一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种基于相似材料模拟的冲击地压实验
目.O
【背景技术】
[0002]当下冲击地压已成为采矿和岩土工程领域的重大难题，对工程建设造成了巨大的危害和损失。冲击地压相似材料模拟试验，是在室内相似材料模拟试验台上按相似原理制作与原型相似的模型，借助外部冲击工具和相关仪器仪表，监测相似模型的内在表征参数和外在宏观破坏现象。据此分析冲击地压的相关规律以指导工程实践。
[0003]目前各种监测仪器仪表的迅猛发展，已经能够较高精度的测量冲击的内在表征参数和外在宏观破坏现象，但对相似材料模型施加定量及定点的冲击，仍难以实现。目前一些中国专利设计通过重块冲击，及连接的相关仪器监测冲击响应，较好的实现了冲击地压模拟系统，但是也存在不足之处:实验加载的冲击能量，主要通过调节重块下落高度确定，但由于重块为立体结构，重块下落过程中，受空气阻力大等影响，损耗能量，导致施加冲击能量存在误差;施加的冲击能量只能竖向冲击试验模型，不能实现水平冲击，更无法实现倾斜方向冲击;所使用的重块大多数为规整立方体，冲击能量与模型之间为面接触，无法实现点接触冲击，与实际情况不符;实验装置组成元件较多，复杂笨重、移动困难，受场地限制程度大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，该实验装置更好的解决了当下冲击地压相似材料模拟试验中，冲击能量不能定量、冲击点调节困难、冲击能量不能点施加的问题。
[0005]本实用新型为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
[0006]—种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，包括底座、立杆、固定轴、量角仪、摆线和摆球，立杆下端连接底座，立杆上端连有固定轴，量角仪通过固定轴与立杆相连，所述摆线一端与固定轴相连，摆线的另一端连接摆球，所述立杆侧端设置有用于冲击地压实验的相似材料模型。
[0007]优选的，所述立杆包括套筒、杆体和紧固装置，杆体通过紧固装置连接套筒，所述杆体能够在套筒内上下移动并带有刻度，所述套筒由铝合金钢管制成，所述摆线由尼龙绳制成。
[0008]优选的，所述底座包括圆铁环、圆铁环内的十字形钢和十字形钢下端的底座铁块，所述立杆外壁穿过十字形钢后与底座铁块相连。
[0009]优选的，所述量角仪为钢制半圆量角器，所述量角仪两面均带有刻度。
[0010]优选的，所述摆球上连有挂钩，所述挂钩连接摆线。
[0011 ]本实用新型的有益效果是：
[0012]本实验装置巧妙的利用圆球与平面的点接触原理及能量转化的原理，实现摆球与相似材料模型的点接触，将摆球的下落势能全部转化为冲击相似材料模型的动能，冲击能量可通过不同的摆线长度、张开角度和摆球重量确定。本实验装置相对于现有技术，具有以下技术优势:本实用新型中施加的冲击能量与相似材料模型为点接触，与现场实际更为相符，实验结果更为准确;本实验装置通过调节摆球质量、摆线长度和张开角度，可以实现对相似材料模型的定点、定能量及定角度冲击，实验测量更多元化;本实验装置整体结构简单、重量轻、操作方便、移动便捷，受场地限制较小。
【附图说明】
[0013]图I是基于相似材料模拟的冲击地压实验装置整体结构及工作过程示意图。
[0014]图2是底座整体结构俯视示意图。
[0015]图3是量角仪整体结构示意图。
[0016]图4是摆球和挂钩连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
[0018]结合图I至图4，一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，包括底座1、立杆2、固定轴3、量角仪4、摆线5和摆球6，立杆2左侧设置有用于冲击地压实验的相似材料模型7。所述相似材料模型7是在室内相似材料模拟试验台上按照相似原理制作的与冲击矿道原型相似的模型，所述相似材料模型7是采用混凝土、煤渣、砂砾等材料加工而成，加工完成后的相似材料模型7产生的冲击效果与冲击地压时所处的实际环境相似。所述立杆2包括套筒21和杆体22，套筒21和杆体22通过紧固装置23连接，杆体22可在套筒21内上下伸缩。紧固装置23连接在套筒21上端口处，通过紧固装置23来确定杆体22上升的高度。所述套筒21由铝合金钢管制成，杆体21为实体钢结构，立杆22上都设置有刻度，亥Ij度的精度为一毫米。
[0019]所述套筒21下端连接底座I，所述底座I由圆铁环11、十字形钢12和底座铁块13，十字形钢12焊接在圆铁环11内侧，十字形钢12中心的正下方设置底座铁块13。所述套筒21的外壁穿过十字形钢12后与底座铁块13相连，此时十字形钢12位于套筒21和底座铁块13之间。
[0020]所述杆体22上端连接有固定轴3，所述量角仪4为半圆形量角器，量角仪4采用钢材料制成，量角仪4的正反两面都设置有刻度，所述量角仪4刻度的测量范围为O?180°，刻度的精度为0.1°。量角仪4上端面紧靠圆心处开有固定孔41，所述固定轴4的一端穿过固定孔41，然后固定轴4穿过杆体22后，采用螺栓将固定轴4固紧连接。所述摆线5采用伸缩率小于五毫米的尼龙绳制成，摆线5的一端连接在固定轴4上，此时摆线5位于量角仪4外侧。所述摆球6上连接有挂钩61，摆线5的另一端通过挂钩61与摆球6相连。所述摆球6为钢制圆球，摆球6设置有多个，摆球6加工成不同的重量级别，重量依次可为O . Ikg、O . 2kg、O . 3kg、O . 4kg、
0.5kg 等。
[0021]本实用新型的工作过程具体包括如下步骤：
[0022]第一步，根据实验条件，在相似材料模拟实验台上铺设用于冲击地压实验的相似材料模型7;
[0023]第二步，在相似材料模型7的侧面确定冲击接触点，将试验装置垂直于相似材料模型7的接触点布置，调至水平。
[0024]第三步，根据需要的冲击能量，确定合理的摆球6的重量，尼龙线长度5，通过量角仪4确定摆线5张开角度；
[0025]第四步，将摆球6拉到指定位置，释放让其自由运动冲击到相似材料模型7上的接触点，观察相关冲击响应，记录数据;依次进行下一个点及下一个能量级别的冲击实验。
[0026]当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，其特征在于，包括底座、立杆、固定轴、量角仪、摆线和摆球，立杆下端连接底座，立杆上端连有固定轴，量角仪通过固定轴与立杆相连，所述摆线一端与固定轴相连，摆线的另一端连接摆球，所述立杆侧端设置有用于冲击地压实验的相似材料模型。2.根据权利要求I所述的一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，其特征在于，所述立杆包括套筒、杆体和紧固装置，杆体通过紧固装置连接套筒，所述杆体能够在套筒内上下移动并带有刻度，所述套筒由铝合金钢管制成，所述摆线由尼龙绳制成。3.根据权利要求I所述的一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，其特征在于，所述底座包括圆铁环、圆铁环内的十字形钢和十字形钢下端的底座铁块，所述立杆外壁穿过十字形钢后与底座铁块相连。4.根据权利要求I所述的一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，其特征在于，所述量角仪为钢制半圆量角器，所述量角仪两面均带有刻度。5.根据权利要求I所述的一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，其特征在于，所述摆球上连有挂钩，所述挂钩连接摆线。
【专利摘要】本实用新型公开一种基于相似材料模拟的冲击地压实验装置，包括底座、立杆、固定轴、量角仪、摆线和摆球，立杆由套筒、杆体和紧固装置组成，杆体通过紧固装置连接套筒，杆体可在套筒内上下伸缩，所述套筒的下端连接底座，杆体的上端连接固定轴，所述固定轴穿过量角仪后与杆体相连，所述摆线的一端与固定轴相连，摆线的另一端通过挂钩连接摆球，本实用新型冲击地压实验装置通过调节摆线长度、张开角度和摆球重量确定冲击载荷，对相似材料模型进行定点、定能量冲击，更好的解决了当下冲击地压相似材料模拟试验中，冲击能量不能定量、冲击点调节困难、冲击不能点接触的问题。
【IPC分类】G01N3/30
【公开号】CN205157344
【申请号】CN201520915271
【发明人】王树立, 朱光丽, 张开智, 张贵彬, 张兆一, 孙志帅
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月17日