CN204556449U - 一种双向颗粒流动光弹实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双向颗粒流动光弹实验装置，属于流动光弹实验技术领域。该装置主要由水平电动缸、承载框架、试样方容器、机柜、垂直电动缸、活动透镜支架、活动道管导轨组成。运用于散体颗粒在流动过程中的力链结构的演化与作用的研究，非常方便的观察到散体颗粒受到不同外界荷载条件下的力链演化情况。结合后期数字图像的提取分析，为研究颗粒大范围流动过程中诸如顶煤运移、金属放矿、储藏骨料、地质碎屑流动等的力链形成机制以及成拱规律提供实验依据。

Description

一种双向颗粒流动光弹实验装置

技术领域

本实用新型属于流动光弹实验技术领域，特别涉及一种双向颗粒流动光弹实验装置。

背景技术

近年来综放开采技术以颗粒介质为对象的科学与工程问题日益突出，包括综放开采放顶煤运移、金属放矿、储藏骨料、地质碎屑流动特征等取得了可观的研究成果，多数学者认为颗粒在流动过程中颗粒间存在力链空间作用，结构体系力的空间内在关系与力链机制联系起来理论还尚未成熟。光弹性实验主要是研究特定双折射材料在受力条件下所呈现处的特定光性的实验，其能够在不破坏材料内部结构的基础上，清晰展现出应力条纹，结合数字图像处理技术，可以对材料中的应力路径进行提取，实现散体颗粒力链演化过程可视化分析。

应用光弹性实验这一优点，将其运用到散体颗粒在流动过程中的力链结构的演化与作用，能够非常方便的观察到散体颗粒受到不同外界荷载条件下的力链演化情况。结合后期数字图像的提取分析，为研究颗粒大范围流动过程中诸如顶煤运移、金属放矿、储藏骨料、地质碎屑流动等的力链形成机制以及成拱规律提供实验依据。

实用新型内容

本实用新型主要通过双向颗粒流动光弹实验装置，对谷仓仓料存储、铁路碎石路基、岩土工程材料、地下固体资源如金属及煤矿、边坡等由散体颗粒为主要组成介质在流动过程中的光弹力链中进行实验室模拟，贴近实际、灵活、多元化反应实际工程情况，并为以散体颗粒为主的工程情况的深入研究提供基础实验装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于由水平电动缸、承载框架、试样方容器、机柜、垂直电动缸、活动透镜支架、活动道管导轨组成；

其中水平电动缸与垂直电动缸分别固定在承载框架垂直和水平方向上，承 载框架中间固定着试样方容器，承载框架置于机柜上方；

活动透镜支架在活动道管导轨上，在承载框架的正前方和正后方分别固定两个活动道管导轨；

试样方容器由玻璃框下部边沿固定水平承载框和竖直方向一边边沿固定垂直承载框,在水平承载框上设有水平通心槽，水平钢挡板覆盖在水平通心槽上方,在垂直承载框上设有垂直通心槽，垂直钢挡板覆盖在垂直通心槽上方。

所述承载框架的一边是圆立柱形，能支撑实验力，并能用于试样方容器的门轴。

所述水平电动缸和垂直电动缸都是由电机带动的加载缸,加载缸推动活塞杆,活塞杆前端与钢板衔接。

所述试样方容器中水平钢挡板和垂直钢挡板数量相同，能根据不同的实验设计需要的不同颗粒流的流动形式选择不同的挡板开启与关闭的组合。

所述活动透镜支架能在活动道管导轨上任意移动，通过拧动圆把手锁紧。本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

本实用新型的一种双向颗粒流动光弹实验装置，根据实验不同颗粒流动要求，对钢钢板进行开启与闭合，以达到两个方向颗粒释放组合。这里颗粒释放的过程由于底部与侧面是两个方向相互独立，顾既可以对底部进行独立操作，也可以对侧面进行单独操作，亦可以两个方向组合操作。

附图说明

图1为本实用新型的颗粒双向流动光弹实验设备主视图；

图2为本实用新型的颗粒双向流动光弹实验设备左视图；

图3为试样方容器(1-3)示意图；

图4为试样方容器(1-3)中A-A剖面图。

[主要标记符号说明]

1-1水平电动缸、1-2承载框架、1-3试样方容器、2-1机柜、2-2垂直电动缸、2-3活动透镜支架、2-4活动道管导轨、3-1水平通心槽、3-2水平钢挡板、3-3水平承载框、4-1垂直承载框、4-2垂直钢挡板、4-3垂直通心槽、P-1玻璃框。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对散体颗粒为主要组成介质在流动过程中的光弹力链中进行实验室模拟，提供了一种双向颗粒流动光弹实验装置。

如图1、2所示，该装置包括水平电动缸1-1、承载框架1-2、试样方容器1-3、机柜2-1、垂直电动缸2-2、活动透镜支架2-3、活动道管导轨2-4；

其中水平电动缸1-1与垂直电动缸2-2分别固定在承载框架1-2垂直和水平方向上，承载框架1-2中间固定着试样方容器1-3，承载框架1-2置于机柜2-1上方；

活动透镜支架2-3在活动道管导轨2-4上，在承载框架1-2的正前方和正后方分别固定两个活动道管导轨2-4。

如图3、4所示，试样方容器1-3由玻璃框P-1下部边沿固定水平承载框3-3和竖直方向一边边沿固定垂直承载框4-1,在水平承载框3-3上设有水平通心槽3-1，水平钢挡板3-2覆盖在水平通心槽3-1上方,在垂直承载框4-1上设有垂直通心槽4-3，垂直钢挡板4-2覆盖在垂直通心槽4-3上方。

所述承载框架1-2的一边是圆立柱形，能支撑实验力，并能用于试样方容器1-3的门轴。

所述水平电动缸1-1和垂直电动缸2-2都是由电机带动的加载缸,加载缸推动活塞杆,活塞杆前端与钢板衔接。

所述试样方容器1-3中水平钢挡板3-2和垂直钢挡板4-2数量相同，能根据不同的实验设计需要的不同颗粒流的流动形式选择不同的挡板开启与关闭的组合。

所述活动透镜支架2-3能在活动道管导轨2-4上任意移动，通过拧动圆把手锁紧。

本实用新型装置在盛颗粒容器法相和切向加载的条件下，将加载框其余两侧即底部与侧面开通3cm，然后在水平方向用长5cm垂直向为高5cm,宽度与承载框相同的共11个钢板垂直方向11个作为支挡结构。为研究问题方便，标记底部水平方向靠近切向加载钢片的钢挡板记为1#，则依顺序至水平向最后 块挡板记为11#。同理，垂直方向近法相加载钢片的钢挡板记为A#，则依顺序至垂直方向最后块挡板记为K#。其水平与垂直共11个挡板相互之间无约束，可以自由开启与关闭，因此根据试验得不同需要进行组合，计算公式如下：

上式说明：由于1#～11#与A#～K#之间相互独立，顾在计算可以的不同种组合情况下表示从22个小球中中随机抽取i个，然后进行排序所得到的组合数。对应到试验中则解释为在一次试验过程中根据需要在22块钢挡板中选择i块并进行顺序打开，表示从22个小球中中随机抽取i个，不进行排序。对应到试验中则解释为在一次试验过程中根据需要在22块钢挡板中选择i块同时打开，再根据需要同时关闭。

根据实验不同颗粒流动要求，对钢钢板进行开启与闭合，以达到两个方向颗粒释放组合。这里颗粒释放的过程由于底部与侧面是两个方向相互独立，顾既可以对底部进行独立操作，也可以对侧面进行单独操作，亦可以两个方向组合操作。

具体又区分同时操作与顺序操作两种。如1A表示底部1^#挡板口与侧向A^#挡板口同时打开，进行颗粒释放，以此模拟特定颗粒流动情况，1→A表示先打开底部1^#钢挡板，然后再打开侧面A^#钢挡板，A→1表示先打开侧面A^#钢挡板，然后再打开底部1^#钢挡板，此种顺序可能某些实验条件下是等价的，但也可能根据模拟要求呈现不同结果，因此这里讨论可以组合的最大可能。

两通道微机控制压缩光弹实验机采用微机控制并结合先进的电子控制技术，实现了对该实验机的两闭环控制位移、载荷，提高了实验的准确性、实验数据的精确性和实验的易操作性。测量与控制系统实行标准化单元化设计，具有控制准确、测量精度高、配置灵活，可轻松实现附件互换，极易售后服务等特点。控制系统设置人机对话窗口，操作者可以通过这个窗口进行实验参数的设定、操作。

(1)测量系统

负荷测量：选用FS0.05％高稳定度、高精度的轮辐式拉压传感器，配以高精度的测量放大系统，保证了实验力的高精度。

位移控制和测量：通过位移传感器测量系统，采用24位A/D转换单片机 采集系统，经微机控制数据处理，实现实样的变形测量。

(2)传动控制系统：电动缸采用全数字式交流伺服器，控制高精度的交流伺服电机，连接减速机带动丝杠转动加荷，保证传动效率高，噪音低、传动平稳。

(3)数据处理软件包

控制系统软件采用基于WindowsXP操作系统平台，具有运行速度快、界面友好、操作简单、可满足不同材料的实验方法的需要。满足拉伸、压缩、弯曲测实要求。如有特殊要求，软件可定做。并可按用户要求扩展软件。可满足GB、ASTM、DIN、JIS等标准的要求。

该软件包括有以下主要特点：

内核以Access数据库为中心，结合SQL语言，便于数据的求取。可方便地加入新的实验处理方法。主要功能：

①力值、位移的同步测量和显示。

②实验速度任意设定。(从0～500mm/min,可无极调速)

③实验曲线实时显示，横坐标和纵坐标自动换档。

④可设置定时间停止，定负荷停止，定变形停止，可设置断裂判别条件。

⑤可任意删除已做过的某个实样的数据。

⑥可对曲线进行任意缩放操作、打印，并在曲线上选取参数点、屈服点、弹性段等。

⑦参数计算采用VB+SQL语言，可靠、方便。

(4)微机系统：采用微机包括：主机、17寸彩显、标准键盘鼠标、大容量硬盘作为主机，完成整机实验的设定、工作状态控制、数据采集、运算处理、显示打印实验结果等功能；配有实验机专用KQL-PowerTest2001中文版智能化测实软件包，可根据国家标准、国际标准或用户提供的标准测量和判断各种材料实验的各种性能参数，并对数据进行统计和处理；然后输出各种要求格式的实验报告和曲线图样。

(5)性能特点

①自动清零：计算机接到实验开始指令，测量系统便自动清零；

②自动存盘：实验数据和实验条件自动存盘，杜绝因突然断电忘记存盘引 起的数据丢失；

③自动变速：实验过程中电动缸速度可按预先设定的程序自动变化，也可手动变化；

④自动校验：系统可自动实现示值的准确标定；

⑤显示方式：数据和曲线随实验过程动态显示；

⑥结果再现：实验结果可任意存取，可对数据曲线再分析；

⑦曲线遍历：实验完成后，可用鼠标找出实验曲线逐点的力值和变形数据，对求取各种材料的实验数据方便实用；

⑧曲线选择：可根据需要选择载荷-位移、力-时间、位移-时间等曲线进行显示和打印；

⑨过载保护：当负载超过额定值的10％时停机保护；

⑩紧急停机：设有急停开关，用于紧急状态切断整机电源；

自动诊断：系统具有自动诊断功能，定时对测量系统、驱动系统进行过压、过电流、超温等检查，出现异常清况即刻停机；

采样速率：≥50次/S；

各项技术参数如下表：

以上实施方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所作的任何改进或变型均属本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于由水平电动缸(1-1)、承载框架(1-2)、试样方容器(1-3)、机柜(2-1)、垂直电动缸(2-2)、活动透镜支架(2-3)、活动道管导轨(2-4)组成；

其中水平电动缸(1-1)与垂直电动缸(2-2)分别固定在承载框架(1-2)垂直和水平方向上，承载框架(1-2)中间固定着试样方容器(1-3)，承载框架(1-2)置于机柜(2-1)上方；

活动透镜支架(2-3)在活动道管导轨(2-4)上，在承载框架(1-2)的正前方和正后方分别固定两个活动道管导轨(2-4)；

试样方容器(1-3)由玻璃框(P-1)下部边沿固定水平承载框(3-3)和竖直方向一边边沿固定垂直承载框(4-1),在水平承载框(3-3)上设有水平通心槽(3-1)，水平钢挡板(3-2)覆盖在水平通心槽(3-1)上方,在垂直承载框(4-1)上设有垂直通心槽(4-3)，垂直钢挡板(4-2)覆盖在垂直通心槽(4-3)上方。

2.根据权利要求1所述的双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于：所述承载框架(1-2)的一边是圆立柱形，能支撑实验力，并能用于试样方容器(1-3)的门轴。

3.根据权利要求1所述的双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于：所述水平电动缸(1-1)和垂直电动缸(2-2)都是由电机带动的加载缸,加载缸推动活塞杆,活塞杆前端与钢板衔接。

4.根据权利要求1所述的双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于：所述试样方容器(1-3)中水平钢挡板(3-2)和垂直钢挡板(4-2)数量相同，能根据不同的实验设计需要的不同颗粒流的流动形式选择不同的挡板开启与关闭的组合。

5.根据权利要求1所述的双向颗粒流动光弹实验装置，其特征在于：所述活动透镜支架(2-3)能在活动道管导轨(2-4)上任意移动，通过拧动圆把手锁紧。