[發明專利]一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架

在審

• 申請號: 202010010748.5
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157348A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 南存全;武小慧;丁維波;王禮江;吳雨笛
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02;G01L1/22
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

1.一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，單個微型支架包括底座(1)、焊接在所述底座(1)上的方形活塞缸體(2)、套接于所述方形活塞缸體(2)內的方形活塞(3)，所述方形活塞(3)的頂部焊接有頂梁(4)，所述方形活塞(3)的底部橫置一塊彈簧板(8)，所述彈簧板(8)上粘貼有應變片(9)，所述應變片(9)通過導線(11)連接于電阻應變儀(10)；

每個微型支架的底座(1)和彈簧板(8)之間配置有一個用于控制頂梁(4)的升降的異形凸輪(7)，每個異形凸輪(7)安裝固定在一根轉軸(6)上；相鄰的兩個異形凸輪(7)的安裝角度不一致。

2.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述異形凸輪(7)由半圓柱體和半橢圓柱體組成，所述半圓柱體的直徑等于所述半橢圓柱體的長軸長度，所述異形凸輪(7)的軸向開有圓孔，該圓孔的中心與所述半圓柱體的中心重合，該圓孔的直徑與所述轉軸(6)的直徑相等，所述異形凸輪(7)的高度小于所述方形活塞(3)的內部尺寸。

3.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述方形活塞缸體(2)的前后兩側設有貫通其上邊緣的倒置的T形缺口，用于安裝和支撐所述轉軸(6)；所述方形活塞缸體(2)的左側或右側設有貫通其上邊緣的矩形缺口，用于安置所述導線(11)。

4.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述彈簧板(8)為U型槽狀彈性鋼結構，其槽底的寬度小于所述方形活塞(3)的內寬，其槽幫的高度小于所述異形凸輪(7)的高點到底座(1)的距離與所述頂梁(4)的最大下降量之差，其槽底的長度和厚度按照確定的支架所受模型頂板壓力計算確定；

微型支架支撐力的計算公式為：

式中：P_m為模型支架最大載荷；P_h為實際采煤工作面液壓支架額定工作阻力；S_h為實際采煤工作面液壓支架最大控頂距；B_h為實際采煤工作面相鄰液壓支架中心距；γ_m為相似實驗材料容重；γ_h為原型容重；α_L為相似材料實驗幾何相似比；S_m為模擬開采最大控頂距；B_m為模擬開采微型支架鄰架中心距；

微型支架的頂梁(4)最大下沉量、彈簧板(8)的寬度、厚度、受力點間距的計算公式為：

式中：Y為彈簧板的最大撓度，由相似材料實驗幾何相似比確定；L為彈簧板簡支梁受力支點距離；X為彈簧板簡支梁的寬度；H為彈簧板的厚度；E為彈簧板鋼的彈性模量；I為彈簧板簡支梁截面的慣性矩。

5.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述頂梁(4)的下方焊接有與所述頂梁(4)傾斜設置的掩護梁(5)，所述頂梁(4)的長度比所述方形活塞(3)的寬度大，并在方形活塞(3)的左右兩側形成有傘檐。

6.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述方形活塞缸體(2)和方形活塞(3)均為空心方形殼體，所述方形活塞缸體(2)的底部開口焊接在所述底座(1)上，其頂部為開口式；所述方形活塞(3)的頂部開口焊接于所述頂梁(4)上，其底部開口固定于所述彈簧板(8)上并套接于所述方形活塞缸體(2)內。

7.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述方形活塞(3)的左側或右側設有貫通其下邊緣的矩形缺口，用于安置所述導線(11)。

8.如權利要求1所述的用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，其特征在于，所述轉軸(6)的一側端部連接有旋轉曲柄(12)，通過轉動所述旋轉曲柄(12)調整支架內的異形凸輪(7)的位置。