[發明專利]一種立井鑿井井架模型試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201510216954.0
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104897383B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 杜健民;王帥;劉志強;王博
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

1.一種立井鑿井井架模型試驗系統，包括立井井架模型（25），鋼結構臺架系統，其特征在于，還包括加載系統和采集系統，所述立井井架模型（25）為平頂四棱錐體，其頂端設有至少一個天輪平臺（29），所述天輪平臺（29）上設有至少兩個相互對稱的天輪Ⅰ（16）和天輪Ⅱ（17）；

所述鋼結構臺架系統主要由立柱、邊角底座和中心基座（20）組成，所述邊角底座包括第一底座（1）、第二底座（2）、第三底座（3）和第四底座（4），上述四個底座呈方形地分布在立井井架模型（25）的四個底腳處，所述中心基座（20）設置在四個底座的中心區域并分別與四個底座固定連接，所述四個底座所形成方形的四個邊與立井井架模型（25）的四個底邊相互平行，所述立柱包括立柱Ⅰ（5）、立柱Ⅱ（6）、立柱Ⅲ（7）和立柱Ⅳ（8），所述立柱Ⅰ（5）和立柱Ⅲ（7）相互對稱的設置在第一底座（1）和第三底座（3）上，所述立柱Ⅱ（6）和立柱Ⅳ（8）相互對稱的設置在第二底座（2）和第四底座（4）上，所述立柱Ⅰ（5）的上部和立柱Ⅱ（6）的上部之間、立柱Ⅲ（7）的上部和立柱Ⅳ（8）的上部之間各至少設有一根第一水平支撐（9-1），所述立柱Ⅰ（5）的上部和立柱Ⅲ（7）的上部之間、立柱Ⅱ（6）的上部和立柱Ⅳ（8）的上部之間各設有至少一根第一上橫梁（10-1），所述立柱Ⅰ（5）的下部和立柱Ⅲ（7）的下部之間、立柱Ⅱ（6）的下部和立柱Ⅳ（8）的下部之間各設有至少一個下橫梁（11）；

所述加載系統主要包括至少一根鋼絲繩Ⅰ（12）、至少一根鋼絲繩Ⅱ（13）、至少一根拉力傳感器Ⅰ（14）、至少一根拉力傳感器Ⅱ（15）、至少一個轉向器Ⅰ（27）和至少一個轉向器Ⅱ（28），所述轉向器Ⅰ（27）設置在立柱Ⅰ（5）和立柱Ⅲ（7）之間的第一上橫梁（10-1）上，所述轉向器Ⅱ（28）設置在立柱Ⅱ（6）和立柱Ⅳ（8）之間的第一上橫梁（10-1）上，所述鋼絲繩Ⅰ（12）的一端固定在中心基座（20）上，其另一端從立井井架模型（25）中穿過后依次繞過天輪Ⅰ（16）、轉向器Ⅰ（27）并與位于立柱Ⅰ（5）和立柱Ⅲ（7）之間的下橫梁（11）上的緊繩器Ⅰ（18）連接；所述鋼絲繩Ⅱ（13）的一端固定在中心基座（20）上，其另一端從立井井架模型（25）中穿過后依次繞過天輪Ⅱ（17）、轉向器Ⅱ（28）并與位于立柱Ⅱ（6）和立柱Ⅳ（8）之間的下橫梁（11）上的緊繩器Ⅱ（19）連接，所述拉力傳感器Ⅰ（14）、拉力傳感器Ⅱ（15）分別設置在鋼絲繩Ⅰ（12）、鋼絲繩Ⅱ（13）上，所述拉力傳感器Ⅰ（14）位于天輪Ⅰ（16）和中心基座（20）之間，所述拉力傳感器Ⅱ（15）位于天輪Ⅱ（17）和中心基座（20）之間；

所述采集系統包括數據采集儀，應變傳感器和位移傳感器，所述應變傳感器和位移傳感器均設置在立井井架模型（25）上，所述數據采集儀用于接收來自于應變傳感器和位移傳感器的信號。

2.根據權利要求1所述的一種立井鑿井井架模型試驗系統，其特征在于，還包括立柱Ⅴ（21）、立柱Ⅵ（22）、立柱Ⅶ（23）和立柱Ⅷ（24），所述立柱Ⅴ（21）和立柱Ⅵ（22）相互對稱的設置在第一底座（1）和第二底座（2）上，所述立柱Ⅶ（23）和立柱Ⅷ（24）相互對稱的設置在第三底座（3）和第四底座（4）上，所述立柱Ⅴ（21）的上部和立柱Ⅶ（23）的上部之間、立柱Ⅵ（22）的上部和立柱Ⅷ（24）的上部之間各至少設有一根第二水平支撐（9-2），所述立柱Ⅴ（21）的上部和立柱Ⅵ（22）的上部之間、立柱Ⅶ（23）的上部和立柱Ⅷ（24）的上部之間各設有至少一根第二上橫梁（10-2），所述立柱Ⅴ（21）的下部和立柱Ⅵ（22）的下部之間、立柱Ⅶ（23）的下部和立柱Ⅷ（24）的下部之間各設有至少一根下橫梁（11）。

3.根據權利要求2所述的一種立井鑿井井架模型試驗系統，其特征在于，所述立柱Ⅰ（5）和第一底座（1）之間、立柱Ⅴ（21）和第一底座（1）之間、立柱Ⅱ（6）和第二底座（2）之間、立柱Ⅵ（22）和第二底座（2）之間、立柱Ⅲ（7）和第三底座（3）之間、立柱Ⅶ（23）和第三底座（3）之間、立柱Ⅳ（8）和第四底座（4）之間、立柱Ⅷ（24）和第四底座（4）之間均設有斜支撐（26）。

4.一種利用權利要求1所述的一種立井鑿井井架模型試驗系統進行試驗的方法，其特征在于，包括收下步驟：

（1）將第一底座（1）、第二底座（2）、第三底座（3）和第四底座（4）設置在對應立井井架模型（25）的四個底腳處，在上述四個底座的中心區域設置中心基座（20）；

（2）將立井井架模型（25）的四個底腳分別與上述四個底座固定連接；

（3）利用立柱、邊角底座、第一水平支撐（9-1）、第一上橫梁（10-1）和下橫梁（11）進行鋼結構臺架系統的組裝；

（4）先將拉力傳感器Ⅰ（14）、拉力傳感器Ⅱ（15）分別設置在鋼絲繩Ⅰ（12）、鋼絲繩Ⅱ（13）的中部，將轉向器Ⅰ（27）設置在立柱Ⅰ（5）和立柱Ⅲ（7）之間的第一上橫梁（10-1）上，將轉向器Ⅱ（28）設置在立柱Ⅱ（6）和立柱Ⅳ（8）之間的第一上橫梁（10-1）上，將緊繩器Ⅰ（18）設置于立柱Ⅰ（5）和立柱Ⅲ（7）之間的下橫梁（11）上，將緊繩器Ⅱ（19）設置于立柱Ⅱ（6）和立柱Ⅳ（8）之間的下橫梁（11）上，再將鋼絲繩Ⅰ（12）、鋼絲繩Ⅱ（13）的一端分別與中心基座（20）進行固定連接，使鋼絲繩Ⅰ（12）的另一端從立井井架模型（25）中穿過后依次繞過天輪Ⅰ（16）、轉向器Ⅰ（27）并與緊繩器Ⅰ（18）進行連接，使鋼絲繩Ⅱ（13）的另一端從立井井架模型（25）中穿過后依次繞過天輪Ⅱ（17）、轉向器Ⅱ（28）并與緊繩器Ⅱ（19）進行連接；

（5）將多個應變傳感器、多個位移傳感器設置在立井井架模型（25）的關鍵桿件上，并使其與數據采集儀進行電連接；

（6）調整好轉向器Ⅰ（27）、轉向器Ⅱ（28）的轉向角度，通過緊繩器Ⅰ（18）和緊繩器Ⅱ（19）分別對鋼絲繩Ⅰ（12）和鋼絲繩Ⅱ（13）施加預定拉力，這樣就可實現對井架模型（25）進行加載力的施加，通過拉力傳感器Ⅰ（14）、拉力傳感器Ⅱ（15）實時測量出鋼繩Ⅰ（12）和鋼絲繩Ⅱ（13）的在試驗過程中所承受的拉力大小；

（7）通過數據分析儀讀取并記錄立井井架模型（25）在各個工況下的受力及變形情況。