一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法
2023-07-25 12:49:16 2
一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法
【專利摘要】一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法；該平臺試驗機上方設有活動橫梁、傳感器、截齒套筒及試驗截齒，下方試驗箱體內部設有超薄千斤頂和壓力傳感器；試驗箱體底部橫向設有旋轉螺杆與弧形齒座嚙合，並通過滑塊使兩者固定連接；弧形齒座套裝於中心轉軸上，旋轉座平裝於其下部的縱向滑座，縱向滑座與其下的縱向滑座套匹配連接；縱向滑座套連接在底座上部的橫向滑道裡，通過縱向絲槓、橫向絲杆和中心轉軸，即能實現平臺縱橫位置移動和 360 °旋轉運動，本試驗平臺結構簡單，製作容易，可更換截齒或不同尺寸試樣、進行圍壓控制以及調整截齒任意侵入角度及位置的試驗功能，適應於複雜環境條件下截齒侵入煤巖破裂機理的試驗研究。
【專利說明】一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法，屬於採礦工程領域和機械測試領域。
【背景技術】
[0002]我國是以煤炭為主要能源的國家之一，未來我國煤炭開採深度與難度越來越大，採掘機械在保證高效安全生產方面起著關鍵的作用。作為截割的主要部件，截齒在破碎煤巖過程中處於惡劣的環境條件，包括煤巖的物理力學性質、截齒的性能及破碎時侵入煤巖的角度、地層壓力大小等均對採掘效果產生了重要影響。
[0003]截齒侵入煤巖破裂機理的基本試驗，對於研究截齒的性能及截齒與煤巖匹配關係、煤巖材料的破裂過程及最終破碎形態不可忽視。截齒侵入煤巖破裂過程可看成是準靜態過程，目前，截齒侵入試驗平臺大都是在傳統試驗機的基礎上將原有壓頭改作截齒夾具進行截齒垂直侵入試驗，進行截齒變角度侵入試驗難以進行控制，且煤巖外圍條件多數不受限制，導致試驗與實際截齒侵入煤巖過程及狀態有較大偏差。
【發明內容】
[0004]針對以往試驗機只能在垂直且試樣無圍壓條件下進行侵入試驗的缺陷，本發明提供了一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺及使用方法。該試驗平臺不僅能夠根據試驗需要更換不同規格截齒或不同尺寸試樣，同時可進行煤巖圍壓控制，更突出的是能夠根據截齒侵入煤巖角度或位置不同進行試驗平臺任意角度及位置的調整，從而具有進行複雜環境條件下的截齒侵入煤巖破裂機理研究的試驗功能。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺，包括:試驗機、負荷傳感器、活動橫梁、截齒套筒、加載控制按鈕、試驗箱體、圍壓傳感器、滑塊、縱向絲杆、縱向滑座、縱向滑座套、橫向絲杆、底座、橫向滑道、智能顯示器、旋轉座、中心轉軸、弧形滑道、弧形齒座、旋轉螺杆、超薄千斤頂、試驗截齒；該平臺有一個門式力系框架試驗機，該試驗上設有加載控制按鈕和智能顯示器，加載控制按鈕與計算機連接；試驗機上方設有能夠上下移動的活動橫梁，在活動橫梁的上端面設有負荷傳感器，活動橫梁的下端通過截齒套筒和螺釘固定連接有垂直向下的鎬型試驗截齒，在試驗截齒的正下方設有上部開口的金屬立方試驗箱體，試驗箱體的內部前後左右側面，分別設有嵌裝在直立滑道內的超薄千斤頂和圍壓傳感器，圍壓傳感器和超薄千斤頂相對應面均設有與煤巖試樣等同高度的約束鋼板；在試驗箱體的底部橫向設有一個帶調節把手的旋轉螺杆，該旋轉螺杆與下部圓弧形的弧形齒座嚙合，並在試驗箱體的底部固定連接有嵌裝在弧形齒座弧形滑道內的滑塊，該滑塊使試驗箱體與弧形齒座形成一個匹配移動的整體；弧形齒座固定連接在其下方、套裝在縱向滑座直立的中心轉軸上的旋轉座上，該旋轉座平裝在其下部的縱向滑座上，縱向滑座上設有一個向上的中心轉軸與旋轉座轉動固定連接，由中心轉軸的固定螺帽調節旋轉座的鬆緊、固定和360°的旋轉運動；在緊挨著旋轉座的下端面，設有能夠縱向移動的縱向滑座以及燕尾匹配在縱向滑座下面的縱向滑座套內；縱向滑座套滑動匹配固定連接在底座上部的橫向滑道裡，通過調節穿插於縱向滑座裡的縱向絲槓和縱向滑座套裡的橫向絲杆的搖把實現平臺縱橫位置移動。
[0006]使用時，將煤巖試樣置於試驗箱體內，根據煤巖試樣的大小調節超薄千斤頂的位置，向其施以圍壓，通過兩側或四側的約束鋼板使煤巖試樣受力均勻，啟動加載控制按鈕，活動橫梁以一定的加載速度向下施壓，試驗截齒會侵入煤巖試樣中，其向下的壓力會通過負荷傳感器實時顯示於計算機；當需要對不同侵入角及位置情況下試驗截齒對煤巖試樣的侵入破壞進行試驗模擬時，可通過旋轉螺杆上的調節把手，調節旋轉螺杆與弧形齒座的嚙合弧度來控制試驗箱體的豎直角度，試驗箱體通過嵌裝在弧形滑道內的滑塊固定牢固，確保試驗箱體不會前後左右搖晃或滑落，而若對試驗箱體進行前後左右位置或360°範圍水平角度的任意調節時，即可通過橫向絲杆、縱向絲杆及中心轉軸來進行，即實現了試驗箱體的萬向調節；試驗過程中超薄千斤頂施加的壓力可通過相對面的圍壓傳感器繼而顯示在試驗機上的智能顯示器上。這樣，在進行複雜環境條件下的截齒侵入試驗研究時，能夠通過此試驗萬向平臺進行精確控制，加載穩定且操作方便，同時配合計算機和數字控制系統對載荷、位移等試驗參數進行控制和測量，具有突出的技術效果。
[0007]本發明的有益效果是:
1、根據試驗需要可更換不同規格截齒及一定範圍的不同尺寸試樣。
[0008]2、截齒侵入試驗可在煤巖試樣有圍壓條件下進行；
3、根據截齒侵入角度及位置的不同可進行試驗平臺的萬向調節。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0010]圖1是本發明的結構原理圖。
[0011]圖中1.試驗機，2.負荷傳感器，3.活動橫梁，4.截齒套筒，5.加載控制按鈕，
6.試驗箱體，7.圍壓傳感器，8.滑塊，9.縱向絲杆，10.縱向滑座，11.縱向滑座套，12.橫向絲杆，13.底座，13-1.橫向滑道，14.智能顯示器，15.旋轉座，15-1.中心轉軸，16.弧形滑道，17.弧形齒座，18.旋轉螺杆，19.超薄千斤頂，20.煤巖試樣，21.試驗截齒。
【具體實施方式】
[0012]在圖1中，一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺，包括:試驗機1、負荷傳感器2、活動橫梁3、截齒套筒4、加載控制按鈕5、試驗箱體6、圍壓傳感器7、滑塊8、縱向絲杆9、縱向滑座10、縱向滑座套11、橫向絲杆12、底座13、橫向滑道13-1、智能顯示器14、旋轉座15、中心轉軸15-1、弧形滑道16、弧形齒座17、旋轉螺杆18、超薄千斤頂19、試驗截齒21 ;該平臺有一個門式力系框架試驗機1，該試驗機I上設有加載控制按鈕5和智能顯示器14，力口載控制按鈕5與計算機連接；試驗機I上方設有能夠上下移動的活動橫梁3，在活動橫梁3的上端面設有負荷傳感器2，活動橫梁3的下端通過截齒套筒4和螺釘固定連接有垂直向下的鎬型試驗截齒21，在試驗截齒21的正下方設有上部開口的金屬立方試驗箱體6，試驗箱體6的內部前後左右側面，分別設有嵌裝在直立滑道內的超薄千斤頂19和圍壓傳感器7，圍壓傳感器7和超薄千斤頂19相對應面均設有與煤巖試樣20等同高度的約束鋼板；在試驗箱體6的底部橫向設有一個帶調節把手的旋轉螺杆18，該旋轉螺杆18與下部圓弧形的弧形齒座17嚙合，並在試驗箱體6的底部固定連接有嵌裝在弧形齒座17弧形滑道16內的滑塊8，該滑塊8使試驗箱體6與弧形齒座17形成一個匹配移動的整體；弧形齒座17固定連接在其下方、套裝在縱向滑座10直立的中心轉軸15-1上的旋轉座15上，該旋轉座15平裝在其下部的縱向滑座10上，縱向滑座10上設有一個向上的中心轉軸15-1與旋轉座15轉動固定連接，由中心轉軸15-1的固定螺帽調節旋轉座15的鬆緊、固定和360°的旋轉運動；在緊挨著旋轉座15的下端面，設有能夠縱向移動的縱向滑座10以及燕尾匹配在縱向滑座10下面的縱向滑座套11內；縱向滑座套11滑動匹配固定連接在底座13上部的橫向滑道13-1裡，通過調節穿插於縱向滑座10裡的縱向絲槓9和縱向滑座套11裡的橫向絲杆12的搖把實現平臺縱橫位置移動。
[0013]使用時，將煤巖試樣20置於試驗箱體6內，根據煤巖試樣20的大小調節超薄千斤頂19的位置，向其施以圍壓，通過兩側或四側的約束鋼板使煤巖試樣20受力均勻，啟動加載控制按鈕5,活動橫梁3以一定的加載速度向下施壓,試驗截齒21會侵入煤巖試樣20中，其向下的壓力會通過負荷傳感器2實時顯示於計算機；當需要對不同侵入角及位置情況下試驗截齒21對煤巖試樣20的侵入破壞進行試驗模擬時，可通過旋轉螺杆18上的調節把手，調節旋轉螺杆18與弧形齒座17的嚙合弧度來控制試驗箱體6的豎直角度，試驗箱體6通過嵌裝在弧形滑道16內的滑塊8固定牢固，確保試驗箱體6不會前後左右搖晃或滑落，而若對試驗箱體6進行前後左右位置或360°範圍水平角度的任意調節時，即可通過橫向絲杆12、縱向絲杆9及中心轉軸15-1來進行，即實現了試驗箱體6的萬向調節；試驗過程中超薄千斤頂19施加的壓力可通過相對面的圍壓傳感器7繼而顯示在試驗機I上的智能顯示器14上。這樣，在進行複雜環境條件下的截齒侵入試驗研究時，能夠通過此試驗萬向平臺進行精確控制，加載穩定且操作方便，同時配合計算機和數字控制系統對載荷、位移等試驗參數進行控制和測量，具有突出的技術效果。
【權利要求】
1.一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺，包括:試驗機(I)、負荷傳感器(2)、活動橫梁(3)、截齒套筒(4)、加載控制按鈕5、試驗箱體(6)、圍壓傳感器(7)、滑塊(8)、縱向絲杆(9)、縱向滑座(10)、縱向滑座套(11)、橫向絲杆(12)、底座(13)、橫向滑道(13-1)、智能顯示器(14)、旋轉座(15)、中心轉軸(15-1)、弧形滑道(16)、弧形齒座(17)、旋轉螺杆(18)、超薄千斤頂(19)、煤巖試樣(20)、試驗截齒(21);該平臺有一個門式力系框架試驗機(I)，該試驗機(I)上設有加載控制按鈕(5)和智能顯示器(14)，加載控制按鈕(5)與計算機連接；試驗機(I)上方設有能夠上下移動的活動橫梁(3)，在活動橫梁(3)的上端面設有負荷傳感器(2)，活動橫梁(3)的下端通過截齒套筒(4)和螺釘固定連接有垂直向下的鎬型試驗截齒(21)，其特徵是:在試驗截齒(21)的正下方設有上部開口的金屬立方試驗箱體(6)，試驗箱體(6 )的內部前後左右側面，分別設有嵌裝在直立滑道內的超薄千斤頂(19 )和圍壓傳感器(7)，圍壓傳感器(7)和超薄千斤頂(19)相對應面均設有與煤巖試樣(20)等同高度的約束鋼板；在試驗箱體(6)的底部橫向設有一個帶調節把手的旋轉螺杆(18)，該旋轉螺杆(18)與下部圓弧形的弧形齒座(17)嚙合，並在試驗箱體(6)的底部固定連接有嵌裝在弧形齒座(17)弧形滑道(16)內的滑塊(8)，該滑塊(8)使試驗箱體(6)與弧形齒座17形成一個匹配移動的整體；弧形齒座(17 )固定連接在其下方、套裝在縱向滑座(10 )直立的中心轉軸(15-1)上的旋轉座(15)上，該旋轉座(15)平裝在其下部的縱向滑座(10)上，縱向滑座(10)上設有一個向上的中心轉軸(15-1)與旋轉座(15)轉動固定連接，由中心轉軸(15-1)的固定螺帽調節旋轉座(15)的鬆緊、固定和360°旋轉運動；在緊挨著旋轉座(15)的下端面，設有能夠縱向移動的縱向滑座(10)以及燕尾匹配在縱向滑座(10)下面的縱向滑座套(II);縱向滑座套(11)滑動匹配固定連接在底座(13)上部的橫向滑道(13-1)裡，通過調節穿插於縱向滑座(10)裡的縱向絲槓(9)和縱向滑座套(11)裡的橫向絲杆(12)的搖把實現平臺縱橫位置移動。
2.根據權利要求1所述的一種截齒侵入煤巖破裂機理試驗萬向平臺，其使用方法的特徵是:將煤巖試樣(20)置於試驗箱體(6)內，根據煤巖試樣(20)的大小調節超薄千斤頂(19)的位置，向其施以圍壓，通過兩側或四側的約束鋼板使煤巖試樣(20)受力均勻，啟動加載控制按鈕(5),活動橫梁(3)以一定的加載速度向下施壓,試驗截齒(21)會侵入煤巖試樣(20)中，其向下的壓力會通過負荷傳感器(2)實時顯示於計算機；當需要對不同侵入角及位置情況下試驗截齒(21)對煤巖試樣(20)的侵入破壞進行試驗模擬時，可通過旋轉螺杆(18)上的調節把手，調節旋轉螺杆(18)與弧形齒座(17)的嚙合弧度來控制試驗箱體(6)的豎直角度，試驗箱體(6)通過嵌裝在弧形滑道(16)內的滑塊(8)固定牢固，確保試驗箱體(6)不會前後左右搖晃或滑落，而若對試驗箱體(6)進行前後左右位置或360°範圍水平角度的任意調節時，即可通過橫向絲杆(12)、縱向絲杆(9)及中心轉軸(15-1)來進行，即實現了試驗箱體(6)的萬向調節；試驗過程中超薄千斤頂(19)施加的壓力可通過相對面的圍壓傳感器(7)繼而顯示在試驗機(I)上的智能顯示器(14)上；這樣，在進行複雜環境條件下的截齒侵入試驗研究時，能夠通過此試驗萬向平臺進行精確控制，加載穩定且操作方便，同時配合計算機和數字控制系統對載荷、位移等試驗參數進行控制和測量，具有突出的技術效果O
【文檔編號】G01N3/16GK104458433SQ201410755624
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】王立平, 蔣斌松, 張翼, 王凱, 周鋼, 呂華劍, 何海波, 張強, 盧萌盟, 王迎超 申請人:中國礦業大學