[發(fā)明專利]一種能施加可控沖擊載荷的相似模擬實驗裝置

在審

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• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109100109A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 韋四江;吳怡凡;崔峰;李輝輝;王重洋;張省
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 鄭州金派特知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 41167
• 代理人: 韓平英

本發(fā)明公開了一種能施加可控沖擊載荷的相似模擬實驗裝置，即集相似模擬試驗裝置與擺錘沖擊相似材料模型裝置為一體，開挖巷道模型后，預先埋設沖擊桿件于巷道支護模型周圍，通過落錘打擊沖擊桿件，宏觀的對模型內(nèi)部施加沖擊載荷。基于相似定理及能量守恒定理，切換不同質(zhì)量的錘頭質(zhì)量或擺桿預仰角，可實現(xiàn)不同的沖擊載荷的施加，并保證了所給巷道模型的沖擊能量與現(xiàn)場沖擊地壓發(fā)生時的沖擊能量一致性。本發(fā)明的擺錘沖擊裝置結構簡單，可根據(jù)不同需求對模型施加既定的動載荷，具有可控性，結合礦井沖擊地壓現(xiàn)場情況，對研究動載下的巷道破壞試驗等能夠起到一定的指導作用。

技術領域

本發(fā)明涉及巖體工程模擬實驗領域，具體涉及一種能施加可控沖擊載荷的相似模擬實驗裝置。

背景技術

沖擊地壓是深井開采巷硐圍巖冒落、支護結構失穩(wěn)，乃至大范圍閉合的主要原因，是制約深部礦井開采的主要動力災害之一。發(fā)生沖擊時，載荷集中局部化的問題抽象，很難直接監(jiān)測及掌控。

相似模擬試驗可有效模擬出現(xiàn)場情況，現(xiàn)有對模型靜載荷的施加有液壓油缸或靠材料自重等方法進行模擬。而動載荷的施加通過一些機械手段或爆破的方式，對于采礦、隧道等工程領域，動載荷的產(chǎn)生往往來自于巖體內(nèi)部，所以人工錘擊的方式施加動載荷不能很好模擬現(xiàn)場，并且動載荷的施加方法效率低，施加載荷大小把握不準確，動力源不穩(wěn)定，得出結論與現(xiàn)場情況匹配性差；像使用爆竹、雷管等炸材，通過爆破技術給模型施加動載荷的方式也為常見，雖然載荷大小可明確，但載荷施加方向不可控，試驗過程危險且效果一般。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能施加可控沖擊載荷的相似模擬實驗裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是，一種能施加可控沖擊載荷的相似模擬實驗裝置，包括支撐架和相似材料模型架，支撐架和相似材料模型架均設置在底座上，且相似材料模型架位于支撐架后側(cè)；支撐架右側(cè)上下兩端的內(nèi)側(cè)分別固定安裝有上、下同步輪固定架，支撐架左側(cè)設置有左側(cè)板，左側(cè)板上下兩端的內(nèi)側(cè)分別固定安裝有上、下軸承座；上、下同步輪固定架內(nèi)分別設置有上、下同步輪；還包括上連接軸、下連接軸、上鏈輪和下鏈輪，上鏈輪和上同步輪分別套設在上連接軸的左右兩端，且上鏈輪和上同步輪均與上連接軸固定連接，下鏈輪和下同步輪分別套設在下連接軸的左右兩端，且下鏈輪和下同步輪均與下連接軸固定連接；上連接軸的左端通過軸承與上軸承座轉(zhuǎn)動連接，上連接軸的右端與上同步輪固定架轉(zhuǎn)動連接，下連接軸的左端通過軸承與下軸承座轉(zhuǎn)動連接，下連接軸的右端與下同步輪固定架轉(zhuǎn)動連接；上下鏈輪之間設置有鏈條，上下同步輪之間設置有同步帶；所述上連接軸中部固定連接有一個擺桿，擺桿的下端設置有擺錘；左側(cè)板的左側(cè)壁上固定連接有讀盤，下連接軸的左端依次穿過左側(cè)板和讀盤并延伸至讀盤的左側(cè)，讀盤的軸向中心線與下連接軸的軸向中心線在同一直線上；下連接軸位于讀盤左側(cè)的部分固定連接有手柄，手柄與下連接軸連接處的外側(cè)固定連接有指針。

優(yōu)選的，所述擺錘包括錘頭以及固定設置在錘頭前側(cè)的螺紋桿，所述螺紋桿上串接有若個砝碼，并通過螺母將砝碼固定在螺紋桿上。

優(yōu)選的，所述上鏈輪和上連接軸之間、上同步輪和上連接軸之間、下鏈輪和下連接軸之間、下同步輪和下連接軸之間均通過鍵固定連接。

優(yōu)選的，所述讀盤上刻有角度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：用簡易的擺錘沖擊裝置替代傳統(tǒng)機械設備，操作簡單，施加的動載荷大小和方向穩(wěn)定，具有可控性；沖擊載荷施加方位在相似模型內(nèi)部，同時可針對巷道頂板、幫部及底板不同施加位置做出調(diào)整；試驗結果可反映動靜載下巷道的變形破壞特征，試驗效果達到要求。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的整體結構右側(cè)示意圖；