[發明專利]一種懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置

有效

• 申請號: 201910057679.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109765018B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 神文龍;南華;陳淼;李學龍;王猛;肖同強;王襄禹;柏建彪
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01N3/12
• 代理公司: 鄭州浩德知識產權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發明公開了一種懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置，包括：實驗架、實驗臺、加載系統、分壓裝置，所述實驗架由底座、側護梁、頂梁以及前后擋板組成，所述底座和頂梁被側護梁固定連接，所述底座上部和頂梁下部設有滑道，用于支撐和約束前后擋板，所述擋板下部設有兩個定向輪，保證擋板沿滑道移動；所述實驗臺由固定實驗臺、移動實驗臺以及可控壓力氣囊組成，所述固定實驗臺固定于底座上，用于支撐試驗對象，所述移動實驗臺可在底座上移動，并低于固定實驗臺，所述可控壓力氣囊放置于移動實驗臺上方，用于模擬變壓力支撐體；試驗對象與實驗臺、可控壓力氣囊、壓盤、彈簧支撐板之間存在緩沖墊，防止對試驗對象表面的加載損耗。

技術領域

本發明涉及采動堅硬頂板斷裂產生動力載荷的實驗測試領域，尤其是一種懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置。

背景技術

靠近開采煤層存在多層厚層堅硬頂板，在采空區邊緣易形成懸臂梁結構，相鄰下區段工作面開采產生超前支承應力作用到懸臂梁結構上，當懸臂梁結構無法支撐采動附加支承應力時，其會發生瞬時斷裂釋放震動載荷，這種震動載荷會傳遞并作用到其下方的鄰空巷道，誘導鄰空巷道圍巖發生瞬時大變形破壞，甚至沖擊礦壓等煤巖動力災害，嚴重影響了井工安全開采；基于以上問題，如何確定采動附加支承應力作用下，懸臂梁結構斷裂瞬間釋放的震動載荷成為該領域工程技術人員急需解決的技術難題。

發明內容

本發明目的在于克服已有技術的不足之處，提供一種經濟成本低、勞動強度小、操作簡單的確定采動支承應力作用下懸臂梁頂板結構破斷瞬間釋放動力載荷的實驗方法。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：一種懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置，包括：實驗架、實驗臺、加載系統、分壓裝置，所述實驗架由底座、側護梁、頂梁、前擋板以及后擋板組成，所述底座和頂梁被側護梁固定連接，所述底座上部和頂梁下部設有滑道，用于支撐和約束前擋板和后擋板，所述前擋板和后擋板下部分別設有兩個定向輪，保證其沿滑道移動；所述實驗臺由固定實驗臺、移動實驗臺以及可控壓力氣囊組成，所述固定實驗臺固定于底座上，用于支撐試驗對象，所述移動實驗臺可在底座上移動，并低于固定實驗臺，所述可控壓力氣囊放置于移動實驗臺上方，用于模擬變壓力支撐體；所述加載系統由液壓缸體、活柱、壓盤組成，所述液壓缸體固定于頂梁上，用于固定試驗對象和施加載荷，所述壓盤與活柱端部采用螺紋連接，根據試驗對象的尺寸可更換壓盤；所述分壓系統由方形鋼板、剛性彈簧、彈簧支撐板組成，所述方形鋼板與其上方的壓盤固定在一起，保證每組剛性彈簧位移相等，所述剛性彈簧的剛度可根據實際應力場調節，所述彈簧支撐板位于剛性彈簧的兩端，上方與方形鋼板接觸，下方與緩沖墊接觸；試驗對象與固定實驗臺、移動實驗臺、可控壓力氣囊、壓盤、彈簧支撐板之間存在緩沖墊，防止加載時試驗對象表面的損耗。

優選的，所述實驗架是一個開閉空間，由前擋板和后擋板控制開閉，前擋板和后擋板可通過銷釘固定在側護梁上。

優選的，所述固定試驗臺通過螺栓與底座固定在一起，所述移動試驗臺可在底座上方中央滑道內平移。

優選的，所述壓盤與方形鋼板采用螺栓固結在一起。

優選的，沿試驗對象延伸方向上所述剛性彈簧的彈簧系數不同，用于模擬非均布應力場，其與彈簧支撐板之間采用螺釘和鋼片固定連接，并可拆卸。

優選的，所述可控壓力氣囊配有壓力控制閥，變形壓縮過程中氣壓可保持恒定，可控壓力氣囊的數量根據移動試驗臺的尺寸確定。

一種懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置，所述懸臂梁結構斷裂瞬間釋放動載的實驗裝置的使用方法具體包括如下步驟：

S1：實驗準備：根據試驗對象的尺寸，選擇并確定壓盤、方形鋼板、移動實驗臺；根據試驗對象的受力環境，選擇并確定剛性彈簧的數量和剛度系數以及可控壓力氣囊的數量和壓力閾值。