落锤式动静组合加载冲击实验装置制造方法
【专利摘要】一种落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征是它包括机身（1）和试样承载台（2），试样承载台（2）位于机身（1）上，试样安装在试样承载台（2）上并与施加静压力的液压静载压力机构相连，在机身（1）的上部安装有能沿导向柱（7）上下移动的冲击机构，冲击机构与安装在机身下部的提升机构相连。本发明能够实现煤岩试样动态、可控和不同动静组合形式加载，模拟煤岩材料多种应力波加载方式，使实验结果更有工程实际意义。其结构简单，操作方便，可控性好。通过刹车驱动电机和电动抓钩的断电收紧状态，防止冲击机构在意外断电时坠落伤人，实现有效的安全保护。
【专利说明】落锤式动静组合加载冲击实验装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种岩石力学技术，尤其是一种矿山冲击载荷实验装置，具体地说是 一种落锤式动静组合加载冲击实验装置。
【背景技术】
[0002] 冲击矿压是世界范围内煤矿及岩石工程中遇到的最严重的自然灾害之一，表现为 聚集在煤岩体中的弹性能突然、猛烈释放，动力将煤岩抛向巷道或采场，使煤岩体强烈震动 和破坏，造成巷道堵塞、设备损毁和人员伤亡等灾难。目前，冲击矿压灾害已经波及我国大 部分矿区，其发生的频次和烈度愈加增大，危害程度愈加严重，对煤矿安全高效生产构成巨 大威胁。
[0003] 鉴于冲击矿压发生的广泛性、多发性和严重性，国内外投入大量人力与物力开展 相关的研究工作。为重现煤岩动力灾害发生时应力环境特征与演化过程，以为理论研究提 供依据，研究人员迫切希望采用与工程实际受力模式更为符合的动静组合加载实验方法和 装置，这是现存大多实验方法与实验装置所没有考虑的。目前的一些动静组合加载实验装 置如霍普金森压杆多基于气动发射装置或轻气炮发射装置，这种装置设备较为昂贵，且实 验过程中能量转化率低，发射噪音污染大，实验成本较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有的一些动静组合加载实验装置基于气动发射装置或轻 气炮发射装置，使得设备结构复杂，能量转化率低，发射噪音污染大，实验成本较高的问题， 设计一种落锤式动静组合加载冲击试验装置。
[0005] 本发明的技术方案是： 一种落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征是它包括机身1和试样承载台2,试样 承载台2位于机身1上，试样安装在试样承载台2上并与施加静压力的液压静载压力机构 相连，在机身1的上部安装有能沿导向柱7上下移动的冲击机构，冲击机构与安装在机身下 部的提升机构相连。
[0006] 所述的液压静载压力机构包括液压缸25、导向柱20、法兰18、上压板6、连接栓19 和下压板5,液压缸25通过法兰18连接上压板6,上压板6利用导向柱20上下运动，上压 板6和下压板5通过连接栓19活动连接在一起。
[0007] 所述的连接栓19尾部留有大于lcm余量。
[0008] 所述的液压静载压力机构还包括液压控制单元，液压控制单元连接液压缸25。
[0009] 所述提升机构包括刹车驱动电机21、滚筒22、滑轮组、缆绳12和电动抓钩11，电动 抓钩11坚直连接在缆绳12尾部，缆绳经机身上的滑轮组后绕制于滚筒22上，滚筒22连接 在刹车驱动电机21的输出端上。
[0010] 所述电动抓钩11包括主杆26、抓杆27、电磁铁28、连接杆29、滑筒30和弹簧31， 滑筒30在电磁铁28的控制下在主杆23上作上下移动，通过连接杆29带动抓杆27张开和 收紧，弹簧31套装在主杆26上使滑筒28紧抵电磁铁28。
[0011] 所述冲击机构包括冲击锤头17、托板8、砝码9、导向杆10和连接杆16,冲击锤头 17固定在托板8的下部，砝码9穿过导向杆10和连接杆16放置在托板8上，连接杆16与 提升机构中的电动抓钩11相连，电动抓钩11松开后，托板在砝码9的重力作用下沿机身上 的导向柱7作自由落体运动，带动冲击锤头17给安装在试样承载台上的同时被液压静载压 力机构加载有静压力的试样4以冲击。
[0012] 所述冲击锤头17的中间为圆柱状结构，柱头呈半球形。
[0013] 导向柱7上安装有控制冲击机构最高位置的行程开关15。
[0014] 本发明的有益效果： 能够实现煤岩试样动态、可控和不同动静组合形式加载，模拟煤岩材料多种应力波加 载方式，使实验结果更有工程实际意义。其结构简单，操作方便，可控性好。通过刹车驱动 电机和电动抓钩的断电收紧状态，防止冲击机构在意外断电时坠落伤人，实现有效的安全 保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为一种落锤式动静组合加载冲击实验装置的主视图。
[0016] 图2为一种落锤式动静组合加载冲击实验装置的侧视图。
[0017] 图3为液压静载压力机构及冲击锤头位置的原理图 图4为电动抓钩的原理图 图中：1为机身、2为试样承载台、3为压力传感器、4为试样、5为下压板、6为上压板、7 为导向柱、8为托板、9为破码、10为导向杆、11为电动抓钩、12为缆绳、13为滑轮、14为滑 轮、15为行程开关、16为连接杆、17为冲击锤头、18为法兰、19为连接栓、20为导向柱、21为 刹车驱动电机、22为滚筒、23为滑轮、24为滑轮、25为液压缸、26为主杆、27为抓杆、28为电 磁铁、29为连接杆、30为滑筒、31为弹簧。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
[0019] 如图1-4所示。
[0020] 一种落锤式动静组合加载冲击实验装置，它包括机身1和试样承载台2,试样承载 台2位于机身1上，试样安装在试样承载台2上并与施加静压力的液压静载压力机构相连， 在机身1的上部安装有能沿导向柱7上下移动的冲击机构，导向柱7上安装有对冲击机构 上升高度进行限位的行程开关15,冲击机构与安装在机身下部的提升机构相连。如图1所 示。液压静载压力机构包括液压缸25(图2)、导向柱20、法兰18、上压板6、连接栓19和下 压板5,液压缸25通过法兰18连接上压板6,上压板6利用导向柱20上下运动，上压板6 和下压板5通过连接栓19活动连接在一起，连接栓19尾部留有大于lcm余量。所述的液 压静载压力机构还包括液压控制单元，液压控制单元连接液压缸25。所述提升机构包括刹 车驱动电机21、滚筒22、滑轮组、缆绳12和电动抓钩11，电动抓钩11坚直连接在缆绳12尾 部，缆绳经机身上的滑轮组后绕制于滚筒22上，滚筒22连接在刹车驱动电机21的输出端 上（图1下部)。电动抓钩11如图4所示，包括主杆26、抓杆27、电磁铁28、连接杆29、滑筒 30和弹簧31，滑筒30在电磁铁28的控制下在主杆23上作上下移动，通过连接杆29带动 抓杆27张开和收紧，弹簧31套装在主杆26上使滑筒28紧抵电磁铁28。冲击机构包括冲 击锤头17、托板8、砝码9、导向杆10和连接杆16,冲击锤头17固定在托板8的下部，砝码 9穿过导向杆10和连接杆16放置在托板8上，连接杆16与提升机构中的电动抓钩11相 连，电动抓钩11松开后，托板在砝码9的重力作用下沿机身上的导向柱7作自由落体运动， 带动冲击锤头17给安装在试样承载台上的同时被液压静载压力机构加载有静压力的试样 4以冲击。冲击锤头17的中间为圆柱状结构，柱头呈半球形。各部件的平面布置如图3所 /_J、1 〇
[0021] 本发明的使用方法为： 首先，液压缸24带动上压板6向上运动，通过连接栓19带动下压板5 -起运动，在试 样承载台2和下压板5底部放置试样4和压力传感器3。
[0022] 其次，电动抓钩11向下移动，抓紧冲击机构上的连接杆16。
[0023] 第三，液压缸25向下移动，带动上压板6施加压力在下压板5上，对试样4施加静 载荷。
[0024] 第四，刹车驱动电机21带动滚筒22,缠绕缆绳12,将冲击机构向上提起。
[0025] 第五，电动抓钩11张开，释放冲击机构，冲击锤17击打在上压板6上，对试样4施 加动载荷。
[0026] 机身1上的行程开关15可以对冲击机构提升时进行限位保护。电动抓钩11的电 磁铁28断电时，弹簧31拉紧滑筒30通过连接杆29带动抓杆27收紧，电磁铁28通电时， 滑筒30上移，带动抓杆27张开，释放冲击锤头17。通过控制提升机构的提升高度和改变放 置在托板8上砝码9数量，可调节冲击能量和冲击速度。
[0027] 以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对于本领域的一般技 术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本 说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1. 一种落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征是它包括机身（1)和试样承载台 (2)，试样承载台（2)位于机身（1)上，试样安装在试样承载台（2)上并与施加静压力的液压 静载压力机构相连，在机身（1)的上部安装有能沿导向柱（7)上下移动的冲击机构，冲击机 构与安装在机身下部的提升机构相连。
2. 根据权利要求1所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于所述的液压 静载压力机构包括液压缸（25)、导向柱（20)、法兰（18)、上压板（6)、连接栓（19)和下压板 (5)，液压缸（25)通过法兰（18)连接上压板（6)，上压板（6)利用导向柱（20)上下运动，上 压板（6)和下压板（5)通过连接栓（19)活动连接在一起。
3. 根据权利要求1所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征是所述的连接栓 (19)尾部留有大于lcm余量。
4. 据权利要求2所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征是所述的液压静载 压力机构还包括液压控制单元，液压控制单元连接液压缸（25)。
5. 根据权利要求1所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于所述提升机 构包括刹车驱动电机（21)、滚筒（22 )、滑轮组、缆绳（12 )和电动抓钩（11)，电动抓钩（11)坚 直连接在缆绳（12)尾部，缆绳经机身上的滑轮组后绕制于滚筒（22)上，滚筒（22)连接在刹 车驱动电机（21)的输出端上。
6. 根据权利要求4所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于所述电动抓 钩（11)包括主杆（26)、抓杆（27)、电磁铁（28)、连接杆（29)、滑筒（30)和弹簧（31)，滑筒 (30 )在电磁铁（28 )的控制下在主杆（23 )上作上下移动，通过连接杆（29 )带动抓杆（27 )张 开和收紧，弹簧（31)套装在主杆（26 )上使滑筒（28 )紧抵电磁铁（28 )。
7. 根据权利要求1所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于所述冲击机 构包括冲击锤头（17)、托板（8)、砝码（9)、导向杆（10)和连接杆（16)，冲击锤头（17)固定 在托板（8)的下部，砝码（9)穿过导向杆（10)和连接杆（16)放置在托板（8)上，连接杆（16) 与提升机构中的电动抓钩（11)相连，电动抓钩（11)松开后，托板在砝码（9)的重力作用下 沿机身上的导向柱（7)作自由落体运动，带动冲击锤头（17)给安装在试样承载台上的同时 被液压静载压力机构加载有静压力的试样（4)以冲击。
8. 根据权利要求6所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于所述冲击锤 头（17)的中间为圆柱状结构，柱头呈半球形。
9. 根据权利要求1或6所述的落锤式动静组合加载冲击实验装置，其特征在于导向柱 (7 )上安装有控制冲击机构最高位置的行程开关（15 )。
【文档编号】G01N3/10GK104142278SQ201410418991
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】王桂峰, 李振雷, 牟宗龙, 窦林名, 巩思园, 曹安业 申请人:中国矿业大学