬臂梁，短悬臂梁上导向孔，并螺纹连接有竖向加压手柄9，且竖向加压手柄9下部安装竖向压力传感器11，试样静压柱6的两侧对称固定共有四个短悬臂梁，短悬臂梁顶面固定有竖直导向杆10，竖直导向杆10的上部滑动连接于竖向固定结构8的导向孔中。
通过竖向加压手柄9可给试样静压柱6加压，岩石试样7的竖向静压力为四个手柄加压力和试样静压柱6自重之和，竖向静压组件的这种设计不仅可以竖向加压，而且不限制向下的位移，保证锤击能量传递至岩石试样7内部。
其中，试样支撑柱4为钢制的圆柱体，直径100mm，试样支撑柱4顶端伸出试压机台面3的高度与围压仓下盖板的厚度相同，且底端通过试压机台面3中心的孔深入试验机柜体1内部，并固定于试验机柜体1的支撑在底座上，试样支撑柱4与试压机台面3开孔壁留有2mm的空隙，避免与试压机台面直接接触，试验机柜体1内部对应试样支撑柱4与四个试验机底支撑立柱2间设有上下两道环向固定装置，防止侧向位移。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种产生岩石累积损伤的锤击试验机，包括试验机柜体(1)和试压机台面(3)，试验机柜体(1)的四角处固定有试验机底支撑立柱(2)设有四个，且试压机台面(3)固定于试验机柜体(1)和试验机底支撑立柱(2)的顶部，其特征在于：所述试压机台面(3)中间设有试样支撑柱(4)，试样支撑柱(4)的上方设有岩石试样(7)，岩石试样(7)的顶部设有试样静压柱(6)，所述试压机台面(3)上对应岩石试样(7)的外侧位置设有围压装置(5)，且围压装置(5)包括侧向围压组件和竖向静压组件，所述试压机台面(3)的顶面两侧对称固定有竖直的四个上部支撑立柱(12)，四个上部支撑立柱(12)的顶端共同连接有一个上机舱组件(14)，上机舱组件(14)的中间连接有冲击锤(13)。
2.根据权利要求1所述的产生岩石累积损伤的锤击试验机，其特征在于：所述上机舱组件(14)包括上机舱、提升齿轮结构(14-1)、电磁式伸缩臂(14-2)、伸缩臂固定座(14-3)、摇摆臂固定轴(14-4)、摇摆臂(14-5)、减速箱(14-6)和电动机(14-7)，提升齿轮结构(14-1)对称设有两个，并包括提升齿轮和固定于提升齿轮中心处的传动轴，所述摇摆臂固定轴(14-4)设有两个，并对称固定于上机舱的内腔上部，每个摇摆臂固定轴(14-4)上铰接有两个摇摆臂(14-5)，且两个摇摆臂(14-5)的底端通过轴套与对应侧的传动轴两端套接，所述伸缩臂固定座(14-3)设有四个，并对称固定于上机舱的内腔下部，每个伸缩臂固定座(14-3)上对应铰接有一个电磁式伸缩臂(14-2)，且电磁式伸缩臂(14-2)的外侧端与轴套铰接，所述电动机(14-7)和减速箱(14-6)固定于上机舱中，减速箱(14-6)的输出齿轮与两个传动轴连接。
3.根据权利要求2所述的产生岩石累积损伤的锤击试验机，其特征在于：所述冲击锤(13)包括钢制的锤击杆(13-1)、冲击锤本体(13-4)、附加块(13-5)，所述锤击杆(13-1)的下端套丝，冲击锤本体(13-4)上对应设有丝孔内，且锤击杆(13-1)的底端旋入冲击锤本体(13-4)上的丝孔内，所述锤击杆(13-1)的左右两侧沿竖直方向设有与提升齿轮啮合的齿轮凹槽(13-2)，前后两侧对称设有竖直的限位凸块(13-3)，所述上机舱上对应锤击杆(13-1)的位置设有导向槽，且导向槽侧壁上对应限位凸块(13-3)的位置设有限位凹槽，所述附加块(13-5)为钢制半圆柱块，两块拼成一层，并沿竖向设置多层，上下层间交错布置，所述附加块(13-5)的直径与冲击锤本体(13-4)相同，中心对应锤击杆(13-1)的位置开设有孔，一个半圆的所述附加块(13-5)上对称开设有两个孔，且位于同一层的四个孔沿锤击杆(13-1)的圆周方向均匀设置，并与冲击锤本体(13-4)上的固定螺栓(13-6)和螺栓孔螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的产生岩石累积损伤的锤击试验机，其特征在于：所述侧向围压组件包括围压仓、压缩空气导管、放气阀、空压机(15)及储气罐，所述围压仓包括钢板焊接的围压盒以及内嵌于围压盒中的环形的橡胶气囊，所述围压盒具有侧壁和环形的上盖板、下盖板，且下盖板下有三个等边三角形布置的短柱，插入试压机台面(3)上的插孔中，所述储气罐、压缩机位于柜体内，储气罐与围压仓的橡胶气囊通过压缩空气导管连通，且压缩空气导管上设有阀门。
5.根据权利要求1所述的产生岩石累积损伤的锤击试验机，其特征在于：所述竖向静压组件包括试样静压柱(6)、竖向加压手柄(9)(9)、竖向压力传感器(11)、竖直导向杆(10)、竖向固定结构(8)，所述竖向固定结构(8)为筒状，设有四个，分别套接于四个上部支撑立柱(12)上，且竖向固定结构(8)的外侧壁上螺纹连接有固定手柄，所述竖向固定结构(8)靠近试样静压柱(6)的一侧固定有短悬臂梁，短悬臂梁上导向孔，并螺纹连接有竖向加压手柄(9)，且竖向加压手柄(9)下部安装竖向压力传感器(11)，所述试样静压柱(6)的两侧对称固定共有四个短悬臂梁，短悬臂梁顶面固定有竖直导向杆(10)，竖直导向杆(10)的上部滑动连接于竖向固定结构(8)的导向孔中。
6.根据权利要求4所述的产生岩石累积损伤的锤击试验机，其特征在于：所述试样支撑柱(4)为钢制的圆柱体，试样支撑柱(4)顶端伸出试压机台面(3)的高度与围压仓下盖板的厚度相同，且底端通过试压机台面(3)中心的孔深入试验机柜体(1)内部，并固定于试验机柜体(1)的支撑在底座上，所述试样支撑柱(4)与试压机台面(3)开孔壁留有空隙，试样支撑柱(4)与四个试验机底支撑立柱(2)间设有上下两道环向固定装置。
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