专利名称：一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种测カ支架模型，尤其是涉及ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型。
背景技术：
采矿物理相似模拟实验是利用相似材料，依据现场地质资料、煤岩层柱状图和煤岩物理力学等參数，将现场工程研究对象按照一定的比例缩制成实验模型，再在模型上开挖各类工程，如矿山巷道和硐室、长壁采场等，通过对工程过程的模拟，观察和研究工程围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，以及作用干支护结构上的力。在实验室利用相似材料模型来研究不同倾角(0° 55° )煤层工作面开采过程中覆岩的运移规律以及工作面支架载荷，对现场支架选型及支护阻カ的确定具有指导意义。在以往的模拟实验中也有ー些按合理的相似比缩制而成的支架模型，但是除了对工作面顶板具有支撑作用外，无法实时准确地測量支架的工作阻力。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其结构设计合理、使用操作简便、支架高度调整方便且使用效果好，不仅能对工作面顶板进行支撑，而且能实时准确地测量支架的工作阻力。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于包括呈水平向布设的支架底座、位干支架底座上方且呈水平向布设的顶梁、支撑于支架底座与顶梁之间的多根立柱、布设在顶梁后侧斜下方的掩护梁、布设在掩护梁的下端部与支架底座的后端部之间的尾梁、布设在支架底座侧部且对支架底座上所承受的侧推力进行实时检测的底座侧向传感器、布设在掩护梁侧部且对掩护梁上所承受的侧推力进行实时检测的掩护梁侧向传感器、布设在顶梁侧部且对顶梁上所承受的侧推力进行实时检测的顶梁侧向传感器、分别布设在多根所述立柱上且对所布设立柱上所承受的荷载进行实时检测的多个立柱荷载传感器以及对底座侧向传感器、掩护梁侧向传感器、顶梁侧向传感器和多个所述立柱荷载传感器实时所检测信号进行同步采集及分析处理的数据采集及测试系统，多根所述立柱均呈平行布设，所述底座侧向传感器、掩护梁侧向传感器、顶梁侧向传感器和多个所述立柱荷载传感器均与数据采集及测试系统进行电连接；多根所述立柱上均设置有高度调节装置，且多根所述立柱的结构和尺寸均相同；所述顶梁、掩护梁和尾梁之间通过高度调节机构组装为一体，且所述高度调节装置和所述高度调节机构组成对顶梁的支撑高度进行调节的高速调节系统。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述高度调节机构为由连杆一、连杆ニ、连杆三和连杆四组成的四连杆机构，所述连杆一安装在尾梁上且其与尾梁呈平行布设，所述连杆ニ安装在掩护梁上且其与掩护梁呈平行布设，所述连杆三安装在顶梁上且其与顶梁呈平行布设，所述连杆一的下端部以铰接方式安装在支架底座的后端部且其上端部与所述连杆ニ的下端部之间以铰接方式进行连接，所述连杆ニ的上端部与所述连杆三的后端部之间以铰接方式进行连接，且所述连杆四的上下端部分别以铰接方式安装在所述连杆ニ后侧和支架底座后侧。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述立柱的上端部与顶梁底部之间通过调整丝杠进行连接，且其下端部以铰接方式安装在支架底座上。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述高度调节装置为安装在调整丝杠上且对所述立柱上端部与顶梁底部之间的距离进行调整的调整螺母。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述立柱的上端部和/或顶梁底部对应设置有供调整丝杠安装的内螺纹套筒。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是多根所述立柱、掩护梁和尾梁均呈倾斜向布设。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述立柱的数量为两根，且两根所述立柱分别为对称布设在支架底座与顶梁之间的左立柱一和右立柱一；所述立柱荷载传感器的数量为两个。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述立柱的数量为四根，且四根所述立柱分别为左立柱ニ、右立柱ニ、左立柱三和右立柱三，所述左立柱ニ和所述右立柱ニ对称布设在支架底座与顶梁之间，且左立柱三和所述右立柱三对称布设在支架底座与顶梁之间；所述立柱荷载传感器的数量为四个。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述左立柱三布设在左立柱ニ的正后方，且所述右立柱三布设在所述右立柱ニ的正后方。上述一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征是所述底座侧向传感器、掩护梁侧向传感器、顶梁侧向传感器和多个所述立柱荷载传感器与数据采集及测试系统之间均通过数据传输线进行电连接。本实用新型与现有技术相比具有以下优点I、结构简单、设计合理、加工制作及拆装方便且投入成本低。2、使用操作简便，支架高度调整方便。3、使用效果好，按照现场支架的外观结构及尺寸，将现场支架按I : 20的比例缩制而成本实用新型所采用的支架模型，其不仅满足尺寸的相似，而且还满足支架材料的刚度強度、支架工作阻力与现场支架之间的相似，其能够较好地解决实验中支架工作阻力、顶梁侧推力、掩护梁侧推力以及底座侧推力的測量难题。4、适用范围较广，通过四连杆机构与立柱调节螺母相配合对支架的支撑高度进行平稳、灵活调节，支架支撑高度的可调范围为120mm 150mm，按照几何相似关系，适用于采煤高度在2. 4m 3. Om的不同倾角煤层工作面。综上所述，本实用新型结构设计合理、使用操作简便、支架高度调整方便且使用效果好，不仅能对工作面顶板进行支撑，而且能实时准确地测量支架的工作阻力。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进ー步的详细描述。
图I为本实用新型第一种具体实施方式
的结构示意图。[0023]图2为本实用新型第二种具体实施方式
的结构示意图。附图标记说明 I-支架底座；2-顶梁；3-掩护梁；4-尾梁；5-底座侧向传感器；6-掩护梁侧向传感器；7-顶梁侧向传感器；8-立柱荷载传感器；9-数据采集及测试系统；10-数据传输线；11-1-左立柱一；11-2-左立柱ニ；11-3-左立柱ニ；12-调整丝杠；13-调整螺母；14-四连杆机构。
具体实施方式
实施例I如图I所示，本实用新型包括呈水平向布设的支架底座I、位干支架底座I上方且呈水平向布设的顶梁2、支撑于支架底座I与顶梁2之间的多根立柱、布设在顶梁2后侧斜下方的掩护梁3、布设在掩护梁3的下端部与支架底座I的后端部之间的尾梁4、布设在支架底座I侧部且对支架底座I上所承受的侧推力进行实时检测的底座侧向传感器5、布设在掩护梁3侧部且对掩护梁3上所承受的侧推力进行实时检测的掩护梁侧向传感器6、布设在顶梁4侧部且对顶梁4上所承受的侧推力进行实时检测的顶梁侧向传感器7、分别布设在多根所述立柱上且对所布设立柱上所承受的荷载进行实时检测的多个立柱荷载传感器8以及对底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6、顶梁侧向传感器7和多个所述立柱荷载传感器8实时所检测信号进行同步采集及分析处理的数据采集及测试系统9，多根所述立柱均呈平行布设，所述底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6、顶梁侧向传感器7和多个所述立柱荷载传感器8均与数据采集及测试系统9进行电连接。多根所述立柱上均设置有高度调节装置，且多根所述立柱的结构和尺寸均相同。所述顶梁2、掩护梁3和尾梁4之间通过高度调节机构组装为一体，且所述高度调节装置和所述高度调节机构组成对顶梁2的支撑闻度进行调节的闻速调节系统。本实施例中，所述高度调节机构为由连杆一、连杆ニ、连杆三和连杆四组成的四连杆机构14，所述连杆一安装在尾梁4上且其与尾梁4呈平行布设，所述连杆ニ安装在掩护梁3上且其与掩护梁3呈平行布设，所述连杆三安装在顶梁2上且其与顶梁2呈平行布设，所述连杆一的下端部以铰接方式安装在支架底座I的后端部且其上端部与所述连杆ニ的下端部之间以铰接方式进行连接，所述连杆ニ的上端部与所述连杆三的后端部之间以铰接方式进行连接，且所述连杆四的上下端部分别以铰接方式安装在所述连杆ニ后侧和支架底座I后侧。本实施例中，所述立柱的上端部与顶梁2底部之间通过调整丝杠12进行连接，且其下端部以铰接方式安装在支架底座I上。所述高度调节装置为安装在调整丝杠12上且对所述立柱上端部与顶梁2底部之间的距离进行调整的调整螺母13。相应地，所述立柱的上端部和/或顶梁2底部对应设置有供调整丝杠12安装的内螺纹套筒。实际使用过程中，也可采用其它类型的高度调节装置。实际布设安装时，多根所述立柱、掩护梁3和尾梁4均呈倾斜向布设。本实施例中，实际安装制作时，所述支架底座I、顶梁2、多根所述立柱和尾梁4均采用镀金钢铁皮加工而成。本实施例中，所述立柱的数量为两根，且两根所述立柱分别为对称布设在支架底座I与顶梁2之间的左立柱一 11-1和右立柱一；所述立柱荷载传感器8的数量为两个。实际使用时，可以根据具体需要，对所述立柱的数量进行相应调整。本实施例中，实际接线时，所述底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6、顶梁侧向传感器7和多个所述立柱荷载传感器8与数据采集及测试系统9之间均通过数据传输线10进行电连接。所述底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6、顶梁侧向传感器7和多个所述立柱荷载传感器8均为电阻应变式传感器。本实施例中，所采用的数据采集及测试系统9为108路压カ计算机数据采集系统。采用本实用新型在进行相似模拟实验时，通过左立柱一 11-1和右立柱一上所设 置的调整螺母13带动顶梁2、四连杆机构14、掩护梁3和尾梁4对支架高度进行调节。实际使用时，所述底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6、顶梁侧向传感器7和多个所述立柱荷载传感器8将所检测信号传输至数据采集及测试系统9，数据采集及测试系统9根据已标定的应力-应变回归方程显示出本实用新型的受カ情況。综上，实际安装布设时，在所述顶梁2、掩护梁3、尾梁4和两根立柱的侧帮分别安装电阻应变式传感器，其中顶梁2的总阻カ为30kg，两根立柱上所布设电阻应变式传感器(即立柱荷载传感器8)的量程均为15kg，而底座侧向传感器5、掩护梁侧向传感器6和顶梁侧向传感器7的的量程均为10kg。当受到上覆岩层的载荷之后，各电阻应变式传感器可以实时地测出本实用新型所受的载荷大小及顶梁侧推力、掩护梁侧推力和底座侧推力的大小，达到测量支架模型工作阻力的目的，再通过換算，计算出实际当前支架的工作阻力。实施例2如图2所示，本实施例中，与实施例I不同的是所述立柱的数量为四根，且四根所述立柱分别为左立柱ニ 11-2、右立柱ニ、左立柱三11-3和右立柱三，所述左立柱ニ 11-2和所述右立柱ニ对称布设在支架底座I与顶梁2之间，且左立柱三11-3和所述右立柱三对称布设在支架底座I与顶梁2之间；所述立柱荷载传感器8的数量为四个。实际布设安装时，所述左立柱三11-3布设在左立柱ニ 11-2的正后方，且所述右立柱三布设在所述右立柱ニ的正后方，且四根所述立柱上所布设立柱荷载传感器8的量程均为 7. 5kg。本实施例中，其余部分结构、连接关系和工作原理均与实施例I相同。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于包括呈水平向布设的支架底座(I)、位干支架底座(I)上方且呈水平向布设的顶梁(2)、支撑于支架底座(I)与顶梁(2)之间的多根立柱、布设在顶梁(2)后侧斜下方的掩护梁(3)、布设在掩护梁(3)的下端部与支架底座(I)的后端部之间的尾梁(4)、布设在支架底座(I)侧部且对支架底座(I)上所承受的侧推力进行实时检测的底座侧向传感器(5)、布设在掩护梁(3)侧部且对掩护梁(3)上所承受的侧推力进行实时检测的掩护梁侧向传感器(6)、布设在顶梁(4)侧部且对顶梁(4)上所承受的侧推力进行实时检测的顶梁侧向传感器(7)、分别布设在多根所述立柱上且对所布设立柱上所承受的荷载进行实时检测的多个立柱荷载传感器(8)以及对底座侧向传感器(5)、掩护梁侧向传感器出)、顶梁侧向传感器(7)和多个所述立柱荷载传感器(8)实时所检测信号进行同步采集及分析处理的数据采集及测试系统(9)，多根所述立柱均呈平行布设，所述底座侧向传感器(5)、掩护梁侧向传感器出)、顶梁侧向传感器(7)和多个所述立柱荷载传感器(8)均与数据采集及测试系统(9)进行电连接；多根所述立柱上均设置有高度调节装置，且多根所述立柱的结构和尺寸均相同；所述顶梁(2)、掩护梁(3)和尾梁(4)之间通过高度调节机构组装为一体，且所述高度调节装置和所述高度调节机构组成对顶梁(2)的支撑高度进行调节的高速调节系统。
2.按照权利要求I所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述高度调节机构为由连杆一、连杆ニ、连杆三和连杆四组成的四连杆机构(14)，所述连杆一安装在尾梁(4)上且其与尾梁(4)呈平行布设，所述连杆ニ安装在掩护梁(3)上且其与掩护梁(3)呈平行布设，所述连杆三安装在顶梁(2)上且其与顶梁(2)呈平行布设，所述连杆ー的下端部以铰接方式安装在支架底座(I)的后端部且其上端部与所述连杆ニ的下端部之间以铰接方式进行连接，所述连杆ニ的上端部与所述连杆三的后端部之间以铰接方式进行连接，且所述连杆四的上下端部分别以铰接方式安装在所述连杆ニ后侧和支架底座(I)后侧。
3.按照权利要求I或2所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述立柱的上端部与顶梁(2)底部之间通过调整丝杠(12)进行连接，且其下端部以铰接方式安装在支架底座(I)上。
4.按照权利要求3所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述高度调节装置为安装在调整丝杠(12)上且对所述立柱上端部与顶梁(2)底部之间的距离进行调整的调整螺母(13)。
5.按照权利要求4所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述立柱的上端部和/或顶梁(2)底部对应设置有供调整丝杠(12)安装的内螺纹套筒。
6.按照权利要求I或2所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于多根所述立柱、掩护梁(3)和尾梁(4)均呈倾斜向布设。
7.按照权利要求I或2所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述立柱的数量为两根，且两根所述立柱分别为对称布设在支架底座(I)与顶梁(2)之间的左立柱一(11-1)和右立柱一；所述立柱荷载传感器(8)的数量为两个。
8.按照权利要求I或2所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述立柱的数量为四根，且四根所述立柱分别为左立柱ニ(11-2)、右立柱ニ、左立柱三(11-3)和右立柱三，所述左立柱ニ(11-2)和所述右立柱ニ对称布设在支架底座(I)与顶梁(2)之间，且左立柱三(11-3)和所述右立柱三对称布设在支架底座(I)与顶梁(2)之间；所述立柱荷载传感器(8)的数量为四个。
9.按照权利要求8所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述左立柱三(11-3)布设在左立柱ニ(11-2)的正后方，且所述右立柱三布设在所述右立柱ニ的正后方。
10.按照权利要求I或2所述的ー种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，其特征在于所述底座侧向传感器(5)、掩护梁侧向传感器(6)、顶梁侧向传感器(7)和多个所述立柱荷载传感器(8)与数据采集及测试系统(9)之间均通过数据传输线(10)进行电连接。
专利摘要本实用新型公开了一种用于物理相似模拟实验的测力支架模型，包括支架底座、位于支架底座上方的顶梁、支撑于支架底座与顶梁之间的多根立柱、掩护梁、尾梁、底座侧向传感器、掩护梁侧向传感器、顶梁侧向传感器、多个立柱荷载传感器以及对各传感器所检测信号进行采集及分析处理的数据采集及测试系统，多根立柱上均设置有高度调节装置，顶梁、掩护梁和尾梁之间通过高度调节机构组装为一体，且高度调节装置和高度调节机构组成对顶梁的支撑高度进行调节的高速调节系统。本实用新型结构设计合理、使用操作简便、支架高度调整方便且使用效果好，不仅能对工作面顶板进行支撑，而且能实时准确地测量支架的工作阻力。
文档编号G01L1/00GK202420725SQ201220013359
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者任世广, 伍永平, 张艳丽, 王红伟, 窦娟, 解盘石, 高喜才 申请人:西安科技大学