[發明專利]一種基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202210236279.8
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114594007A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 李學龍;陳紹杰;劉瑞;尹大偉;神文龍;鄒全樂;劉淑敏;翟明華;孫中光;付建華;劉江偉;孔彪
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/317
• 分類號: G01N3/317;G01N3/30;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 成都坤倫厚樸專利代理事務所(普通合伙) 51247
• 代理人: 楊敬禹

1.一種基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置，其特征在于，所述可控爆破沖擊實驗裝置包括實驗臺框架、加載裝置、蓄能沖擊裝置和相似材料模型；其中，所述實驗臺框架包括底部支架、左立柱、右立柱以及安裝在左立柱和右立柱上部的頂部支架；所述加載裝置包括側向加壓裝置和上部液壓桿；所述蓄能沖擊裝置包括電磁彈簧和外接于電磁彈簧的電磁控制顯示器、電源、電磁線、傳感器一，所述蓄能沖擊裝置連接至計算機，其中，所述電磁控制顯示器信號輸入端通過信號線連接設置計算機傳感器控制裝置，以對電磁彈簧的彈性力的大小和方向進行可調控制；所述加載裝置安裝于實驗臺框架上，用于對安裝于實驗臺框架內的相似材料模型進行加載。

2.如權利要求1所述的基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置，其特征在于，所述電磁彈簧安裝于上部液壓桿上，通過外接計算機能夠精確控制電磁彈簧的沖擊值，常規狀態下，上部電磁彈簧為收縮狀態，在上部液壓桿的作用下對相似材料模型提供上部載荷，當需要進行沖擊模擬時，提升待沖擊區域的上部液壓桿，再根據實驗需求安裝沖擊球和/或沖擊板，并通過計算機控制電磁彈簧的沖擊值，通過釋放蓄能的電磁彈簧，以模擬爆破所產生的沖擊。

3.如權利要求2所述的基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置，其特征在于，所述上部液壓桿可進行伸縮，當鋪設的相似材料模型過低時，可將液壓桿向下伸出，在相似材料模型頂部鋪設鋼板或柔性加載氣囊，上部液壓桿在初始狀態為相似材料模型提供向下的壓力，以模擬地應力。

4.如權利要求3所述的基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置，其特征在于，還包括左、右兩側電磁彈簧固定裝置，所述左、右兩側電磁彈簧固定裝置上部均安裝于頂部支架上，下部與上部液壓桿連接，用以固定電磁彈簧。

5.如權利要求4所述的基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置，其特征在于，所述相似材料模型內部還布設有傳感器二，用于監測應力及位移變化。

6.一種如權利要求1-5所述的基于電磁彈簧的可控爆破沖擊實驗裝置的使用方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：

S1.根據所研究礦區的地質條件和鉆孔資料，對相似材料進行選取和配比；

S2.按照相似原則，在相似材料模型內鋪設相似材料；

S3.在相似材料模型頂部鋪設鋼板或柔性加載氣囊，下放液壓桿，提供上部載荷，根據實驗要求在相似材料模型兩側施加荷載；

S4.在相似材料模型內布設傳感器，監測應力及位移變化；

S5.提升待沖擊區域的上部液壓桿，根據實驗需求安裝沖擊球和/或沖擊板；

S6.計算需要對相似材料模型提供的沖擊載荷，將蓄能沖擊裝置通過數據線連接至計算機，通過計算機控制電磁彈簧的沖擊值，具體為，在計算機中計算需要施加的沖擊載荷，并選定沖擊加載的位置，利用電磁彈簧進行沖擊；

S7.模擬爆破所產生的沖擊，通過傳感器對沖擊效果進行監測。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S4中，通過在相似材料模型中鋪設的傳感器，監測沖擊載荷的加載值，如未達到要求則進行多次沖擊加載。

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S5具體為，當鋪設完相似材料后，需要模擬爆破沖擊時，向上收回上部液壓桿，在蓄能彈簧下部安裝鋼球，以保證沖擊載荷的點接觸，如需要面接觸則在鋼球下部外接沖擊板，實現大面積范圍的沖擊。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述向上收回上部液壓桿的步驟包括，同時向上收回多個上部液壓桿，利用計算機控制向上收回的所述多個上部液壓桿所對應的電磁彈簧，利用所述多個上部液壓桿所對應的電磁彈簧進行多點爆破沖擊模擬。

10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在進行多點爆破沖擊模擬時，所述多個上部液壓桿所對應的電磁彈簧中的每一個電磁彈簧的沖擊值與所述多個上部液壓桿所對應的電磁彈簧中的其他電磁彈簧的沖擊值相同或不同。