CN203672862U - 一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，包括振动底板、可调导向装置、振动电机、可伸缩立柱、牵引装置、提升装置、布料装置、镇压辊和悬挂连杆。振动底板上平行安装有两个振动电机，用于振实试验材料；可调导向装置可实现其导向轮的换向；提升装置用于实现振动底板或本实用新型的整体升降，牵引装置通过可伸缩立柱和提升装置的共同作用可实现本实用新型整体移动行走；位于牵引装置后端的布料装置用于试验材料的充填和分布；镇压辊用于试验材料的整平和初步压实。本实用新型可替代人工实现相似模拟试验时试验材料的布料与振实，提高试验材料层夯实时的平整度、均匀度和紧实度，提高试验的工作效率和结果的精准度。

Description

一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置

技术领域

本实用新型涉及一种相似模拟试验装置领域，特别涉及一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置。

背景技术

相似材料模拟试验是一种建立在相似理论和因次分析的基础上，用扩大或缩小的模型，去研究对应原型的力学运动以及其它相关特性的一种试验方法。该方法在矿山、地质、铁路、水利以及建筑等领域应用广泛。在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地下水渗透以及无流动水的边坡稳定等问题的研究。模拟试验的最大特点是可以人为地控制和改变试验条件，从而确定单因素或多因素对矿山压力影响的规律，试验效果清楚直观，而且试验周期短、见效快，在采矿科学的研究中发挥了巨大的作用。即使在岩石力学的数值模拟计算科学迅速发展的今天，相似材料模拟试验仍是采矿科学研究中不可替代的研究手段，它和日益成熟的数值计算模拟相辅相成，为人类认识和克服采矿科学中的难题发挥着重要的作用。

在煤矿开采相似材料模拟试验中，为了对岩层或煤层压力分布规律等试验项目进行数值模拟，需要先按照几何相似比、容重相似比、应力相似比以及强度相似比计算出模型岩石或煤层的容重、抗压强度、开挖速度等力学性质参数，通过河砂、石膏、碳酸钙以不同的比例与适量的水搅拌均匀，制作出具有最佳配比的各层相似材料，各层相似材料搅拌均匀后，将配料送入试验材料箱内，并夯实；然后在模拟矿层分层之间的表面上均匀地铺一层云母粉作为分层弱面，用壁刀将表面抹平，同时在各分层的指定位置插上测标；接着依照次序将各分层装好，直到所有岩层或煤层都装到试件材料箱内即可加载试验。在上述试验步骤中，由于缺乏专用的布料和振实设备，各层相似材料的填充和夯实是最为复杂、耗时最多的一道工序，且主要依赖人工完成。特别是，试验用岩层或煤层高度越高，人工充填和夯实的难度越大，夯实时的平整度、均匀度和紧实度也难以控制，对试验的结果会产生较大的影响。

因此，本领域技术人员致力于开发一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，用以提高相似模拟试验时相似材料的布料及振实效率，提高相似模拟用的试验材料层夯实时的平整度、均匀度和紧实度。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，以克服现有相似模拟试验装置的技术缺陷，提高试验的工作效率和试验结果的精准度。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，它包括振动底板、可调导向装置、振动电机、可伸缩立柱、牵引装置、提升装置、布料装置、镇压辊和悬挂连杆。其中，所述的可调导向装置安装在振动底板的前后两端，用于保证振动底板在相似模拟试验的试验材料箱内具有根据试验需要进行确定性的运动、减小摩擦力；所述的振动电机有两个且平行安装在振动底板的上端面，运动合成后可获得沿着垂直方向的往复振动，使其在非垂直方向的振动相互抵消；所述的可伸缩立柱用于实现本实用新型在相邻工位之间平移时上下两部分之间建立刚性连接，可伸缩立柱位于振动底板的中部且其下端通过螺钉与振动底板相连接，可伸缩立柱的上端与牵引装置固连；所述的牵引装置包括上支座、牵引电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、轴承座、驱动轴、驱动轮和从动轮，在上支座上设有下定滑轮和吊环，牵引电机、减速器、轴承座、驱动轮和从动轮均安装在上支座的下方，减速器的输出轴的右端通过右电磁离合器与主动齿轮相连接，减速器的输出轴的左端通过左电磁离合器与钢丝绳卷筒相连接，从动齿轮通过平键与驱动轴相连接，驱动轴通过轴承座安装在上支座的下方，驱动轮位于驱动轴的两端且与驱动轴通过平键相连接，牵引装置通过可伸缩立柱和提升装置的共同作用可实现本实用新型整体移动行走；提升装置安装在牵引装置的上支座上，用于实现振动底板或本实用新型的整体升降，所述的提升装置包括丝杠提升机和链条，所述的丝杠提升机采用蜗轮蜗杆丝杠提升机，链条的一端固定在丝杠提升机的丝杠的下端，其另一端固定在振动底板上；布料装置用于试验材料的充填和分布，所述的布料装置位于牵引装置的后端，且通过螺钉与牵引装置的上支座相连接；所述的镇压辊用于试验材料的整平和初步压实，镇压辊位于布料装置的后端，且通过悬挂连杆与布料装置相连接。

所述的可调导向装置包括支架、导向轮、导轮架、弹簧、导杆、导轮连接板和导轮换向装置。所述的支架与振动底板固连；导向轮安装在导轮架上，每个导轮架的内侧设四个导向套，导杆的一端位于导向套内，其另一端与导轮连接板固连，弹簧套在导杆上；在导轮连接板上设有一条深度渐变的弧形滑槽和销孔，且销孔位于弧形滑槽深度值较大的一端；在位于振动底板同一端的两个导轮连接板之间设有导轮换向装置。

所述的导轮换向装置用于实现可调导向装置中导向轮方向的变换，它由直线动力源、横梁、齿条、齿条导向架、支撑导向轮组、换向齿轮、齿轮轴和弹性销组件组成，所述的直线动力源的顶端通过铰链与横梁相连接，其底端与振动底板固连，所述的直线动力源采用电动推杆、电液缸、液压缸或气缸中的一种；齿条导向架固定在振动底板上，齿条导向架的内侧面上设有支撑导向轮组；所述的支撑导向轮组包括左支撑导向轮、右支撑导向轮、外支撑导向轮和内支撑导向轮；安装在横梁两端的齿条均通过支撑导向轮组与齿条导向架相连接，齿条与换向齿轮相啮合；所述的齿轮轴与支架通过轴承相连接，齿轮轴的一端固定安装有换向齿轮，其另一端与导轮连接板固连；弹性销组件的一端固定在支架上，其另一端与导轮连接板上的弧形滑槽或销孔相接触。

所述的弹性销组件包括限位销和限位弹簧，限位销的头部设有弹簧定位圈和导向斜面，限位弹簧套在限位销上，且位于弹簧定位圈与支架之间。

所述的可伸缩立柱包括柱筒、导柱和连接梁，所述的柱筒的底部设有连接法兰，柱筒内设有导向孔，导柱置于柱筒的导向孔内；所述的导柱的上端设有可调限位块，可调限位块通过限位螺钉与导柱相连接；连接梁固定在柱筒的上端，连接梁的中部设有圆孔。

所述的布料装置由料斗、拨料轴、从动带轮、同步带、主动带轮和布料电机组成，料斗和布料电机安装在牵引装置的上支座上；拨料轴位于料斗的中上部且通过轴承与料斗相连接，在拨料轴位于料斗内部分的圆周上设有不少于三个拨料叶片；主动带轮安装在布料电机的输出轴上，从动带轮安装在拨料轴的一端且通过同步带与主动带轮相连接。

所述的悬挂连杆包括上连杆、下连杆，上连杆的截面呈U型且其下端设有长腰形孔，上连杆的上端通过铰链与布料装置的料斗相连接，下连杆的上端置于上连杆的U形凹槽内且通过锁紧螺钉与上连杆相连接。

所述的镇压辊的内部设有激振电机，在镇压辊的外表面设有相互交错排列的柳叶形凸起，且所述的柳叶形凸起的弧长方向与镇压辊的圆周方向一致。

使用前，先根据相似模拟试验的实际需要配置好试验材料，安装好试验材料箱，将可以沿着试验台架的顶梁滑移的随行简易小车调整到试验材料箱的一端，将提升钢丝绳的一端绕过随行简易小车上的上定滑轮后固定在上支座的吊环上，提升钢丝绳的另一端经过下定滑轮后缠绕在牵引装置的钢丝绳卷筒上，然后，启动牵引装置，使右电磁离合器与主动齿轮脱开，左电磁离合器与钢丝绳卷筒闭合连接，钢丝绳卷筒在牵引电机和减速器的驱动下卷收提升钢丝绳，将本实用新型吊装在试验材料箱上；根据试验要求设置好振动电机的振动参数，调节导轮换向装置使导向轮的轴线保持水平；接着，试验材料箱的底部铺上最底层待振实的试验材料；然后，将本实用新型的下半部分置于试验材料箱内，使振动底板与试验材料相接触，同时将牵引装置的驱动轮和从动轮置于试验材料箱两侧挡板的顶面。

试验填料时，配置好的试验材料通过提升机或人工添加进布料装置的料斗内。振实作业时，启动振动电机，振动电机使振动底板产生垂直方向的往复振动，从而将振动底板下方的试验材料振实。接着，启动提升装置的丝杠提升机，使其丝杠上升并通过链条将振动底板和振动电机吊起，当使振动底板离开其下方已振实的试验材料平面到设定距离后关闭丝杠提升机。接着，调节导轮换向装置使导向轮的轴线竖直，使左电磁离合器与钢丝绳卷筒断开连接，右电磁离合器与主动齿轮闭合连接，启动牵引电机和布料电机，主动齿轮将牵引电机和减速器的动力传递给从动齿轮和驱动轴后使驱动轮驱动本实用新型沿着试验材料箱两侧挡板的顶面移动到下一个工位；与此同时，在布料电机驱动拨料轴转动，试验材料从料斗落下，镇压辊在悬挂连杆的牵引下将落下的试验材料整平，并进行初步振实。当本实用新型移动到设定位置后，牵引电机和布料电机停止，调节导轮换向装置使导向轮的轴线保持水平；接着，启动提升装置的丝杠提升机，使其丝杠下降，使丝杠下方的链条处于松弛状态后关闭丝杠提升机，然后启动振动电机，进入下一个振实与布料的工作循环。一层试验材料振实与布料的工作循环全部完成后，启动牵引装置，将本实用新型吊起，增加挡板，然后放下本实用新型进入下一层的振动与布料工作。

本实用新型的有益效果是，本实用新型可替代人工实现相似模拟试验的布料与振实工作的机械化，具有自行移动、起吊、定量可控布料和振动压实等功能，本实用新型可提高试验材料层夯实时的平整度、均匀度和紧实度，提高试验的工作效率和结果的精准度，还具有工作稳定可靠、设备占用空间小、操作维护便捷等优点。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的牵引装置的结构示意图；

图3为本实用新型的可调导向装置的结构示意图；

图4为本实用新型的导轮架及导轮连接板的结构及位置关系示意图；

图5为本实用新型的齿条在齿条导向架中的装配示意图；

图6为本实用新型的支撑导向轮组的结构示意图；

图7为本实用新型的弹性销组件的结构示意图；

图8为本实用新型的拨料轴的结构示意图；

图9为本实用新型在相似模拟试验台架中的使用状态示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本实用新型。

如图1和图2所示，一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，它包括振动底板1、可调导向装置2、振动电机3、可伸缩立柱4、牵引装置5、提升装置6、布料装置7、镇压辊8和悬挂连杆9。其中，所述的可调导向装置2安装在振动底板1的前后两端；所述的振动电机3有两个且平行安装在振动底板1的上端面；所述的可伸缩立柱4位于振动底板1的中部且其下端通过螺钉与振动底板1相连接，可伸缩立柱4的上端与牵引装置5固连；所述的牵引装置5包括上支座51、牵引电机52、减速器53、主动齿轮54、从动齿轮55、轴承座56、驱动轴57、驱动轮58和从动轮59，在上支座51上设有下定滑轮511和吊环512，牵引电机52、减速器53、轴承座56、驱动轮58和从动轮59均安装在上支座51的下方，减速器53的输出轴的右端通过右电磁离合器531与主动齿轮54相连接，减速器53的输出轴的左端通过左电磁离合器532与钢丝绳卷筒533相连接，从动齿轮55通过平键与驱动轴57相连接，驱动轴57通过轴承座56安装在上支座51的下方，驱动轮58位于驱动轴57的两端且与驱动轴57通过平键相连接；提升装置6安装在牵引装置5的上支座51上，所述的提升装置6包括丝杠提升机61和链条62，所述的丝杠提升机61采用蜗轮蜗杆丝杠提升机，链条62的一端固定在丝杠提升机61的丝杠611的下端，其另一端固定在振动底板1上；布料装置7位于牵引装置5的后端，且通过螺钉与牵引装置5的上支座51相连接；所述的镇压辊8位于布料装置7的后端，且通过悬挂连杆9与布料装置7相连接。

如图1、图3和图4所示，所述的可调导向装置2包括支架21、导向轮22、导轮架23、弹簧24、导杆25、导轮连接板26和导轮换向装置27。所述的支架21与振动底板1固连；导向轮22安装在导轮架23上，每个导轮架23的内侧设四个导向套231，导杆25的一端位于导向套231内且通过轴用弹性挡圈限位，其另一端与导轮连接板26固连，弹簧24套在导杆25上；在导轮连接板26上设有一条深度渐变的弧形滑槽261和销孔262，且销孔262位于弧形滑槽261深度值较大的一端；在位于振动底板1同一端的两个导轮连接板26之间设有导轮换向装置27。

如图1、图3、图5和图6所示，所述的导轮换向装置27由直线动力源271、横梁272、齿条273、齿条导向架274、支撑导向轮组275、换向齿轮276、齿轮轴277和弹性销组件278组成，所述的直线动力源271的顶端通过铰链与横梁272相连接，其底端与振动底板1固连，所述的直线动力源271采用电动推杆、电液缸、液压缸或气缸中的一种；齿条导向架274固定在振动底板1上，齿条导向架274的内侧面上设有支撑导向轮组275；所述的支撑导向轮组275包括左支撑导向轮2751、右支撑导向轮2752、外支撑导向轮2753和内支撑导向轮2754；安装在横梁272两端的齿条273均通过支撑导向轮组275与齿条导向架274相连接，齿条273与换向齿轮276相啮合；所述的齿轮轴277与支架21通过轴承相连接，齿轮轴277的一端固定安装有换向齿轮276，其另一端与导轮连接板26固连；弹性销组件278的一端固定在支架21上，其另一端与导轮连接板26上的弧形滑槽261或销孔262相接触。

如图7所示，所述的弹性销组件278包括限位销2781和限位弹簧2782，限位销2781的头部设有弹簧定位圈27811和导向斜面27812，限位弹簧2782套在限位销2781上，且位于弹簧定位圈27811与支架21之间。

如图1所示，所述的可伸缩立柱4包括柱筒41、导柱42和连接梁43，所述的柱筒41的底部设有连接法兰411，柱筒41内设有导向孔，导柱42置于柱筒41的导向孔内；所述的导柱42的上端设有可调限位块44，可调限位块44通过限位螺钉45与导柱42相连接；连接梁43固定在柱筒41的上端，连接梁43的中部设有圆孔。

如图1和图8所示，所述的布料装置7由料斗71、拨料轴72、从动带轮73、同步带74、主动带轮75和布料电机76组成，料斗71和布料电机76安装在牵引装置5的上支座51上；拨料轴72位于料斗71的中上部且通过轴承与料斗71相连接，在拨料轴72位于料斗71内部分的圆周上设有不少于三个拨料叶片721；主动带轮75安装在布料电机76的输出轴上，从动带轮73安装在拨料轴72的一端且通过同步带74与主动带轮75相连接。

如图1所示，所述的悬挂连杆9包括上连杆91、下连杆92，上连杆91的截面呈U型且其下端设有长腰形孔911，上连杆91的上端通过铰链与布料装置7的料斗71相连接，下连杆92的上端置于上连杆91的U形凹槽内且通过锁紧螺钉93与上连杆91相连接。

如图1所示，所述的镇压辊8的内部设有激振电机，在镇压辊8的外表面设有相互交错排列的柳叶形凸起81，且所述的柳叶形凸起81的弧长方向与镇压辊8的圆周方向一致。

如图1和图9所示，使用前，先根据相似模拟试验的实际需要配置好试验材料，安装好试验材料箱10，将可以沿着试验台架的顶梁11滑移的随行简易小车12调整到试验材料箱10的一端，将提升钢丝绳13的一端绕过随行简易小车12上的上定滑轮121后固定在上支座51的吊环512上，提升钢丝绳13的另一端经过下定滑轮511后缠绕在牵引装置5的钢丝绳卷筒533上，然后，启动牵引装置5，使右电磁离合器531与主动齿轮54脱开，左电磁离合器532与钢丝绳卷筒533闭合连接，钢丝绳卷筒533在牵引电机52和减速器53的驱动下卷收提升钢丝绳13，将本实用新型吊装在试验材料箱10上；根据试验要求设置好振动电机3的振动参数，调节导轮换向装置27使导向轮22的轴线保持水平；接着，试验材料箱10的底部铺上最底层待振实的试验材料14；然后，将本实用新型的下半部分置于试验材料箱10内，使振动底板1与试验材料14相接触，同时将牵引装置5的驱动轮58和从动轮59置于试验材料箱10两侧挡板101的顶面。

试验填料时，配置好的试验材料14通过提升机或人工添加进布料装置7的料斗71内。振实作业时，启动振动电机3，振动电机3使振动底板1产生垂直方向的往复振动，从而将振动底板1下方的试验材料14振实。接着，启动提升装置6的丝杠提升机61，使其丝杠611上升并通过链条62将振动底板1和振动电机3吊起，当使振动底板1离开其下方已振实的试验材料平面到设定距离后关闭丝杠提升机61。接着，调节导轮换向装置27使导向轮22的轴线竖直，使左电磁离合器532与钢丝绳卷筒533断开连接，右电磁离合器531与主动齿轮54闭合连接，启动牵引电机52和布料电机76，主动齿轮54将牵引电机52和减速器53的动力传递给从动齿轮55和驱动轴57后使驱动轮58驱动本实用新型沿着试验材料箱10两侧挡板101的顶面移动到下一个工位；与此同时，在布料电机76驱动拨料轴72转动，试验材料14从料斗71落下，镇压辊8在悬挂连杆9的牵引下将落下的试验材料14整平，并进行初步振实。当本实用新型移动到设定位置后，牵引电机52和布料电机76停止，调节导轮换向装置27使导向轮22的轴线保持水平；接着，启动提升装置6的丝杠提升机61，使其丝杠611下降，使丝杠611下方的链条62处于松弛状态后关闭丝杠提升机61，然后启动振动电机3，进入下一个振实与布料的工作循环。一层试验材料振实与布料的工作循环全部完成后，启动牵引装置5，将本实用新型吊起，增加挡板101，然后放下本实用新型进入下一层的振动与布料工作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，其特征在于：它包括振动底板、可调导向装置、振动电机、可伸缩立柱、牵引装置、提升装置、布料装置、镇压辊和悬挂连杆，所述的可调导向装置安装在振动底板的前后两端；所述的振动电机有两个且平行安装在振动底板的上端面；所述的可伸缩立柱位于振动底板的中部且其下端通过螺钉与振动底板相连接，可伸缩立柱的上端与牵引装置固连；所述的牵引装置包括上支座、牵引电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、轴承座、驱动轴、驱动轮和从动轮，在上支座上设有下定滑轮和吊环，牵引电机、减速器、轴承座、驱动轮和从动轮均安装在上支座的下方，减速器的输出轴的右端通过右电磁离合器与主动齿轮相连接，减速器的输出轴的左端通过左电磁离合器与钢丝绳卷筒相连接，从动齿轮通过平键与驱动轴相连接，驱动轴通过轴承座安装在上支座的下方，驱动轮位于驱动轴的两端且与驱动轴通过平键相连接；提升装置安装在牵引装置的上支座上，所述的提升装置包括丝杠提升机和链条，所述的丝杠提升机采用蜗轮蜗杆丝杠提升机，链条的一端固定在丝杠提升机的丝杠的下端，其另一端固定在振动底板上；布料装置位于牵引装置的后端，且通过螺钉与牵引装置的上支座相连接；所述的镇压辊位于布料装置的后端，且通过悬挂连杆与布料装置相连接；

所述的可调导向装置包括支架、导向轮、导轮架、弹簧、导杆、导轮连接板和导轮换向装置，所述的支架与振动底板固连，导向轮安装在导轮架上，每个导轮架的内侧设四个导向套，导杆的一端位于导向套内，其另一端与导轮连接板固连，弹簧套在导杆上，在位于振动底板同一端的两个导轮连接板之间设有导轮换向装置；

所述的可伸缩立柱包括柱筒、导柱和连接梁，所述的柱筒的底部设有连接法兰，柱筒内设有导向孔，导柱置于柱筒的导向孔内；所述的导柱的上端设有可调限位块，可调限位块通过限位螺钉与导柱相连接；连接梁固定在柱筒的上端，连接梁的中部设有圆孔；

所述的布料装置由料斗、拨料轴、从动带轮、同步带、主动带轮和布料电机组成，料斗和布料电机安装在牵引装置的上支座上；拨料轴位于料斗的中上部且通过轴承与料斗相连接，在拨料轴位于料斗内部分的圆周上设有不少于三个拨料叶片；主动带轮安装在布料电机的输出轴上，从动带轮安装在拨料轴的一端且通过同步带与主动带轮相连接；

所述的悬挂连杆包括上连杆、下连杆，上连杆的截面呈U型且其下端设有长腰形孔，上连杆的上端通过铰链与布料装置的料斗相连接，下连杆的上端置于上连杆的U形凹槽内且通过锁紧螺钉与上连杆相连接。

2.根据权利要求1所述的用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，其特征在于：所述的导轮换向装置由直线动力源、横梁、齿条、齿条导向架、支撑导向轮、换向齿轮、齿轮轴和弹性销组件组成，所述的直线动力源的顶端通过铰链与横梁相连接，其底端与振动底板固连，所述的直线动力源采用电动推杆、电液缸、液压缸或气缸中的一种；齿条导向架固定在振动底板上，齿条导向架的内侧面上设有四组支撑导向轮，且每组支撑导向轮不少于三个；安装在横梁的两端齿条均通过支撑导向轮与齿条导向架相连接，齿条与换向齿轮相啮合；所述的齿轮轴与支架通过轴承相连接，齿轮轴的一端固定安装有换向齿轮，其另一端与导轮连接板固连；弹性销组件固定在支架上，所述的弹性销组件包括限位销和限位弹簧，限位销的头部设有弹簧定位圈和导向斜面，限位弹簧套在限位销上，且位于弹簧定位圈与支架之间。

3.根据权利要求1所述的用于相似模拟试验的自移式布料及振实装置，其特征在于：所述的镇压辊的内部设有激振电机，在镇压辊的外表面设有相互交错排列的柳叶形凸起，且所述的柳叶形凸起的弧长方向与镇压辊的圆周方向一致。

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