CN219302115U - 一种基于3d打印技术的动静载实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及岩体工程模拟实验技术领域，具体的公开了一种基于3D打印技术的动静载实验装置，包括底座，底座上侧放置有巷道模型，巷道模型左右两侧均平行设有侧板，巷道模型顶部水平设有顶板，侧板与巷道模型侧边之间均匀设有若干水平设置的液压杆，顶板与巷道模型顶部之间均匀设有若干竖直设置的液压杆；顶板上侧设有支架，支架下侧设有铁链，铁链一端可拆卸固定连接有铁锤，顶板中部设有与铁锤对应的通孔。本实用新型可对巷道模型施加灵活的静载和动载压力，实验效果贴合实际且可靠，为矿井巷道破裂的治理，预防及安全评价提供理论依据。

Description

一种基于3D打印技术的动静载实验装置

技术领域

本实用新型涉及岩体工程模拟实验技术领域，尤其涉及一种基于3D打印技术的动静载实验装置。

背景技术

冲击地压是深井开采巷硐围岩冒落、支护结构失稳，乃至大范围闭合的主要原因，是制约深部矿井开采的主要动力灾害之一。发生冲击时，载荷集中局部化的问题抽象，很难直接监控及掌握。因此，对巷道模型进行扰动，研究了解到在不同动静载情况下巷道发生的变化及内部构件产生的应力情况。该实验过程对后续矿井施工起着至关重要的作用。

现在关于动静载叠加作用下煤岩体失稳破坏规律开展了大量的研究，但是冲击地压等动力灾害多发生在巷道中，关于动静载叠加作用下巷道围岩动力响应特征及冲击灾变过程的试验研究有待进一步加强，尤其是考虑巷道支护作用的影响，支护构件包括锚杆等，一方面相似材料模拟过程中受到材料配比，人为操作误差，温度等因素的影响，试验可靠性及可重复性有待加强，另一方面巷道支护构件在试验过程中难以进行模拟及安装，因此构建动静载叠加作用下巷道动力响应试验系统及试验方法，对研究巷道围岩及支护构件动力响应特征，揭示巷道变形失稳规律具有重要意义。

因此，为了解决此类问题，我们提出了一种基于3D打印技术的动静载实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于3D打印技术的动静载实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于3D打印技术的动静载实验装置，包括底座，其特征在于，所述底座上侧放置有巷道模型，巷道模型左右两侧均平行设有侧板，巷道模型顶部水平设有顶板，侧板与巷道模型侧边之间均匀设有若干水平设置的液压杆，顶板与巷道模型顶部之间均匀设有若干竖直设置的液压杆；

所述顶板上侧设有支架，支架下侧设有铁链，铁链一端可拆卸固定连接有铁锤，顶板中部设有与铁锤对应的通孔。

优选的，所述巷道模型内部预设有若干锚杆，锚杆上螺栓绕有光纤传感器。

优选的，两个所述侧板底部均与底座上侧可拆卸固定连接，顶板两端与两个侧板上端可拆卸固定连接。

优选的，所述侧板和顶板均设有若干安装槽，液压杆一端与对应的安装槽卡接固定。

优选的，所述支架呈倒U字形，支架两端底部均安装有移动轮。

优选的，所述支架上设有小车，小车下侧设有用于控制铁链升降的收卷机构，支架设有与小车匹配的轨道，小车与支架滑动连接。

优选的，所述收卷机构包括安装在小车下侧的滑轮和收卷盘，铁链一端与收卷盘固定连接，铁链卷绕在收卷盘上，滑轮与小车下侧转动连接，且滑轮位于收卷盘侧边，铁链与铁锤对接的一端从滑轮上方绕过。

优选的，所述收卷盘侧边设有连接座，连接座与收卷盘转动连接，连接座侧边固定有电机，且电机的输出端贯穿连接座并与收卷盘同轴连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于3D打印技术打印制作巷道模型,巷道模型内部预设有若干锚杆和对应的光纤传感器，通过设置的侧板和顶板以及对应的若干液压杆，从而实现通过液压方式对巷道模型四周施加静载的模拟，同时通过设置铁锤，从而实现通过铁锤锤击对巷道模型施加动载的模拟。通过灵活调节液压杆，模拟现实巷道受矿山压力的不稳定性和多变性，使得实验效果更贴合实际情况。通过改变铁锤质量、高度或者位置可实现不同的冲击载荷的施加，使得实验效果更可靠。在施加静载或者动载时，可通过光纤传感器监测锚杆应力，数据实时监测，为矿井巷道破裂的治理，预防及安全评价提供理论依据。

附图说明

图1为本实用新型的轴测图；

图2为本实用新型的巷道模型剖视图；

图3为本实用新型的巷道模型的结构示意图；

图4为本实用新型的光纤传感器的结构示意图；

图5为本实用新型的喷嘴的结构示意图。

图中：1、巷道模型；2、锚杆；3、光纤传感器；4、3D打印机器；5、喷嘴；7、液压杆；8、侧板；9、底座；10、滑轨；11、顶板；12、通孔；13、支架；14、小车；15、滑轮；16、收卷盘；17、铁锤；18、铁链。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种基于3D打印技术的动静载实验装置，包括底座9，底座9上侧放置有基于3D打印技术打印制作的巷道模型1,巷道模型1内部预设有若干锚杆2，锚杆2上螺栓绕有光纤传感器3，该技术成本低、制作的模型准确、效率高。光纤传感器3用于监测锚杆2应力，实现模拟现实巷道应力实时监测系统，为矿井巷道破裂的治理，预防及安全评价提供理论依据。巷道模型1左右两侧均平行设有侧板8，巷道模型1顶部水平设有顶板11，侧板8与巷道模型1侧边之间均匀设有若干水平设置的液压杆7，顶板11与巷道模型1顶部之间均匀设有若干竖直设置的液压杆7，若干液压杆7用于给巷道模型1四周施加压力，可通过灵活调节液压杆7，模拟现实中巷道受矿山压力的不稳定性和多变性，使得实验效果更贴合实际情况；顶板11上侧设有支架13，支架13上设有小车14，小车14下侧垂直设有铁链18，小车14下侧设有用于控制铁链18升降的收卷机构，铁链18下端连接有铁锤17，顶板11中部设有与铁锤17对应的通孔12。通过铁锤17锤击对巷道模型1施加动载的模拟，可通过改变铁锤17质量、高度或者位置可实现不同的冲击载荷的施加，使得实验效果更可靠。

制作巷道模型1使用的3D打印机器4，包括滑轨10，和喷嘴5，通过3D打印技术将巷道模型1打印成型。打印过程中根据实际各岩层强度及相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理比例获得所需强度的相似材料；根据模拟岩层的尺寸，物理学参数和相似比采用3D打印技术在X-Y-Z三坐标系中进行数值建模，然后将其导入3D打印机器4，之后进行材料成分配比和质量以及风流的大小和温度等设定；之后滑轨10通过设定数据沿着X-Y-Z轨迹移动，喷嘴5进行打印和烘干工作。

打印过程时必须注意预先将锚杆2和光纤传感器3设置到巷道模型1上，即打印过程给锚杆2预留有用于插接的锚孔。围绕在锚杆2表面铺设的光纤传感器3上有多个测点，可有效的监测锚杆2的应力变化。

作为本实用新型的一种技术优化方案，两个侧板8底部均与底座9上侧可拆卸固定连接，顶板11两端与两个侧板8上端可拆卸固定连接，顶板11与两个侧板8均可实现灵活的安装，便于巷道模型1的放置，且顶板11单独拆卸后，可通过改变铁锤17位置，对巷道模型1顶部进行任意位置的冲击实验。

作为本实用新型的一种技术优化方案，侧板8和顶板11均设有若干安装槽，液压杆7一端与对应的安装槽卡接固定，通过若干安装槽液压杆7数量和位置可灵活设置。

作为本实用新型的一种技术优化方案，支架13呈倒U字形，支架13两端底部均安装有移动轮，支架13整体可便捷移动，便于调整铁锤17方位。

对于上述示例，本领域技术人员应当知晓，在实施上述的技术方案时并不限于支架13安装移动轮进行移动，也可直接搬动支架13。

作为本实用新型的一种技术优化方案，支架13设有与小车14匹配的轨道，小车14与支架13滑动连接，小车14滑动移动，便于调整铁锤17方位。

作为本实用新型的一种技术优化方案，铁链18与铁锤17可拆卸固定连接，铁锤17可灵活更换不同质量规格。

作为本实用新型的一种技术优化方案，收卷机构包括安装在小车14下侧的滑轮15和收卷盘16，铁链18一端与收卷盘16固定连接，铁链18卷绕在收卷盘16上，滑轮15与小车14下侧转动连接，且滑轮15位于收卷盘16侧边，铁链18与铁锤17对接的一端从滑轮15上方绕过。

作为本实用新型的一种技术优化方案，收卷盘16侧边设有连接座，连接座与收卷盘16转动连接，连接座侧边固定有电机，且电机的输出端贯穿连接座并与收卷盘16同轴连接。同轴连接的方式为收卷盘16的转轴与电机输出端对接，转轴内部同轴固定有电动推杆，电动推杆伸缩端安装有销块，销块只可向逆时针转动，且销块为多个三角块组成，电机输出端设有与销块对应的销槽，当销块插入销槽内部后，电机启动并顺时针转动可带动收卷盘16转动并实现收卷铁链18的效果，当销槽收回时，收卷盘16缺少限制，铁锤17可通过重力自由下落。收卷盘16有效实现对铁链18的收卷，实现对铁锤17的上下移动控制，电机启动可带动铁锤17上升。

对于上述示例，本领域技术人员应当知晓，在实施上述的技术方案时并不限于实用电机等部件控制收卷盘16，也可通过设置摇把转动控制收卷盘16。

本实用新型中，该装置的工作原理如下：

基于3D打印技术打印制作的巷道模型1，并将巷道模型1放置到底座9上。控制两个侧板8上的若干液压杆7伸长，以及控制顶板11上的若干液压杆7伸长，通过液压方式对巷道模型1四周施加压力，形成施加静载的效果，在施加静载时，通过光纤传感器3监测锚杆2应力变化，为矿井巷道破裂的治理，预防及安全评价提供理论依据。通过收卷机构控制铁链18和对应的铁锤17上升到一定高度，再控制铁链18和对应的铁锤17下降，铁锤17下降通过通孔12锤击巷道模型1上侧，实现对巷道模型1施加垂直应力，形成施加动载的效果，在施加动载时，通过光纤传感器3监测锚杆2应力变化，为矿井巷道破裂的治理，预防及安全评价提供理论依据。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于3D打印技术的动静载实验装置，包括底座(9)，其特征在于，所述底座(9)上侧放置有巷道模型(1)，巷道模型(1)左右两侧均平行设有侧板(8)，巷道模型(1)顶部水平设有顶板(11)，侧板(8)与巷道模型(1)侧边之间均匀设有若干水平设置的液压杆(7)，顶板(11)与巷道模型(1)顶部之间均匀设有若干竖直设置的液压杆(7)；

所述顶板(11)上侧设有支架(13)，支架(13)下侧设有铁链(18)，铁链(18)一端可拆卸固定连接有铁锤(17)，顶板(11)中部设有与铁锤(17)对应的通孔(12)。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述巷道模型(1)内部预设有若干锚杆(2)，锚杆(2)上螺栓绕有光纤传感器(3)。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，两个所述侧板(8)底部均与底座(9)上侧可拆卸固定连接，顶板(11)两端与两个侧板(8)上端可拆卸固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述侧板(8)和顶板(11)均设有若干安装槽，液压杆(7)一端与对应的安装槽卡接固定。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述支架(13)呈倒U字形，支架(13)两端底部均安装有移动轮。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述支架(13)上设有小车(14)，小车(14)下侧下侧设有用于控制铁链(18)升降的收卷机构，支架(13)设有与小车(14)匹配的轨道，小车(14)与支架(13)滑动连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述收卷机构包括安装在小车(14)下侧的滑轮(15)和收卷盘(16)，铁链(18)一端与收卷盘(16)固定连接，铁链(18)卷绕在收卷盘(16)上，滑轮(15)与小车(14)下侧转动连接，且滑轮(15)位于收卷盘(16)侧边，铁链(18)与铁锤(17)对接的一端从滑轮(15)上方绕过。

8.根据权利要求7所述的一种基于3D打印技术的动静载实验装置，其特征在于，所述收卷盘(16)侧边设有连接座，连接座与收卷盘(16)转动连接，连接座侧边固定有电机，且电机的输出端贯穿连接座并与收卷盘(16)同轴连接。

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