一种用于模拟溜井溜矿过程的实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于模拟溜井溜矿过程的实验装置。其技术方案是：该装置由初速度控制实验装置（I)和溜井模型适配装置（2)组成。初速度控制实验装置（I)中的卸矿斗（18)活动地设置在支架（14)的上平面上，斜槽（16)与卸矿斗（18)相向设置；上部同步电机（12)、上部涡轮箱（9)和上部丝杠（3)组成上部升降系统，以实现支架（14)的垂直移动。溜井模型适配装置（2)中的下部同步电机（33)、下部涡轮箱（29)和下部丝杠（35)组成下部升降系统，以实现中部平台（36)的垂直移动。溜井模型（37)的下端设置在车架板(30)的溜井模型支撑梁（31)上，溜井模型（37)的上端位于斜槽（16)下端的端口处。本实用新型具有应用范围广、操作简单、控制精度高、实用性强和结构简单的特点。
【专利说明】一种用于模拟溜井溜矿过程的实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于溜井实验模拟领域。具体涉及一种用于模拟溜井溜矿过程的实验
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]矿山溜井属于矿山开拓系统工程，是矿山生产系统的重要组成部分，其主要作用是溜放和储存矿石。在实际生产中由于溜井使用频繁，无支护或少支护，大量矿石不断地冲击碰撞井壁，使井壁磨损严重；再者，储存矿石的溜井经常发生成拱堵塞现象。然而，溜井一旦建设完成便脱离人的控制，后续对溜井进行维护维修已显得乏力。为了控制溜井破坏和减少溜井故障，国内外在关于溜井的加固技术、堵塞处理、溜井破坏原因分析和溜井井壁检测等方面进行了大量的研究，而关于矿石在溜井内的运移特性方面的研究相对较少。
[0003]目前，研究溜井的变形破坏问题大体有3种方法:理论解析法、数值分析法和实验法。理论解析法既要对几何结构作出假设，又要对材料特性、破坏机制、运动状态做许多的限制和简化，理论解析结果往往与实际偏差较大；数值分析法需要确定材料的数值参数，材料参数的准确性很难保证，计算结果易产生误差；实验法分为现场实验和室内实验，现场试验影响矿山正常生产，且现场观察操作困难，存在安全隐患，室内模拟实验过程易于控制，结果便于观察记录，能够重复多次实验，在多数情况下可满足工程的需要。因此，采用室内模拟实验方法研究溜井生产故障、工艺结构等方面将成为必然趋势。
[0004]模拟实验装置是溜井溜矿室内模拟实验研究的关键，然而迄今国内外溜井溜矿模拟实验装置尚未有相关的技术公开。
【发明内容】
[0005]本实用新型旨在解决上述技术问题，目的是提供一种应用范围广、操作简单、控制精度高、实用性强和结构简单的用于模拟溜井溜矿过程的实验装置。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:该装置由初速度控制实验装置和溜井模型适配装置组成。
[0007]初速度控制实验装置的结构是:该实验装置包括支架、上部平台、4根上部丝杠、4个上部涡轮箱和2根上部蜗杆传动轴。在靠近上部平台的四角处分别固定有上部涡轮箱，每根上部蜗杆传动轴两端的蜗杆与对应的上部涡轮箱内的涡轮分别构成上部涡轮蜗杆副。每根上部蜗杆传动轴的一端端部与各自的上部同步电机的输出轴通过联轴器连接。在支架的靠近四角处分别固定有上部丝杠，4根上部丝杠分别垂直地通过上部涡轮箱上的上部套筒与各自对应的上部丝杠螺母螺纹连接，上部丝杠螺母同中心地固定安装在对应的上部涡轮箱内的上部涡轮中心孔内，上部涡轮中心孔正下方的上部平台开有通孔。
[0008]上部平台的正上方设有支架，支架为矩形框架，矩形框架对称地固定有两根上部横梁，卸矿斗的矿斗支撑板活动地设置在两根上部横梁的上平面上。斜槽与卸矿斗相向设置，斜槽的上端为自由端，斜槽的上端位于两根上部横梁间，斜槽中部的背面靠在移动支撑杆上，斜槽背面的下端与固定杆活动连接，固定杆的两端固定在上部平台的两侧。移动支撑杆的两端安装在两侧的下部横梁的上部移动槽中，两个下部横梁的两端分别通过各自的支座固定在上部平台上，两个下部横梁位于斜槽的两侧。
[0009]溜井模型适配装置的结构是:该适配装置包括溜井模型、中部平台、4个中部套筒、4根下部丝杠、4个下部涡轮箱、2根下部蜗杆传动轴、2个下部同步电机、车架板和车轮。
[0010]车架板为中间镂空的矩形钢板，矩形钢板下平面的四角处装有车轮；镂空区呈正方形，在镂空区固定有2根平行的溜井模型支撑梁。
[0011]在靠近车架板的四角处分别固定有下部涡轮箱，每个下部涡轮箱上分别固定有下部套筒，每根下部蜗杆传动轴两端的蜗杆与对应的下部涡轮箱内的下部涡轮分别构成下部涡轮蜗杆副，每根下部蜗杆传动轴的一端端部与各自的下部同步电机的输出轴通过联轴器连接。每根下部丝杠下端分别垂直地通过下部套筒与各自对应的下部涡轮箱内的下部涡轮同中心固定连接，下部丝杠上端与各自对应的下部丝杠螺母螺纹连接，下部丝杠螺母分别固定安装在中部平台四角的安装孔内，每个下部丝杠螺母位于中部套筒的正下方。
[0012]中部平台的两侧设有中部移动槽，两根溜井模型固定杆安装在中部移动槽中。每个中部套筒的下端通过各自的下部法兰与中部平台固定连接，每个中部套筒的上部法兰与初速度控制实验装置的上部平台的下平面固定连接。
[0013]溜井模型的下端设置在车架板的溜井模型支撑梁上，溜井模型的中部外壁与两根溜井模型固定杆的内侧活动性相接触，溜井模型的上端位于初速度控制实验装置的斜槽下端的端口处。
[0014]所述的卸矿斗为上部和下部组成的整体；上部和下部间的两侧水平地设有矿斗支撑板。卸矿斗的上部为卸矿斗仓，卸矿斗仓为方筒状，卸矿斗下部的前侧为出矿口，卸矿斗下部的两侧为三角形，卸矿斗下部的后侧为斜面，所述斜面与水平面的夹角α为40?45°。卸矿斗的前侧设有插槽，插槽活动地装有插板。
[0015]所述的支座高度为斜槽长度的1/3?1/2。
[0016]所述的斜槽侧壁设置有长度测量尺。
[0017]所述的活动性相接触是指两根溜井模型固定杆的内侧与溜井模型的外壁间设有安装间隙，安装间隙之和为0.5?2mm。
[0018]由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下积极效果:
[0019]①应用范围广、操作简单。本实用新型启动初速度控制实验装置两侧的上部同步电机，通过上部涡轮蜗杆副带动上部丝杠运动以调节支架与上部平台之间的距离；移动设置在上部移动槽中的移动支撑杆，斜槽下端部与固定杆之间则发生相对转动，使斜槽与水平面的角度发生改变；移动设置在上部横梁上的卸矿斗，可根据矿石粒度的大小调节出矿口与斜槽之间的距离，能适应不同的溜井溜矿初速度实验要求。启动溜井模型适配装置两侧的下部同步电机，通过下部涡轮蜗杆副带动下部丝杠运动以调节车架板与上部平台之间的距离，能适应溜井模型不同的尺寸要求，故应用范围广、操作简单。
[0020]②控制精度高。本实用新型采用上部同步电机、上部涡轮箱和上部丝杠组成的上部升降系统，实现了支架的垂直移动；通过设置在斜槽侧壁的长度测量尺，能直接读出斜槽下端部到斜槽与移动支撑杆相接触位置的长度L1和矿石在斜槽上的运行距离L2。由于本实用新型中的移动支撑杆与固定杆的垂直距离H1已知，则可知斜槽与水平面的夹角Θ =Brcsin(H1ZL1), Θ亦为卸矿时矿石入井初速度的方向角；由于斜槽的摩擦系数u已知，则溜矿时矿石入井初速度V1 = yj2gL-(s\n Θ -1i cos Θ),
[0021]本实用新型采用下部同步电机、下部涡轮箱和下部丝杠组成的下部升降系统，实现了中部平台的垂直移动，根据溜井模型的高度和通过升降中部平台(36)，可以确定溜井模型上端端部与斜槽下端端部的垂直距离H2。由溜井模型的内径D已知和所得到的初速度V1，则得到:矿石第一次与溜井模型井壁发生碰撞时的矿石速度
V2 =」[、、sin e + {gDI2\\ cos(9)f +(、,.! cos61)2 ;矿石从离开斜槽至第一次与溜井模型井壁发生碰撞时的下落高度H3 = (v22-vi2)/2g ;故本实用新型控制精度高。
[0022]③实用性强。本实用新型用于模拟溜井溜矿实验，为研究溜井结构、预测溜井故障提供了可靠依据，故实用性强。
[0023]④结构简单。本实用新型由初速度控制实验装置和溜井模型适配装置组成，初速度控制实验装置中采用卸矿斗储矿，斜槽卸矿，使矿石溜放稳定，采用上部同步电机、上部涡轮箱和上部丝杠组成的上部升降系统，实现了支架的垂直移动，控制了矿石入井初速度Vl ;溜井模型适配装置中采用下部同步电机、下部涡轮箱和下部丝杠组成的下部升降系统，实现了中部平台的垂直移动，控制了矿石入井的初始高度；故结构简单。
[0024]因此，本实用新型具有应用范围广、操作简单、控制精度高和实用性强的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的一种结构示意图；
[0026]图2为图1中初速度控制实验装置I的一种结构示意图；
[0027]图3为图1中溜井模型适配装置2的一种结构示意图；
[0028]图4为图2中卸矿斗18的一种结构示意图；
[0029]图5为图4卸矿斗18用插板22的结构示意图；
[0030]图6为图2中斜槽16的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的做进一步描述，并对其保护范围的限制:
[0032]实施例1
[0033]一种用于模拟溜井溜矿过程的实验装置。如图1所示，该装置由初速度控制实验装置(I)和溜井模型适配装置(2)组成。
[0034]初速度控制实验装置(I)的结构如图2所示:该实验装置包括支架(14)、上部平台(7)、4根上部丝杠(3)、4个上部涡轮箱(9)和2根上部蜗杆传动轴(8)。在靠近上部平台(7)的四角处分别固定有上部涡轮箱(9)，每根上部蜗杆传动轴(8)两端的蜗杆与对应的上部涡轮箱(9)内的涡轮分别构成上部涡轮蜗杆副。每根上部蜗杆传动轴(8)的一端端部与各自的上部同步电机(12)的输出轴通过联轴器连接。在支架(14)的靠近四角处分别固定有上部丝杠(3)，4根上部丝杠(3)分别垂直地通过上部涡轮箱(9)上的上部套筒(4)与各自对应的上部丝杠螺母螺纹连接，上部丝杠螺母同中心地固定安装在对应的上部涡轮箱(9)内的上部涡轮中心孔内，上部涡轮中心孔正下方的上部平台(7)开有通孔。
[0035]如图2所示，上部平台(7)的正上方设有支架(14)，支架(14)为矩形框架，矩形框架对称地固定有两根上部横梁(17)，卸矿斗(18)的矿斗支撑板(20)活动地设置在两根上部横梁(17)的上平面上。斜槽(16)如图2和图6所示，斜槽(16)与卸矿斗(18)相向设置，斜槽(16)的上端为自由端，斜槽(16)的上端位于两根上部横梁(17)间，斜槽(16)中部的背面靠在移动支撑杆(13)上，斜槽(16)背面的下端与固定杆(10)活动连接，固定杆
(10)的两端固定在上部平台(7)的两侧。移动支撑杆(13)的两端安装在两侧的下部横梁
(5)的上部移动槽(11)中，两个下部横梁(5)的两端分别通过各自的支座￠)固定在上部平台(7)上，两个下部横梁(5)位于斜槽(16)的两侧。
[0036]溜井模型适配装置(2)的结构如图3所示:该适配装置包括溜井模型(37)、中部平台(36)、4个中部套筒(24)、4根下部丝杠(35)、4个下部涡轮箱(29)、2根下部蜗杆传动轴(28)、2个下部同步电机(33)、车架板(30)和车轮(32)。
[0037]如图3所示，车架板(30)为中间镂空的矩形钢板，矩形钢板下平面的四角处装有车轮(32);镂空区呈正方形，在镂空区固定有2根平行的溜井模型支撑梁(31)。
[0038]如图3所示，在靠近车架板(30)的四角处分别固定有下部涡轮箱(29)，每个下部涡轮箱(29)上分别固定有下部套筒(34)，每根下部蜗杆传动轴(28)两端的蜗杆与对应的下部涡轮箱(29)内的下部涡轮分别构成下部涡轮蜗杆副，每根下部蜗杆传动轴(28)的一端端部与各自的下部同步电机(33)的输出轴通过联轴器连接。每根下部丝杠(35)下端分别垂直地通过下部套筒(34)与各自对应的下部涡轮箱(29)内的下部涡轮同中心固定连接，下部丝杠(35)上端与各自对应的下部丝杠螺母螺纹连接，下部丝杠螺母分别固定安装在中部平台(36)四角的安装孔内，每个下部丝杠螺母位于中部套筒(24)的正下方。
[0039]如图3所示，中部平台(36)的两侧设有中部移动槽(26)，两根溜井模型固定杆
(27)安装在中部移动槽(26)中。每个中部套筒(24)的下端通过各自的下部法兰(25)与中部平台(36)固定连接，每个中部套筒(24)的上部法兰(23)与初速度控制实验装置(I)的上部平台(7)的下平面固定连接。
[0040]如图3所示，溜井模型(37)的下端设置在车架板(30)的溜井模型支撑梁(31)上，溜井模型(37)的中部外壁与两根溜井模型固定杆(27)的内侧活动性相接触，溜井模型
(37)的上端位于初速度控制实验装置(I)的斜槽(16)下端的端口处。
[0041]所述的卸矿斗(18)如图4所示，卸矿斗(18)为上部和下部组成的整体；上部和下部间的两侧水平地设有矿斗支撑板(20)。卸矿斗(18)的上部为卸矿斗仓，卸矿斗仓为方筒状，卸矿斗(18)下部的前侧为出矿口(19)，卸矿斗(18)下部的两侧为三角形，卸矿斗(18)下部的后侧为斜面，所述斜面与水平面的夹角α为40?45°。卸矿斗(18)的前侧设有插槽(21)，插槽(21)活动地装有如图5所示的插板(22)。
[0042]所述的支座(6)高度为斜槽(16)长度的1/3?1/2。
[0043]所述的斜槽(16)侧壁设置有长度测量尺(15)。
[0044]所述的活动性相接触是指两根溜井模型固定杆(27)的内侧与溜井模型(37)的外壁间设有安装间隙，安装间隙之和为0.5?2.0mm。
[0045]由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下积极效果:
[0046]①应用范围广、操作简单。本实用新型启动初速度控制实验装置(I)两侧的上部同步电机(12)，通过上部涡轮蜗杆副带动上部丝杠(3)运动以调节支架(14)与上部平台
(7)之间的距离；移动设置在上部移动槽(11)中的移动支撑杆(13)，斜槽(16)下端部与固定杆(10)之间则发生相对转动，使斜槽(16)与水平面的角度发生改变；移动设置在上部横梁(17)上的卸矿斗(18)，可根据矿石粒度的大小调节出矿口(19)与斜槽(16)之间的距离，能适应不同的溜井溜矿初速度实验要求。启动溜井模型适配装置(2)两侧的下部同步电机(33)，通过下部涡轮蜗杆副带动下部丝杠(35)运动以调节车架板(30)与上部平台
(7)之间的距离，能适应溜井模型不同的尺寸要求，故应用范围广、操作简单。
[0047]②控制精度高。本实用新型采用上部同步电机(12)、上部涡轮箱(9)和上部丝杠
(3)组成的上部升降系统，实现了支架(14)的垂直移动；通过设置在斜槽(16)侧壁的长度测量尺(15)，能直接读出斜槽(16)下端部到斜槽(16)与移动支撑杆(13)相接触位置的长度L1和矿石在斜槽(16)上的运行距离L2。由于本实用新型中的移动支撑杆(13)与固定杆(10)的垂直距离H1已知，则可知斜槽(16)与水平面的夹角Θ = Brcsin(H1ZL1), Θ亦为卸矿时矿石入井初速度的方向角；由于斜槽(16)的摩擦系数u已知，则溜矿时矿石入井初速度 V1 = ^/2,ifL:(sini?-?cos Θ) ?
[0048]本实用新型采用下部同步电机(33)、下部涡轮箱(29)和下部丝杠(35)组成的下部升降系统，实现了中部平台(36)的垂直移动，根据溜井模型(37)的高度和通过升降中部平台(36)，可以确定溜井模型(37)上端端部与斜槽(16)下端端部的垂直距离H2。由溜井模型(37)的内径D已知和所得到的初速度V1，则得到:矿石第一次与溜井模型(37)井壁发生碰撞时的矿石速度V2 =^vl sin ^ + (gD/Zvl cos60]2+(V1 a)s602 ;矿石从离开斜槽(16)至第一次与溜井模型(37)井壁发生碰撞时的下落高度H3= (v22-vi2)/2g;故本实用新型控制精度高。
[0049]③实用性强。本实用新型用于模拟溜井溜矿实验，为研究溜井结构、预测溜井故障提供了可靠依据，故实用性强。
[0050]④结构简单。本实用新型由初速度控制实验装置(I)和溜井模型适配装置(2)组成，初速度控制实验装置(I)中采用卸矿斗(18)储矿，斜槽(16)卸矿，使矿石溜放稳定，采用上部同步电机(12)、上部涡轮箱(9)和上部丝杠(3)组成的上部升降系统，实现了支架
(14)的垂直移动，控制了矿石入井初速度Vl ;溜井模型适配装置(2)中采用下部同步电机
(33)、下部涡轮箱(29)和下部丝杠(35)组成的下部升降系统，实现了中部平台(36)的垂直移动，控制了矿石入井的初始高度，故结构简单。
[0051]因此，本实用新型具有应用范围广、操作简单、控制精度高和实用性强的特点。
【权利要求】
1.一种用于模拟溜井溜矿过程的实验装置，其特征在于:该装置由初速度控制实验装置(I)和溜井模型适配装置(2)组成； 初速度控制实验装置(I)的结构是:该实验装置包括支架(14)、上部平台(7)、4根上部丝杠(3)、4个上部涡轮箱(9)和2根上部蜗杆传动轴(8);在靠近上部平台(7)的四角处分别固定有上部涡轮箱(9)，每根上部蜗杆传动轴(8)两端的蜗杆与对应的上部涡轮箱(9)内的涡轮分别构成上部涡轮蜗杆副；每根上部蜗杆传动轴(8)的一端端部与各自的上部同步电机(12)的输出轴通过联轴器连接；在支架(14)的靠近四角处分别固定有上部丝杠(3)，4根上部丝杠(3)分别垂直地通过上部涡轮箱(9)上的上部套筒(4)与各自对应的上部丝杠螺母螺纹连接，上部丝杠螺母同中心地固定安装在对应的上部涡轮箱(9)内的上部涡轮中心孔内，上部涡轮中心孔正下方的上部平台(7)开有通孔； 上部平台(7)的正上方设有支架(14)，支架(14)为矩形框架，矩形框架对称地固定有两根上部横梁(17)，卸矿斗(18)的矿斗支撑板(20)活动地设置在两根上部横梁(17)的上平面上；斜槽(16)与卸矿斗(18)相向设置，斜槽(16)的上端为自由端，斜槽(16)的上端位于两根上部横梁(17)间，斜槽(16)中部的背面靠在移动支撑杆(13)上，斜槽(16)背面的下端与固定杆(10)活动连接，固定杆(10)的两端固定在上部平台(7)的两侧；移动支撑杆(13)的两端安装在两侧的下部横梁(5)的上部移动槽(11)中，两个下部横梁(5)的两端分别通过各自的支座￠)固定在上部平台(7)上，两个下部横梁(5)位于斜槽(16)的两侧； 溜井模型适配装置(2)的结构是:该适配装置包括溜井模型(37)、中部平台(36)、4个中部套筒(24)、4根下部丝杠(35)、4个下部涡轮箱(29)、2根下部蜗杆传动轴(28)、2个下部同步电机(33)、车架板(30)和车轮(32)； 车架板(30)为中间镂空的矩形钢板，矩形钢板下平面的四角处装有车轮(32);镂空区呈正方形，在镂空区固定有2根平行的溜井模型支撑梁(31)； 在靠近车架板(30)的四角处分别固定有下部涡轮箱(29)，每个下部涡轮箱(29)上分别固定有下部套筒(34)，每根下部蜗杆传动轴(28)两端的蜗杆与对应的下部涡轮箱(29)内的下部涡轮分别构成下部涡轮蜗杆副，每根下部蜗杆传动轴(28)的一端端部与各自的下部同步电机(33)的输出轴通过联轴器连接；每根下部丝杠(35)下端分别垂直地通过下部套筒(34)与各自对应的下部涡轮箱(29)内的下部涡轮同中心固定连接，下部丝杠(35)上端与各自对应的下部丝杠螺母 螺纹连接，下部丝杠螺母分别固定安装在中部平台(36)四角的安装孔内，每个下部丝杠螺母位于中部套筒(24)的正下方； 中部平台(36)的两侧设有中部移动槽(26)，两根溜井模型固定杆(27)安装在中部移动槽(26)中；每个中部套筒(24)的下端通过各自的下部法兰(25)与中部平台(36)固定连接，每个中部套筒(24)的上部法兰(23)与初速度控制实验装置(I)的上部平台(7)的下平面固定连接； 溜井模型(37)的下端设置在车架板(30)的溜井模型支撑梁(31)上，溜井模型(37)的中部外壁与两根溜井模型固定杆(27)的内侧活动性相接触，溜井模型(37)的上端位于初速度控制实验装置⑴的斜槽(16)下端的端口处。
2.根据权利要求1所述的用于模拟溜井溜矿过程的实验装置，其特征在于所述的卸矿斗(18)为上部和下部组成的整体，上部和下部间的两侧水平地设有矿斗支撑板(20);卸矿斗(18)的上部为卸矿斗仓，卸矿斗仓为方筒状，卸矿斗(18)下部的前侧为出矿口(19)，卸矿斗(18)下部的两侧为三角形，卸矿斗(18)下部的后侧为斜面，所述斜面与水平面的夹角α为4(Γ45° ;卸矿斗(18)的前侧设有插槽(21)，插槽(21)活动地装有插板(22)。
3.根据权利要求1所述的用于模拟溜井溜矿过程的实验装置，其特征在于所述的支座(6)高度为斜槽(16)长度的1/3?1/2。
4.根据权利要求1所述的用于模拟溜井溜矿过程的实验装置，其特征在于所述的斜槽(16)侧壁设置有长度测量尺(15)。
5.根据权利要求1所述的用于模拟溜井溜矿过程的实验装置，其特征在于所述的活动性相接触是指两根溜井模型固定杆(27)的内侧与溜井模型(37)的外壁间设有安装间隙，安装间隙之和为0.5^2.0mm。
【文档编号】E21F13/00GK204024701SQ201420246527
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】刘艳章, 王其飞, 张丙涛, 叶义成, 邓磊, 张群, 赵卫, 石志军, 陈小强, 潘世华, 祝青, 刘洋 申请人:武汉科技大学