一种实验用煤炭切割设备及动态实验系统的制作方法

本实用新型涉及动态实验领域，特别是一种实验用煤炭切割设备及动态实验系统。

背景技术：

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一。

然而在煤炭开采过程中，往往会因为结构不稳定，由冲击形成煤矿灾害的发生，进而造成人员伤亡、财产和设备的损失。因此对煤炭的动态特性了解尤为重要，但在煤样品切割过程中，会因为煤炭本身性质原因很难切割成想要的形状，且切割过程中容易损坏样品本身，造成时间、金钱的浪费，对实验结果造成影响。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的之一是提供一种能够保证煤炭正常切割的实验用煤炭切割设备及具有其的动态实验系统。

为达上述目的，一方面，本实用新型采用如下技术方案：

一种实验用煤炭切割设备，包括：

切割刀具，所述切割刀具包括刀具本体和附着在所述刀具本体表面的疏水材料层；

驱动装置，用于驱动所述切割刀具动作。

优选地，所述疏水材料层为金属基超疏水材料层，所述金属基超疏水材料层包附所述刀具本体的整个外表面；或者，

所述切割刀具包括切割刃，所述疏水材料层附着在所述刀具本体上除去所述切割刃所在区域的其他区域；

优选地，所述金属基超疏水材料层的材料为镍或钛；

优选地，所述刀具本体的表面设置有疏水结构，所述疏水材料层贴附于所述疏水结构的表面。

优选地，所述驱动装置包括用于驱动所述切割刀具沿切割方向运动的第一驱动部和用于改变所述切割刀具的方位的第二驱动部；

优选地，所述切割刀具呈圆盘形，所述圆盘形的径向外缘上设置有多个刀齿，所述驱动装置还包括用于驱动成圆盘形的所述切割刀具自转的第三驱动部。

优选地，所述第一驱动部用于驱动所述切割刀具往复移动以对煤炭进行切割，所述切割刀具自身不运动，所述第二驱动部构造为能够驱动所述切割刀具在多个方位状态之间切换，所述切割刀具为多棱体结构，包括相互连接并呈角度设置的多个表面，相邻所述表面相交构成所述切割刀具的切割刃，多个方位状态分别对应多个切割刃；

或者，

呈圆盘形的所述切割刀具的多个刀齿具有不同的朝向。

优选地，所述多个刀齿在呈圆盘形的所述切割刀具的周向上包括多段，多段刀齿包括第一刀齿组、第二刀齿组和中间刀齿组，所述中间刀齿组位于所述第一刀齿组和第二刀齿组之间，第一刀齿组中的刀齿朝向所述切割刀具的轴向一侧延伸，所述第二刀齿组中的刀齿朝向所述切割刀具的轴向另一侧延伸，所述中间刀齿组中的刀齿沿所述切割刀具的径向延伸；

优选地，将所述刀齿与所述切割刀具的径向方向之间的夹角定义为夹角θ，

所述第一刀齿组包括多个第一刀齿，多个第一刀齿的夹角θ向靠近所述中间刀齿组的方向逐渐减小；和/或，

所述第二刀齿组包括多个第二刀齿，多个第二刀齿的夹角θ向靠近所述中间刀齿组的方向逐渐减小；和/或，

所述中间刀齿组包括多个中间刀齿，多个中间刀齿在径向上的尺寸由中间向两侧逐渐增大，或者多个中间刀齿包括交错设置的高齿和低齿。

优选地，所述多个方位状态中包括多个切割刃不朝下的方位状态，所述多个表面构造为，所述切割刀具在所述多个切割刃不朝下的方位状态中的任一方位状态下，相交形成与该方位状态相对应的切割刃的两个表面中位于下方的表面自上而下向远离待切煤炭的方向倾斜。

优选地，所述多个表面构造为，所述切割刀具在所述多个方位状态中的任一方位状态下，位于相交形成与该方位状态相对应的切割刃的两个表面的上方的表面沿远离待切煤炭的方向向下倾斜。

优选地，所述煤炭切割设备还包括设置于所述切割刀具一侧的吹气设备和设置在所述切割刀具的另一侧的导流结构，所述导流结构用于将附着于其上的液体向远离所述切割刀具的方向导流。

优选地，所述导流结构与所述切割刀具的延伸方向一致，所述导流结构的横截面呈抛物线形。

另一方面，本实用新型采用以下技术方案：

一种动态实验系统，包括如上所述的实验用煤炭切割设备，实验用煤炭切割设备用于将煤炭切割成不同形状的煤炭块；

优选地，还包括振动台，用于对不同形状的煤炭块进行振动测试；

优选地，还包括外壳和设置在外壳内的实验台，所述实验用煤炭切割设备和所述振动台设置在所述实验台上；

优选地，还包括罩壳，所述罩壳具有打开状态和关闭状态，在关闭状态，所述罩壳将所述切割刀具和煤炭罩于其内部，在打开状态，所述切割刀具和煤炭露于外部。

本实用新型提供的煤炭切割设备在切割刀具上附着一层疏水材料层，如此，即使有水落在刀具上也会由于疏水材料层的作用而从刀具上滴落下来，避免沾水的刀具切割煤炭而导致煤炭破碎，从而保证煤炭开采和加工过程的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本实用新型具体实施方式提供的煤炭切割设备的结构示意图；

图2示出本实用新型具体实施方式提供的切割刀具的局部剖视图；

图3示出本实用新型具体实施方式提供的切割刀具处于第一方位状态的结构示意图；

图4示出本实用新型具体实施方式提供的切割刀具处于第二方位状态的结构示意图；

图5示出本实用新型具体实施方式提供的切割刀具、吹气装置和导流结构的结构示意图；

图6示出本实用新型具体实施方式提供的另一种切割刀具局部外周展平后的结构示意图；

图7示出本实用新型具体实施方式提供的动态实验系统的除去前面板后的结构示意图。

图中，1、切割刀具；11、刀具本体；12、疏水材料层；13、切割刃；131、第一切割刃；132、第二切割刃；14、表面；141、第一表面；142、第二表面；143、第三表面；144、第四表面；15、刀齿；151、第一刀齿；152、第二刀齿；2、驱动装置；21、第一驱动部；22、第二驱动部；3、吹气设备；4、导流结构；5、外壳；6、实验台；61、板件；7、振动台。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

针对现有煤炭切割过程中经常会出现煤炭块破碎情况的问题，申请人发现，在煤炭的切割过程中刀具会存在沾水情况，沾水刀具切割煤炭会导致煤炭块发生破碎，针对这一问题，本申请提供了一种煤炭切割设备，以解决在煤炭切割过程中存在的煤炭块发生破碎的问题。

如图1所示，其包括切割刀具1和用于驱动切割刀具1动作的驱动装置2，通过驱动装置2驱动切割刀具1动作来对煤炭进行切割，以实现煤炭的开采以及加工过程。

如图2所示，切割刀具1包括刀具本体11和附着在刀具本体11表面的疏水材料层12，如此，即使有水落在切割刀具1上也会由于疏水材料层12的作用而从切割刀具1上滴落下来，避免沾水的切割刀具1切割煤炭而导致煤炭破碎，从而保证煤炭切割过程的可靠性。

由于是对煤炭进行切割，对切割刀具1的强度和刚度具有一定的要求，通常情况下的疏水材料层12的强度和刚度较低，为了解决这一问题，在一个实施例中，疏水材料层12为金属基超疏水材料层，金属基超疏水材料层例如可以为镍、钛等结构性能较好的金属材料，以保证切割刀具1具有足够的强度和刚度来对煤炭进行切割，进一步优选地，将金属基超疏水材料层的接触角设置为159°至161°，滚动角为7至9°，在该范围内既能够保证疏水材料层12具有足够的强度和刚度来对煤炭进行切割，又能够保证疏水材料层12的疏水性。

在另一个实施例中，切割刀具1包括切割刃13，疏水材料层12附着在刀具本体11上除去切割刃13所在区域的其他区域，即将切割刃13露于疏水材料层12外部，如此，也能够保证切割刀具1的切割强度、刚度以及疏水性。进一步优选地，在该实施例中，在疏水材料层12的靠近切割刃13的端面上设置有导向结构，用于将水向远离切割刃13的方向引导。

疏水材料层12的形成方式例如可以是在刀具本体11的表面设置疏水结构(图中未示出)，例如通过刻蚀的方式形成疏水结构，疏水材料层12可以通过喷涂等方式形成在疏水结构上。

驱动装置2可以为任意能够驱动切割刀具1动作的装置，例如气缸、电机等等，由于在煤炭的切割过程中，需要对煤炭各个面进行不同角度的切割，动作比较复杂，需要切割刀具1能够在各个方位进行切割，基于此，在一个优选的实施例中，如图1所示，驱动装置2包括用于驱动切割刀具1沿切割方向运动的第一驱动部21和用于改变切割刀具1的方位的第二驱动部22，如此，第一驱动部21例如通过滚珠丝杠或者齿轮机构驱动第二驱动部22以及切割刀具1一起运动。通过第二驱动部22能够使得切割刀具1在各个方位状态之间切换，以使得切割刀具1能够适用于各种不同的角度的切割。

为了进一步避免水落入切割位置，优选地，在一个实施例中，切割刀具1自身不运动，只在第一驱动部21的带动下做往复运动以切割煤炭，如图3和图4所示，切割刀具1为多棱体结构，包括相互连接并呈角度设置的多个表面14，相邻的表面14相交构成切割刀具1的切割刃13，多个方位状态分别对应多个切割刃13，即，在每个方位状态均有一个对应的切割刃13来进行煤炭的切割，从而适应不同的开采环境。

其中，多个方位状态中包括多个切割刃13不朝下的方位状态，多个表面14构造为，切割刀具1在多个切割刃13不朝下的方位状态中的任一方位状态下，相交形成与该方位状态相对应的切割刃13的两个表面14中位于下方的表面14自上而下向远离待切煤炭的方向倾斜，如此，即使水滴落到切割刀具1上，水珠也会在位于下方的表面的导向作用下向远离煤炭的方向运动，以保证水不会落到煤炭上而影响煤炭的正常开采。

进一步优选地，多个表面14构造为，切割刀具1在多个方位状态中的任一方位状态下，位于相交形成与该方位状态相对应的切割刃13的两个表面14的上方的表面沿远离待切煤炭的方向向下倾斜，如此，当切割刀具1上方有水滴落到上方的表面14上时，水珠会在位于上方的表面14的导向作用下向远离煤炭的方向运动，以保证水不会滴落到煤炭上而影响煤炭的正常开采。

在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，多个表面14包括第一表面141、第二表面142、第三表面143和第四表面144，其中，第一表面141和第二表面142相交形成第一切割刃131，第三表面143和第四表面144相交形成第二切割刃132，第二表面142和第三表面143相连，第一切割刃131和第二切割刃132分别对应第一方位状态和第二方位状态，其中，图3示出第一方位状态，在该方位状态下，利用第二切割刃132进行切割，待切割煤炭位于第二切割刃132的左侧，第四表面144自上而下向远离待切煤炭的方向倾斜，位于第二切割刃132上方的第一表面141沿远离待切煤炭的方向向下倾斜，图4示出第二方位状态，在该方位状态下，利用第一切割刃131进行切割，待切割煤炭位于第一切割刃131的右侧，第一表面141自上而下向远离待切煤炭的方向倾斜，位于第一切割刃131上方的第四表面144沿远离待切煤炭的方向向下倾斜。其中，第一表面与第二表面之间的夹角为18°至20°，第二表面与第三表面之间的夹角为48°至50°，第三表面与第四表面之间的夹角为62°至64°。

进一步优选地，如图5所示，煤炭切割设备还包括设置于切割刀具1一侧的吹气设备3和设置在切割刀具1的另一侧的导流结构4，吹气设备3用于向切割刀具1吹气，如此，即使有水滴滴落到切割刀具1上，也能够通过吹气设备3将水滴吹至导流结构4上，再利用导流结构4将附着于其上的液体向远离切割刀具1的方向导流。

在一个优选的实施例中，导流结构4与切割刀具1的延伸方向一致，且横截面呈抛物线形，抛物线形的敞口朝向切割刀具1，如此，被吹气设备3吹出的各个方位的水滴均能够由抛物线形的导流结构4收集并引流到远离切割刀具1的位置。

在另一个实施例中，如图7所示，切割刀具1呈圆盘形，圆盘形的径向外缘上设置有多个刀齿15，驱动装置还包括用于驱动成圆盘形的切割刀具1自转的第三驱动部，如此，通过圆盘形切割刀具1的自转以及在第一驱动部21的驱动下沿切割方向的运动来实现对煤炭的切割，由于煤炭自身质地比较疏松，若刀齿15均朝同一方向进行切割，极易造成煤炭破碎，因此优选地，呈圆盘形的切割刀具1的多个刀齿15具有不同的朝向，进一步优选地，如图6所示，多个刀齿15在呈圆盘形的切割刀具1的周向上包括多段，多段刀齿包括第一刀齿组、第二刀齿组和中间刀齿组，中间刀齿组位于第一刀齿组和第二刀齿组之间，第一刀齿组中的刀齿朝向切割刀具1的轴向一侧延伸，第二刀齿组中的刀齿15朝向切割刀具1的轴向另一侧延伸，中间刀齿组中的刀齿15沿所述切割刀具1的径向延伸，如此，使得不同的刀齿15能够作用在煤炭的临近的不同的位置上，从而避免在一处位置切割造成煤炭破碎的情况。

进一步优选地，将刀齿15与切割刀具1的径向方向之间的夹角定义为夹角θ，第一刀齿组包括多个第一刀齿151，多个第一刀齿151的夹角θ向靠近中间刀齿组的方向逐渐减小，第二刀齿组包括多个第二刀齿152，多个第二刀齿152的夹角θ向靠近中间刀齿组的方向逐渐减小，中间刀齿组包括多个中间刀齿，多个中间刀齿在径向上的尺寸由中间向两侧逐渐增大，或者多个中间刀齿包括交错设置的高齿和低齿，从而能够达到很好的切割效果。

本实用新型提供的煤炭切割设备在切割刀具1上附着一层疏水材料层12，如此，即使有水落在切割刀具1上也会由于疏水材料层12的作用而从切割刀具1上滴落下来，避免沾水的切割刀具1切割煤炭而导致煤炭破碎，从而保证煤炭切割过程的可靠性。

进一步地，本申请还提供了一种动态实验系统，用于对煤炭进行实验测试，如图7所示，其包括外壳5和设置在外壳5内的实验台6，实验台6上设置有上述的实验用煤炭切割设备，用于将煤炭切割成不同形状的煤炭块，还包括振动台7，用于将不同形状的煤炭块进行振动，以测试不同形状的煤炭块经过振动后的各项性能。优选地，振动台7设置在实验台6的下方，实验台6优选由多块板件61拼合而成，进一步优选地，每块板件61均由一个驱动装置驱动动作，如此，使得每块板件61均能够具有不同的方位状态，与第二驱动部匹配能够实现更多的切割角度以获得更多种形状的煤炭，进一步优选地，板件61还能够进行翻转，以将板件61上的煤炭块倾倒至振动台7内，如此，整个实验过程无需将外壳5门打开，保证实验环境的密闭性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。