WO2013143145A1 - 动力学性能测试系统 - Google Patents

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何满潮
郭志飚
张国锋
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中国矿业大学(北京)
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Abstract

一种动力学性能测试系统,用于测试锚杆或锚索的动力学性能,包括主机和测控系统。主机包括立式机架(1);夹持装置(3),设置于立式机架(1)顶部,用于垂向夹持试样(6)的顶端,试样(6)的底端带有托盘(61);落锤装置(2),用于从立式机架(1)的一设定高度处垂直落下以冲击托盘(61);提升装置,用于将处于立式机架(1)底部的落锤装置提升到设定高度;以及防护装置,用于进行物理防护与隔离以减少人身危害和噪声。测控系统控制落锤装置进行落锤的参数选择及提升、落下的过程,由力传感器感测落锤装置感测落锤装置垂直落下时对托盘(61)的实时冲击,并分析从感测装置接收的实时冲击数据,输出测试结果。该动力学性能测试系统具有通用性且测试结果准确可靠。

Description

动力学性能测试系统 技术领域
本发明涉及动力学性能测试系统, 尤其涉及一种用于室内测试恒阻大变形锚杆 (索) 以及其他普通锚杆 (索) 的动力学性能的动力学性能测试系统。 背景技术
近年来, 随着国民经济的高速发展, 各行各业对能源需求日益增加, 我国露天矿山目 前已经陆续进入深部开采阶段, 在矿山、 水利、 交通等领域涉及大量边坡、 活动性断层、 洞室围岩稳定性问题。
目前我国正处于各项工程建设高速发展的时期,矿产资源开采和地下工程建设过程中 也出现了许多灾害: 如岩爆、 冲击地压、 塌方等灾害。 对于发生在高陡边坡及巷道围岩稳 定中出现的自然灾害和工程灾害的控制, 主要依靠传统预应力锚杆(索)加固体系及其衍 生支挡结构工程。 然而, 由于大部分岩土体加固结构失稳是弹塑性大变形问题, 基于传统 预应力锚杆(索)体系的支护和加固理念已经无法适应岩土体(边坡岩体、 隧道围岩) 的 大变形演变规律, 导致巷道支护过程中出现部分锚杆端部断裂、 锚索 (杆) 中部断裂、 支 护区域多次返修、 钢架扭曲破坏失效等事故。
针对上述问题, 在以柔克刚, 刚柔相济哲学思想的启迪下, 何满潮教授提出了恒阻抵 抗、 变形吸收能量的设计思想, 并研发了一种新型锚杆—— ' 阻大变形锚杆(例如公开号 为 CN101858225A的中国发明专利所公开的一种恒阻大变形锚杆), 在此基础上形成了边 坡加固、 滑坡和地震灾害监测预警、 地下工程支护整套的控制理念和技术装备体系, 为解 决岩土工程问题中的大变形问题提供了一种良好的探索模式。
在恒阻大变形锚杆(索)研发以后, 需要一种动力学性能测试系统, 以更好的对恒阻 大变形锚杆(索) 的动力学特性进行系统测试与研究, 检验恒阻大变形锚杆抵抗和吸收冲 击能量的性能, 测量出每次冲击后杆体自身的伸长量和径向变形量。 总结恒阻大变形锚杆 动载测试数据, 通过对测试曲线的对比分析, 总结出恒阻器伸长量、 冲击阻力和冲击能量 之间的变化规律, 根据测试结果优化恒阻器几何参数、 结构参数, 进一步提高恒阻大变形 锚杆抵抗冲击的能力。 进而通过计算与相关测量, 对软岩大变形、 冲击 (岩爆) 大变形、 突出大变形、 滑坡大变形、 发震断层大变形提供更好的支护。 发明内容
针对现有技术中存在的问题, 本发明的目的在于提供一种能够准确、有效测试锚杆或 锚索的抵抗和吸收冲击能量性能的动力学性能测试系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的:一种动力学性能测试系统, .一种动力学性能测 试系统, 用于测试锚杆或锚索的动力学性能, 其特征在于, 所述动力学性能测试系统包括 主机和测控系统: 所述主机包括: 立式机架; 夹持装置, 设置于所述立式机架顶部, 用于 垂向夹持试样的顶端, 所述试样包括试样本体和所述试样本体底端的托盘; 落锤装置, 用 于从所述立式机架的一设定高度处垂直落下以冲击所述托盘; 提升装置, 用于将处于所述 立式机架底部的所述落锤装置提升到所述设定高度; 以及防护装置, 用于进行物理防护与 隔离以减少人身危害和噪声。所述测控装置, 控制所述落锤装置进行落锤的参数选择及提 升、落下的过程,并由力传感器感测所述落锤装置垂直落下时对所述托盘的实时冲击数据, 并分析从所述感测装置接收的所述实时冲击数据, 输出测试结果。
本发明的有益效果在于, 通过本发明的动力学性能测试系统, 可以准确、 可靠的得出 包括恒阻大变形锚杆在内的各类锚杆和锚索的动力学参数, 检验出被测试锚杆(索) 的抵 抗和吸收冲击能量的性能, 并且测量出每次冲击后杆体自身的伸长量和径向变形量, 分别 绘制 "冲击高度-冲击变形量"试验曲线、 "冲击高度-累计变形量"试验曲线、 "累计冲 击能量 -累计冲击变形量"试验曲线、 "冲击能量 -冲击阻力"试验曲线。 通过对试验曲线 的对比分析, 总结出恒阻器伸长量、 冲击阻力和冲击能量之间的变化规律, 根据试验结果 优化恒阻器几何参数、 结构参数, 进一步提高恒阻大变形锚杆抵抗冲击的能力, 对恒阻大 变形锚杆的结构参数和技术参数进行进一步的优化调整, 对软岩大变形、 冲击(岩爆)大 变形、 突出大变形、 滑坡大变形、 发震断层大变形提供更好的支护。
进而,本发明的动力学性能测试系统,可以进行不同高度或不同高度复合的控制方式, 实现锚杆 (索) 的多种方式的动力学性能测试; 且具有节能环保的优点及较高的安全性。 附图说明
图 1为本发明实施例的动力学性能测试系统的主机的主视示意图;
图 2为本发明实施例的动力学性能测试系统的主机的左视示意图;
图 3为本发明实施例的动力学性能测试系统的提升框架的示意图;
图 4为本发明实施例的动力学性能测试系统的吊钩组件的示意图;
图 5为本发明实施例的动力学性能测试系统的夹具组件的立体示意图; 图 6为本发明实施例的动力学性能测试系统的夹具组件的仰视示意图; 图 7为图 5的油路原理图;
图 8为本发明实施例的动力学性能测试系统的落锤装置的俯视示意图;
图 9为本发明实施例的动力学性能测试系统的落锤装置的主视示意图。
图 10为落锤装置中定位杆的一横截面示意图。 具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明 能够在不同的实施例上具有各种的变化, 其皆不脱离本发明的范围, 且其中的说明及附图 在本质上是当作说明之用, 而非用以限制本发明。
本发明实施例的大变形拉力测试系统, 可以分为主机和测控系统两部分。 主机可以分 为五大部分, 即立式机架 1、落锤装置 2、 夹持装置 3、提升装置及防护装置。 测控系统可 按照功能来区分为五大模块, 即感测模块、 控制模块、 分析模块、 输出模块和防护模块。 以下分别介绍上述各大部分。
1、 立式机架
如图 1和图 2所示, 立式机架 1是竖直设置的框架结构, 主要包括四根支撑立柱 11、 两根导向立柱 12、工作台 13、 固定横梁 14。 工作台 13位于立式机架 1的最底端, 而支撑 立柱 11和导向立柱 12都是设置在工作台 13上, 支撑立柱 11和导向立柱 12的顶端设置 有固定横梁 14, 在固定横梁 14的位置, 形成一个框架结构的带有围栏 51的顶端平台, 用 于设置提升装置的滑轮组 43及固定夹持装置 3。
如图 1和图 2所示, 每一侧的两根支撑立柱 11由横拉板 15互相连接, 四根支撑立柱 11 的上下两面均由高强度的六角头螺栓加蝶形锁紧垫圈紧固于固定横梁 14和工作台 13 上, 保证了立式机架 1具有足够的刚性。 导向立柱 12是用于对自由落下的落锤装置 2起 到导向作用, 其优选的是对称的设置于每一侧的两根支撑立柱 11之间中点的位置。
导向立柱 12需要润滑, 润滑时只需在导向立柱 12上定期加适量润滑机油即可。 由以上可知, 本发明的立式机架 1的框架结构, 具有结构合理、 刚性高、 造型美观等 优点。
2、 落锤装置
如图 1、 图 2、 图 4和图 7所示, 落锤装置 2是用于从立式机架 1的一设定高度处垂 直落下以冲击试样 6的托盘 61。 落锤装置 2包括上锤体 201、连接锤体 202、下垂体 203、配重砣 23和下吊环 21等主 要部件, 以及定位杆 25、 定位柱 281、 282、 定位块 24、 压紧螺母 242等部件。
上锤体 201和下锤体 203之间通过左右两个连接锤体 202进行连接,连接方式例如为 通过螺栓 291进行连接。 两个连接锤体 202之间的空间用于设置配重砣 23。 多组配重砣 23之间由定位杆 25和定位柱 281、 282进行水平定位。
如图 8和图 9所示, 定位杆 25的底部可旋转的设置于下锤体 203上表面; 定位杆 25 的顶端可为正四棱柱形状, 定位杆 25顶端穿过上锤体 201, 与定位块 24的相互垂直的凹 陷面相对接, 以限制定位杆 25旋转; 定位块 24抵靠于下吊环 21的端面 210, 定位块 24 上设置有长孔 241, 长孔 241上穿设压紧螺母 242以将定位块 242固定于上锤体 201上表 面, 进而限制定位杆 25转动, 从而实现对配重砣的水平定位;
如图 9和图 10所示, 上锤体 201和下锤体 203之间的定位杆 25具有两平行侧面 252 和两圆弧端面 251, 与圆弧端面 251相配合的, 在配重砣 23上相配合的设置有圆弧凹陷, 圆弧端面 251的圆弧的弧度与圆弧凹陷的圆弧的弧度可以相等也可以不等。 圆弧端面 251 与配重砣 23的圆弧凹陷相配合以水平定位配重砣 23, 旋转定位杆 23将两圆弧端面 251 转离圆弧凹陷, 解除定位杆 25对配重砣 23的横向限位, 这样就可以增减配重砣 23, 以增 减所述落锤装置 2的自重。
在拆卸配重铊 23前需要用扳手将配重铊 23顶部的压紧螺母 242松开,然后移开锤体 20上顶面的定位块 24, 转动定位杆 25, 然后可以将配重铊 23移出。
如图 9所示, 配重砣 23与定位柱 281接触的位置, 也具有与定位柱 281、 282向匹配 的圆弧凹陷。 中央的两组配重砣 23可以取出, 以增减落锤装置 2的自重。 但是, 两侧的 两组配重砣 230, 在不取出定位柱 281、 282的情况下, 并不能进行增减。 因此, 也可以将 定位柱 281、 281按照定位杆 25的做法, 做成可选择的形式, 就可以增加能够增加落锤装 置 2的自重的配重砣的数量。
下吊环 21设置于上锤体 201的上表面上, 下吊环 21具有两端面 210和两侧面 212, 在两侧面 212上设置有吊钩凹槽 213,用于与提升装置的吊钩 423相卡合;下吊环 21的中 心位置具有用于试样 6穿过的中心通孔 211, 在中心通孔 211的两边对称的设置有一对用 于导向立柱 12穿过的导向滑套 22。
落锤装置 2是本发明的动力学性能测试系统中最主要的工作部件,冲击试样 6过程中 需要承受巨大的冲击力、 弯曲力和震动。 落锤装置 2的重量通过改变配重铊 23的数量进 行调节。 3、 提升装置
提升装置是用于将处于立式机架 1底部的落锤装置 2提升到进行测试的设定高度;为 安全的考虑, 落锤装置 2在不使用时是置于立式机架 1的底部。
如图 1-图 4所示, 提升装置主要由提升框架 41、 吊钩组件 42、 滑轮组 43、 钢丝绳和 提升电机 40等组成。
提升电机 40采用变频制动摆线针轮减速电机, 该电机在控制系统的控制下能够实现 无级变速功能, 使落锤装置的提升速度无级可调, 增加测试效率。 该电机类型为电机和减 速机一体式减速电机, 减速机采用摆线针轮减速机, 具有体积小、 工作效率高、 输出扭矩 大等优点。
提升装置的吊钩 423设置在提升框架 41内, 提升框架 41也可称为是活动横梁, 因为 其需要在立式机架 1内上下移动; 如图 3所示, 提升框架 41包括横向框架 410和连接于 横向框架 410后端的竖向框架 413 ;
如图 3所示, 横向框架 410可由钢板焊接而成, 横向框架 410内设置有吊钩组件 42, 吊钩组件 42包括吊钩 423 ; 横向框架 410的两端具有卡轮套 412, 用于通过钢丝绳夹固定 钢丝绳的下端, 钢丝绳的上端经过顶端平台上设置的滑轮组 43, 进而连接于提升电机 40, 以实现提升框架 41的升降。 卡轮套 412的内侧设置有用于导向立柱 12穿过的通孔 414。
竖直框架 413内设置有电磁铁 415, 电磁铁 415用于控制吊钩组件 42锁紧落锤装置 2 或者松开落锤装置 2; 吊钩组件 42两侧铰接有旋转臂 416,旋转臂 416的形状例如为 Y字 形, 旋转臂 416上连接有锁芯 425, 电磁铁 415通电时带动旋转臂 416旋转以使锁芯 415 脱离吊钩组件 42, 电磁铁 415断电时旋转臂 416下落以使锁芯 425返回吊钩组件 42以锁 紧落锤装置 2。
如图 4所示, 吊钩组件 42为关键部件, 其包括锁芯 425、 吊钩 423、 转轴 421、 复位 弹簧 428和导向部 429等。 其中, 吊钩 423为两组, 每组两个, 两组吊钩 423相对设置, 每组吊钩 423具有共同的旋转轴 421以与另一组吊钩 423相向旋转;
吊钩 423的内侧上缘具有台阶部, 以在两所述台阶部之间容纳锁芯 425 ;如图 4可知, 图 4所示的状态为吊钩 423锁紧的状态, 在锁芯 425位于两所述台阶部之间时, 可以限制 吊钩 423转动, 从而防止吊钩 423意外松脱落锤装置 2; 在该状态下, 两吊钩 423之间的 相对面的间隙较小, 为防止两吊钩的向对面之间有运动干涉, 可将上述间隙加大, 或者将 转轴 421设置于上述相对面的上端以上的位置。
吊钩 423之间连接有复位弹簧 428, 复位弹簧 428的两端部分别连接于两吊钩 423上 部设置的连接柱 427。复位弹簧 428用于在锁芯 425脱离吊钩组件 42后带动两组吊钩 423 反向旋转以松开落锤装置 2;
而吊钩 423的内侧下缘具有半圆形的导向部 429,在所述提升框架 41在向下靠近落锤 装置 42的过程中, 两吊钩 423之间是张开的, 复位弹簧 428处于收缩状态, 下吊环 21穿 过两吊钩 423底端, 向导向部 429靠近, 直至与导向部 429接触, 在下吊环 21的作用力 下带动吊钩 423克服复位弹簧 428的反作用力, 相向旋转以使所述吊钩与下吊环 21侧面 211的吊钩凹槽 213, 同时锁芯 45卡入两台阶部之间, 实现锁紧。
提升电机 40位于立式机架 1的底部,提升电机 40与立式机架 1 (主要是其工作台 13 ) 分开单独安装, 这样能够大大减小立式机架 1的震动对提升电机 40的影响, 而且便于安 装与维修。
4、 夹持装置
夹持装置 3, 设置于立式机架 1顶部, 用于垂向夹持试样 6的顶端;
如图 5所示, 本发明的试样夹持方式采用液压楔形夹持方式。夹持装置 3包括夹具油 缸 33、 活塞 32、 夹具体 31、 两夹头块 36、 斜向下倾斜设置的钳口压板 34和推板 35。 如 图 5和图 6所示, 以图 6中的上方为前方, 下方为后方, 夹持装置的前面具有等腰梯形状 的开口, 夹头块 36呈直角梯形的形状, 在前后方向上, 被固定在钳口压板 34和背板 39 之间。
推板 35连接于活塞 32的下端部, 在活塞 32带动下上下移动。 两夹头块 36上端具有 与推板 35相配合工作的滑槽, 可水平滑动的与推板 35相连接。 两夹头块 36侧边可沿倾 斜设置的钳口压板 34滑动。
如图 6所示, 试样 6安装至两夹头块 6底部形成的圆孔 360中, 两夹头块 6的前端部 具有凸沿 361, 与钳口压板 34的凹槽 340相配合, 以实现两夹头块 36侧边与钳口压板 34 的滑动连接。
在活塞 33的作用力下, 推板 35向上运动时, 可带动两夹头块 36向上向外相对打开, 以夹持试样; 试样放入后, 在活塞 33的作用力下, 推板 35向下运动, 可带动两夹头块 36 向下向内相对闭合, 以将试样夹持在圆孔 360中。
夹头块 36采用高强度、 高硬度材料, 而夹头块 36内加工有与试样 6螺旋纹相符的螺 旋线, 保证测试时试样 6夹持的可靠性。
夹持装置 3配有独立的液压源, 可以实现夹持装置 3的手动控制, 油路原理图如图 6 所示。 油路上的组件包括油箱 331、 粗滤油器 332、 柱塞泵 333、 电机 334、 溢流阀 335、 压力表 337、 电磁换向阀 338, 按手持控制盒上的油泵启动按钮, 油泵得电, 再按油缸 33 的夹持按钮, 电磁阀 338左位得电, 实现夹紧功能, 夹紧试样 6, 夹紧按钮为点动按钮; 当一次试验结束后, 按油缸 33的松开按钮, 电磁阀 337的右位得电, 实现松开功能, 松 开试样 6; 当整个试验结束时, 按油泵停止按钮, 停机。
5、 防护装置和防护模块
本发明的动力学性能测试系统, 由于落下的落锤装置 2会产生较大的冲击力, 因此会 产生噪声及对参加测试人员的潜在危害, 因此尤需做好防护工作, 本发明的动力学性能测 试系统的防护主要包括两个方面, 即主机中的防护装置, 其侧重于是物理防护, 主要是通 过隔离等方式减少潜在危害, 而测控系统中的防护模块则侧重于是安全控制, 即从控制测 试进程方面防止测试系统产生潜在危害。
首先, 本发明的动力学性能测试系统, 其立式机架 1优选的设置在四面有防护墙或三 面有防护墙的下沉环境中, 减少噪声的危害, 而测控系统中的控制台则最好设置在相对较 高的位置, 例如防护墙的顶部。 为了便于操作人员操作, 可以在相对的两面防护墙之间搭 建天桥。
除之前所说的可以给维修人员在立式机架 1顶部作业带来安全保障的护栏 51夕卜, 防 护装置还包括设置于立式机架 1的左、前、右三个方向, 高度为两米的钢板防护网 53, 用 以防止飞物伤人;还有就是设置于工作台 13上的四个能量缓冲器 52,缓冲器 52用于对落 下的落锤装置 2起到缓冲和弹性支承的作用, 能够有效的减少噪声, 缓冲器 52位于落锤 装置 2正下方, 用以吸收试样 6断裂后落锤装置 2的剩余冲击能量。其工作方式为液压阻 尼式, 总能量吸收能力可为 10000焦耳。
对于本发明测控系统中的防护模块, 可有以下几方面的保护:
1 )开门断电保护: 当主机的某一部分出现故障, 或是需要拆卸配重铊 23时, 操作人 员需要将防护门打开才能进入主机, 一但防护门处于打开状态时, 本发明的动力学性能测 试系统的电气控制系统就会处于停机状态, 不接受任何指令。
2)上极限限位保护: 为避免提升电机 40操作疏忽而超过提升行程而造成 "撞车"现 象, 在最大行程处设有行程开关, 到达极限位置会自动停机。
3 )声光报警: 在其中一个支撑立柱 11顶端可设有一个声光报警器, 一但主机进入预 备落锤态, 声光报警器会闪动并发出报警声音。 落锤装置 2释放后, 报警器再自动关闭。
4) 另外, 对于提升装置的吊钩组件 42, 在其锁芯 424旁边设有检测装置, 用来判断 吊钩 423是否到位。 如果吊钩 423没有到位, 提升电机 40就不会向提升落锤装置 2的方 向运转。
6、 控制装置
本发明的动力学性能测试系统,其控制装置包括人机界面、可编程控制器 (简称 PLC)、 提升电机 40的变频器、 信号输入端和信号输出端等部分, 以控制落锤测试过程的正常进 行。
信号输入端输入的信号可以包括落锤高度选择、 二次打击选择、 防护网状态、 落锤落 下状态、 挂钩状态、 落锤开关状态、 由编码器获得的位移计数等, 而信号输出端输出的信 号可以包括落锤准备灯信号、 落锤使能信号、 光报警、 声报警、 防二次打击信号、 变频器 运行信号、 变频器停止信号等。
人机界面可以为触摸屏, 触摸屏显示语言的选择画面, 用户根据可选择简体汉字或英 语(ENGLISH) 的画面: 一旦选择了画面, 用户在不重新上电的情况下不能进行切换, 从 汉字界面切换到英语 (CHINESE TO ENGLIS ) 界面或从英语界面切换到汉字界面 (ENGLISH TO CHINESE) 必须切断电源, 重新上电进行选择。 人机界面中还具有 "调 试 (Test) "选项: 是为检验防二次打击和落锤三个电磁铁的动作是否正常而作的功能选 项, 用户正常做试验时不需进入, 一旦进入可在调试画面中退出。
例如选择中文进入后有下列选项:
移动速度 (Speed) : 为用户选择落锤装置 2 的提升速度, 用户通过速度给定编码器 来输入按用户要求的速度提升;
提升高度 (Hight): 在用户正确的确定了零位的情况下, 通过增量式的旋转编码器测量 来显示落锤装置 2所处的高度;
具有的能量 (Energy): 按照当时的高度和落锤装置 2的质量, 计算出的落锤装置 2具 有的冲击能量;
预置高度 (Pre-hight): 通过触摸屏输入需要的提升高度, 系统可以自动运行到该高度, 同时用户可通过点动进行位置的细调;
重锤质量 (Weight): 在基锤质量的基础上, 加上用户选择的配重陀的质量, 可以选择 增加或减少配重砣。
7、 感测装置
感测装置, 至少包括设置于所述托盘, 感测所述落锤装置垂直落下时对所述托盘的实 时冲击数据的测力传感器;
本实施例的动力学性能测试系统, 测力传感器可为 YFF-2 冲击力传感器。 感测装置 还可包括 KS60位移传感器、 作为测应变传感器的应变片、 DLF-4 型多功能电荷放大器、 作为数据采集模块的 INV3018A 数据采集仪等。 各传感器所采集的信号均发送给 INV3018A数据采集仪, 然后再传送给控制模块和分析模块。
YFF力传感器为压电石英晶体传感器。 它由两组石英晶体片、 电片、 力板、 壳和插座 组成, 为圆环形。 YFF力传感器具有很高的分辨率, 能在较大初始负载情况下, 测量小到 0.025N力的变化。
当需要测量的外力均匀地作用在传感器承力面时,石英晶体片的表面产生与外力成正 比的电荷, 由导电片接收, 通过连接导线连到电荷放大器, 输出成比例的电压信号。
YFF系列传感器是利用石英晶体的纵向压电原理, 将 "力"转换成 "电荷"的变换装 置。 传感器产生的电荷正比于被测外力, 通过电荷放大器将电荷按比例地转换成电压, 再 用显示或记录仪直接读出被测力的大小及其变化。
本发明的动力学性能测试系统, YFF力传感器是设置在托盘 61的下表面。 其感测点 可分布于同一圆周上且间隔 90度
8、 分析模块
通常由电脑运行数据分析程序(DASP V10 工程版)来完成, 对于按照测试要求采集 来的数据, 按照本领域的通行分析方法进行分析, 并且测量出每次冲击后杆体自身的伸长 量和径向变形量, 分别绘制"冲击高度-冲击变形量"试验曲线、 "冲击高度-累计变形量" 试验曲线、 "累计冲击能量-累计冲击变形量 "试验曲线、 "冲击能量 -冲击阻力"试验曲 线, 由输出模块进行输出。
9、 输出模块
输出模块的输出, 主要有两个方面, 一个是测试结果的输出, 一个是测试中间数据的 输出。 测试结果可以通过显示器输出, 并将测试数据存储于电脑的硬盘中, 也可以通过外 接的显示屏进行输出。而对于测试中间数据, 也可以通过电脑显示器和外接显示屏实时输 出。
本发明的动力学性能测试系统, 主要技术指标可为:
试样尺寸: 2.5ηιΧ Φ 32、 取样空间: 500mm、 最大冲击能量: 15000J、 锤体总质量: 1000kg;基本锤体质量: 840kg,配重铊数量 4件,每件 40kg、有效使用高度范围: 0-1.5m, 提升高度线性度: 0.5% (采用拉线编码器) 、 提升速度: 0〜3m/min无级可调、 主机高度: 约 4.5m、 主机高度空间: 约 5.5m、 主机占地面积: 约 3mX 3.5m。
以下再介绍一下本发明的动力学性能测试系统的操作步骤: 准备工作包括以下的步骤:
( 1 ) 安装试样, 检查夹持部位是否与锚杆杆体啮合。
(2) 在托盘底部安装力传感器, 位移传感器 (如果要连接应变片, 应在实验前将应 变片贴在锚杆上) 。
(3 ) 打开总电源开关, 接通电路, 检查电路是否能够正常工作。
(4) 检查力传感器, 位移传感器和应变片是否能够正常读数。
(5 ) 检查所有控制键是否能够正常工作。
测试过程中的操作步骤:
( 1 ) 接通电源。
(2) 打开启动开关, 等待数秒种, 触摸屏显示语言的选择画面, 用户根据可选择简 体汉字或英语 (ENGLISH) 的画面, 例如选择中文界面。
(3 ) 进入中文界面。
(4)设置落锤装置的提升速度, 刚开始速度不要设置的太快, 在 lOOmm/s左右最佳。
( 5 ) 手动控制将锤体轻轻落在垫块上, 以仪器上位移拉线处于保持弹性的极限为标 准, 然后位置对零。
( 6) 在用户正确的确定了零位的情况下, 通过触摸屏输入需要的提升高度, 系统可 以自动运行到该高度, 同时用户可通过点动进行位置的细调。
( 7) 锤体运行到设定高度后, 点击落锤准备, 这时响起警报声, 再点击控制台上红 色按钮, 落锤装置 2自由降落。
( 8) 冲击完成后点击自动取锤。
本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本 发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰,均属本发 明的权利要求的保护范围之内。

Claims

权利要求
1.一种动力学性能测试系统, 用于测试锚杆或锚索的动力学性能, 其特征在于, 所述 动力学性能测试系统包括主机和测控系统:
所述主机包括:
立式机架;
夹持装置, 设置于所述立式机架顶部, 用于垂向夹持试样的顶端, 所述试样包括试样 本体和所述试样本体底端的托盘;
落锤装置, 用于从所述立式机架的一设定高度处垂直落下以冲击所述托盘; 提升装置, 用于将处于所述立式机架底部的所述落锤装置提升到所述设定高度; 以及 防护装置, 用于进行物理防护与隔离以减少人身危害和噪声。
所述测控装置, 控制所述落锤装置进行落锤的参数选择及提升、 落下的过程, 并由力 传感器感测所述落锤装置垂直落下时对所述托盘的实时冲击,并分析从所述感测装置接收 的实时冲击数据, 形成并输出测试结果。
2.如权利要求 1所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述落锤装置具有用于所 述试样本体穿过的中心通孔。
3.如权利要求 2所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述立式机架包括四根支 撑立柱、 两根导向立柱、 设置于所述支撑立柱顶端的固定横梁、 设置于支撑立柱底端的工 作台及所述固定横梁顶端由围栏所围成的顶端平台,所述落锤装置上在所述中心通孔的两 侧与所述中心通孔平行的设置有一对用于所述导向立柱穿过的导向滑套。
4.如权利要求 2或 3所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述力传感器为压电 式力传感器。
5.如权利要求 2所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述立式机架的四周具有 防护墙, 所述立式机架的底部具有对落锤装置落地起到缓冲作用的液压阻尼缓冲器。
6.如权利要求 2所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述夹持装置采用楔形夹 持方式, 所述夹持装置的夹头块内加工有与所述试样的螺旋纹相符的螺旋线。
7.如权利要求 6所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述力传感器上的感测点 分布于同一圆周上且间隔 90度。
8.如权利要求 1所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述落锤装置包括可以增 减所述落锤装置自重的配重砣。
9.如权利要求 1所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述控制装置检测到所述 落锤装置已经到达设定高度时, 切换所述控制状态至落锤准备状态, 并发出警告信号。
10.如权利要求 7所述的动力学性能测试系统,其特征在于,所述提升装置通过提升电 机来提升所述落锤装置, 所述提升电机为变频制动摆线针轮减速电机。
11. 如权利要求 8所述的动力学性能测试系统, 其特征在于, 所述落锤装置包括上锤 体、 下锤体、 多组配重砣、 设置于所述上锤体上表面的下吊环和连接所述上锤体和所述下 锤体的两连接锤体, 所述配重砣设置于两所述连接锤体之间; 所述下吊环具有两端面和两 侧面, 在所述两侧面上设置有吊钩凹槽, 用于与所述提升装置的吊钩卡合; 所述多组配重 砣之间由定位杆和定位柱进行水平定位。
12. 如权利要求 11所述的动力学性能测试系统,其特征在于,所述定位杆可旋转的设 置于所述下锤体上表面;
所述定位杆的顶端为正四棱柱形状, 所述顶端穿过所述上锤体, 对接于一设置在所述 上锤体上表面的定位块的垂直凹陷面以限制所述定位杆旋转;
所述定位块抵靠于所述下吊环的端面, 所述定位块上设置有长孔, 所述长孔上穿设压 紧螺母以将所述定位块固定于所述上锤体上表面;
位于所述上锤体和所述下锤体之间的所述定位杆具有两平行侧面和两圆弧端面,所述 两圆弧端面与所述配重砣上的圆弧凹陷相配合以水平定位所述配重砣,旋转定位杆将两圆 弧端面转离所述圆弧凹陷以增加所述配重砣。
13. 如权利要求 11所述的动力学性能测试系统,其特征在于,所述提升装置的吊钩设 置在一提升框架内, 所述提升框架包括横向框架和连接于横向框架后端的竖向框架; 所述横向框架内设置有吊钩组件, 所述吊钩组件包括吊钩; 所述横向框架的两端具有 用于固定连接钢丝绳一端的卡轮套,所述钢丝绳的另一端经过所述顶端平台上设置的滑轮 组, 进而连接于设置于所述立式机架底部的提升电机; 所述卡轮套的内侧设置有用于所述 导向立柱穿过的通孔;
所述竖直框架内设置有电磁铁, 所述吊钩组件两侧铰接有旋转臂, 所述旋转臂上连接 有锁芯, 所述电磁铁通电时带动所述旋转臂旋转以使所述锁芯脱离所述吊钩组件, 所述电 磁铁断电时所述旋转臂下落以使所述锁芯返回所述吊钩组件以锁紧所述落锤装置。
14. 如权利要求 13所述的动力学性能测试系统,其特征在于,所述吊钩组件包括相对 设置的两组吊钩, 每组所述吊钩具有共同的旋转轴以与另一组所述吊钩相向旋转;
所述吊钩的内侧上缘具有台阶部, 以在两所述台阶部之间容纳所述锁芯; 两所述吊钩之间连接有复位弹簧,所述复位弹簧用于在所述锁芯脱离所述吊钩组件后 带动所述两组吊钩反向旋转以松开所述落锤装置;
所述吊钩的内侧下缘具有半圆形的导向部, 以在所述下吊环的作用力下带动所述吊钩 相向旋转以使所述吊钩锁紧所述落锤装置。
15. 如权利要求 11所述的动力学性能测试系统,其特征在于,所述夹持装置包括夹具 油缸、 活塞、 夹具体、 两夹头块、 斜向下倾斜设置的钳口压板和推板, 所述推板连接于活 塞端部, 在所述活塞带动下上下移动, 所述两夹头块上端可水平滑动的连接于推板底部, 所述两夹头块侧边可滑动的连接于所述钳口压板。
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