CN204286732U - 一种新型的滚石冲击碰撞试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于滚石冲击碰撞破裂的室内试验装置，旨在提供一种新型的滚石冲击碰撞试验系统。本实用新型包括加载架、加载电机、丝杆升降机、测力传感器、弹簧加载套、导向套、弹簧导向杆、弹簧、试件加载头、试件夹具、气缸、试件碰撞板和支架；所述加载电机包括交流电机、联接器；所述丝杆升降机包括蜗轮、蜗杆和丝杆，其中蜗杆与联接器相连接；本实用新型的有益效果是：原理简单、精度高，能适应不同的试验条件，操作简单；通过加载电机、升降机、弹簧和夹具的共同作用，能为试样提供足够的撞击速度，根据弹簧压缩量的不同可以提供不同的撞击速度；调整撞击板的倾斜角度可以提供不同的撞击角度；高速摄像机能够分析岩石撞击破裂特征。

Description

一种新型的滚石冲击碰撞试验系统

技术领域

本实用新型属于滚石冲击碰撞破裂的室内试验装置，具体涉及一种新型的滚石冲击碰撞试验系统。

背景技术

边坡滚石(Rockfall)是山区常见的一类地质灾害，已造成巨大的经济损失和人员伤亡。准确预测滚石的飞行轨迹、影响范围和冲击力大小对于滚石灾害的评价和防护设计极其重要。目前主要采用的现场试验研究，存在花费大、操作困难、影响因素多、结果误差大、机理不明等问题。而室内试验一般利用重力下落冲击或摆式冲击：重力下落冲击所需空间大，无法提供较大的冲击速度；摆式冲击操作复杂，设备价格昂贵，且难以控制撞击角度。针对这些问题，需要研发一种能提供较大冲击速度和任意冲击角度的室内滚石冲击碰撞试验仪器。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种新型的滚石冲击碰撞试验系统。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种新型的滚石冲击碰撞试验系统，包括加载架、加载电机、丝杆升降机、测力传感器、弹簧加载套、导向套、弹簧导向杆、弹簧、试件加载头、试件夹具、气缸、试件碰撞板和支架；

所述加载电机包括交流电机、联接器，所述交流电机的转子与联接器相连接；所述丝杆升降机包括蜗轮、蜗杆和丝杆，其中蜗杆与联接器相连接；所述弹簧加载套为顶部密封的无缝钢管，导向套包括圆盘和中空无缝钢管，且圆盘与中空无缝钢管之间螺纹连接，弹簧导向杆是由无缝钢管和位于底部的T型头连接而成；所述加载电机与丝杆升降机通过联接器相连，丝杆升降机通过联接器带动丝杆升降机的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮中心的内螺纹与丝杆的外螺母相互匹配连接，进而带动丝杆上下运动；所述丝杆升降机的丝杆下端通过测力传感器与弹簧加载套相连接，通过测力传感器控制加载大小，进而控制弹簧的压缩量；所述丝杆升降机固定安装在加载架顶端，导向套嵌固在加载架顶端的圆孔中；所述弹簧加载套底端嵌套在导向套与弹簧导向杆之间，所述弹簧导向杆嵌套在弹簧中，且弹簧延伸到弹簧导向杆底端的T型头，所述弹簧导向杆底端的 T型头与试件加载头顶端的T型头相连；所述试件加载头主体呈圆柱形，其底端设有圆弧钢板，用于与圆柱状试件侧面紧密接触；所述试件加载头下方设有试件夹具，用于夹持试件；所述气缸活塞杆的一端与活塞相连，另一端与试件夹具相连；通过气缸进气和排气推动活塞运动，进而推动试件夹具运动，控制试件夹具的松紧；所述四根支架分别与试件碰撞板铰接，且四根支架底端铰接固定在加载架底部，所述试件碰撞板中部底面下设有轴承，通过调节四根支架的角度和有效长度使得试件碰撞板绕着轴承进行转动以形成不同倾斜角度。

本实用新型中，所述加载架的侧面安装有防爆玻璃，避免冲击碰撞碎片对人员和设备造成损伤。

本实用新型中，所述加载架底部一侧安装有高速摄像机，其另一侧安装有三级阶梯的工作台阶。

本实用新型中，令试件的质量为M，试件夹具到试件碰撞板的距离为H，弹簧的弹性系数为K，试件下落前的撞击速度为V，测力传感器的示数为F；

其相互之间满足数学关系式：

$V=\sqrt{\frac{F^2}{\mathrm{MK}}+2\mathrm{gH}};$

其中，F的单位为N，M的单位为kg，K的单位为N/m，重力加速度g的单位为m/s²，V的单位为m/s。

本实用新型的原理是：利用加载电机压缩弹簧将动能转化为弹性势能，然后松开夹持滚石的试件夹具，弹簧推动滚石试样下落，将弹簧弹性势能和岩石试件的重力势能转化为岩石试件的动能，提供足够的撞击速度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

原理简单、精度高，能适应不同的试验条件，操作简单；通过加载电机、丝杆升降机、弹簧和夹具的共同作用，能为试样提供足够的撞击速度，根据弹簧压缩量的不同可以提供不同的撞击速度；调整撞击板的倾斜角度可以提供不同的撞击角度；高速摄像机能够分析岩石撞击破裂特征。

附图说明

图1是本实用新型仪器的前视示意图；

图2为本实用新型仪器的侧视示意图；

图3是本实用新型仪器上半部分的前视示意图；

图4是本实用新型仪器下半部分的前视示意图；

图5是图3中A部分的局部放大示意图；

图6是图3中B部分的局部放大示意图；

图7是试件加载头示意图；

图8是试件碰撞板示意图；

附图标记：加载电机1、丝杆升降机2、测力传感器3、弹簧加载套4、导向套5、弹簧导向杆6、弹簧7、试件加载头8、试件9、试件夹具10、气缸11、加载架12、工作台阶13、试件碰撞板14、圆弧钢板15、轴承16、支架17、高速摄像机18。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步的详细说明，以下的具体实施例可以使本专业领域的技术人员更全面的了解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

如图1～8所示，本实用新型提供一种新型的滚石冲击碰撞试验系统的具体实施例，包括加载架12、加载电机1、丝杆升降机2、测力传感器3、弹簧加载套4、导向套5、弹簧导向杆6、弹簧7、试件加载头8、试件夹具10、气缸11、试件碰撞板14和支架17，所述加载电机1包括交流电机、联接器，所述交流电机的转子与联接器相连接；所述丝杆升降机2包括蜗轮、蜗杆和丝杆，其中蜗杆与联接器相连接；所述弹簧加载套4为顶部密封的无缝钢管，导向套5包括圆盘和中空无缝钢管，且圆盘与中空无缝钢管之间螺纹连接，弹簧导向杆6是由无缝钢管和位于底部的T型头连接而成；所述加载电机1通过联接器与丝杆升降机2相连，且丝杆升降机2通过该联接器带动丝杆升降机2的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮中心的内螺纹与丝杆的外螺母相互匹配连接，进而带动丝杆的上下运动；弹簧加载套4与丝杆升降机2之间的连接关系是丝杆升降机2的丝杆下端与测力传感器3连接，测力传感器3下端与弹簧加载套4连接，通过测力传感器3控制加载大小，进而控制弹簧7的压缩量；所述丝杆升降机2固定安装在加载架12顶端，导向套5嵌固在加载架12顶端的圆孔中；所述测力传感器3一端与丝杆升降机2的丝杆相连，测力传感器3另一端与弹簧加载套4顶端相连，所述弹簧加载套4底端嵌套在导向套5与弹簧导向杆6之间，所述弹簧导向杆6嵌套在弹簧7中，且弹簧7延伸到弹簧导向杆6底端的T型头，所述弹簧导向杆6底端的T型头与试件加载头8顶端的T型头相连；所述试件加载头8主体呈圆柱形，其底端设有圆弧钢板15，用于与圆柱状试件9侧面紧密接触；所述试件加载头8下方设有试件夹具10，用于夹持试件9；所述气缸11与试件夹具10之间的连接关系为气缸11活塞杆一端与气缸11的活塞相连，另一端与试件夹具10相连；通过气缸11进气和排气推动活塞运动，进而推动试件夹具10运动，控制试件夹具10的松紧。

所述试件碰撞板14与四根支架17之间相互铰接，且四根支架17底端铰接固定在 加载架12底部，所述试件碰撞板14中部底面下设有轴承16，通过调节四根支架17的角度和有效长度使得试件碰撞板14绕着轴承16进行转动以形成不同倾斜角度。

所述试件碰撞板14的外围安装有防爆玻璃。所述加载架12底部一侧安装有高速摄像机18，其另一侧安装有三级阶梯的工作台阶13。

其中：试件9的质量为M，试件夹具10到试件碰撞板14的距离为H，弹簧7的弹性系数为K，试件9下落前的撞击速度为V，测力传感器3的示数为F；

其相互之间满足数学关系式：

$V=\sqrt{\frac{F^2}{\mathrm{MK}}+2\mathrm{gH}};$

其中，F的单位为N，M的单位为kg，H的单位为m，K的单位为N/m，重力加速度g的单位为m/s²，V的单位为m/s。

如图3～4所示，根据试验方案选择合适的试件加载头8、试件夹具10和试件碰撞板14并调节好试件碰撞板14的倾斜角度0°～90°。

通过气缸11进气阀进气加压使圆盘状试件夹具10夹紧试件9，然后加载电机1加载丝杆升降机2下降使得弹簧加载套4向下运动压缩弹簧7，当测力传感器3的读数达到预定值后，停止加载。打开气缸11的排气阀，松开试件夹具10，试件9下落撞击试件碰撞板14，即可模拟滚石与坡面的撞击过程。

如图5所示，加载电机1与丝杆升降机2相连，电机1带动丝杆升降机2的丝杆向下运动进而推动弹簧加载套4向下运动，弹簧加载套4压缩弹簧7，丝杆升降机2与弹簧加载套4之间设有的测力传感器3以精确控制弹簧7的压缩位移量。为防止向下压缩过程中弹簧加载套4和弹簧7倾斜崩出，弹簧加载套4外部套有圆筒状导向套5，弹簧7内部插入一圆柱状弹簧导向杆6，弹簧导向杆6下端与试件加载头8相连。

如图7所示，为使试件9均匀承受受荷载，试件加载头8顶端的T型头与弹簧导向杆6底端的T型头相连；所述试件加载头8主体呈圆柱形，其底端设有圆弧钢板15，圆弧钢板15有不同尺寸规格且可装卸以适应不同尺寸的岩石试样，用于与圆柱状试件9侧面紧密接触。

如图8所示，试件碰撞板14中部底面有轴承16，两端连接4根可旋转可调节长度的支架17，改变支架17的角度和有效长度调节试件碰撞板14的倾斜角度。

因此，本实用新型的实际范围不仅包括上述所公开的具体实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本实用新型的所有等效方案。

Claims (3)

1.一种新型的滚石冲击碰撞试验系统，其特征在于，包括加载架、加载电机、丝杆升降机、测力传感器、弹簧加载套、导向套、弹簧导向杆、弹簧、试件加载头、试件夹具、气缸、试件碰撞板和支架；

所述加载电机包括交流电机、联接器，所述交流电机的转子与联接器相连接；所述丝杆升降机包括蜗轮、蜗杆和丝杆，其中蜗杆与联接器相连接；所述弹簧加载套为顶部密封的无缝钢管，导向套包括圆盘和中空无缝钢管，且圆盘与中空无缝钢管之间螺纹连接，弹簧导向杆是由无缝钢管和位于底部的T型头连接而成；

所述加载电机与丝杆升降机通过联接器相连，丝杆升降机通过该联接器带动丝杆升降机的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮中心的内螺纹与丝杆的外螺母相互匹配连接，进而带动丝杆上下运动；所述丝杆升降机的丝杆下端通过测力传感器与弹簧加载套相连接，通过测力传感器控制加载大小，进而控制弹簧的压缩量；所述丝杆升降机固定安装在加载架顶端，导向套嵌固在加载架顶端的圆孔中；

所述弹簧加载套底端嵌套在导向套与弹簧导向杆之间，所述弹簧导向杆嵌套在弹簧中，且弹簧延伸到弹簧导向杆底端的T型头，所述弹簧导向杆底端的T型头与试件加载头顶端的T型头相连；所述试件加载头主体呈圆柱形，其底端设有圆弧钢板，用于与圆柱状试件侧面紧密接触；所述试件加载头下方设有试件夹具，用于夹持试件；所述气缸活塞杆的一端与活塞相连，另一端与试件夹具相连；通过气缸进气和排气推动活塞运动，进而推动试件夹具运动，控制试件夹具的松紧；所述四根支架分别与试件碰撞板铰接，且四根支架底端铰接固定在加载架底部，所述试件碰撞板中部底面下设有轴承，通过调节四根支架的角度和有效长度使得试件碰撞板绕着轴承进行转动以形成不同倾斜角度。

2.根据权利要求1中所述的滚石冲击碰撞试验系统，其特征在于，所述加载架的侧面安装有防爆玻璃。

3.根据权利要求1中所述的滚石冲击碰撞试验系统，其特征在于，所述加载架底部一侧安装有高速摄像机，其另一侧安装有三级阶梯的工作台阶。