组装式平面相似模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种组装式平面相似模拟实验装置，包括左底座、右底座、左立柱、右立柱和两个基础梁；两个基础梁的一同侧端均与左立柱拆卸式连接，两个基础梁的另一同侧端均与右立柱拆卸式连接，两个基础梁上方均设置多个挡板，多个挡板一同侧端均与左立柱拆卸式连接，多个挡板另一同侧端均与右立柱拆卸式连接，两个基础梁之间设置多个压力传感器和多个传感器支撑杆，压力传感器底壁设置第一耳板和第二耳板，传感器支撑杆上端伸入第一耳板和第二耳板之间，第一耳板、第二耳板和传感器支撑杆通过铰轴连接，铰轴一端设置挡帽，铰轴另一端套锁紧螺母。该实验装置能够根据具体的实验需要进行快速组装，使得实验模型尺寸能够适时变化，适应性强。
【专利说明】组装式平面相似模拟实验装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于相似模拟实验【技术领域】，具体涉及一种组装式平面相似模拟实验 装直。
【背景技术】
[0002] 相似材料模拟是岩土工程和采矿工程的主要试验究方法，近年来已经成为国内外 进行重大岩体工程可行性研究不可缺少的方法之一。由于采矿地质条件的复杂性，采矿学 问题多为大变形和非连续变形问题，而目前计算机数值模拟解决非连续大变形问题还存在 局限性，不能完整准确的反映具体条件下采矿过程中由于采动而引起的岩层移动情况。物 理相似材料模拟实验可模拟地层的层理等不连续面，也可按照相似比模拟开挖，特别是模 拟岩层垮落运动等非连续变形，而且模拟过程形象直观可控制，对研究采动过程的岩层运 动具有优势，在采矿工程研究过程中占据重要地位。
[0003] 目前，常用的平面相似模拟实验装置存在以下问题和不足：1、实验装置大都为钢 制焊接结构，装置一旦制成，实验模型的横向尺寸便随之固定，坚向尺寸也受到一定的限 制，使得实验模型尺寸单一化，适应性不强，难以满足对不同相似比对象的模拟研究。而多 台不同规格的实验装置势必会占用大量实验场地，造成空间资源浪费。此外，这种钢材焊制 而成的固定式实验装置过于笨重，不利于拆卸和运输。2、实验过程中需要用锯条等工具人 工开挖煤层，劳动强度大，且对上覆岩层扰动较大。3、模拟倾斜煤层开采时，这种固定式平 面模型较难铺设。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种组装式平面相似模 拟实验装置。该实验装置能够根据具体的实验需要进行快速组装和拆卸，使得实验模型尺 寸能够适时变化，适应性强。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：组装式平面相似模拟实验装置， 其特征在于：包括左底座、右底座、左立柱、右立柱和两个基础梁；所述左立柱坚直安装在 左底座上且与左底座拆卸式连接，所述右立柱坚直安装在右底座上且与右底座拆卸式连 接；两个所述基础梁水平布设且分别设置在左立柱的前侧和后侧，两个所述基础梁的一同 侧端均与左立柱拆卸式连接，两个所述基础梁的另一同侧端均与右立柱拆卸式连接，两个 所述基础梁的上方均设置有多个挡板，多个所述挡板的一同侧端均与左立柱拆卸式连接， 多个所述挡板的另一同侧端均与右立柱拆卸式连接，两个所述基础梁之间设置有沿基础梁 长度方向布设的多个压力传感器和与所述压力传感器 对应设置的多个传感器支撑杆， 所述压力传感器的底壁设置有第一耳板和第二耳板，所述传感器支撑杆的上端伸入第一耳 板和第二耳板之间，所述第一耳板、第二耳板和传感器支撑杆通过铰轴连接，所述铰轴的一 端设置有挡帽，所述铰轴的另一端套有锁紧螺母。
[0006] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：位于左立柱前侧的基础梁上 设置有与多个传感器支撑杆一一对应的多个第一调节螺栓，位于右立柱后侧的基础梁上设 置有与多个传感器支撑杆一一对应的多个第二调节螺栓，所述第一调节螺栓和第二调节螺 栓螺杆端头均设置有用于夹持传感器支撑杆的护板。
[0007] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述基础梁上均开设有 沿基础梁长度方向延伸的第一条形孔；所述第一调节螺栓穿过左立柱前侧基础梁上的第一 条形孔，所述第二调节螺栓穿过左立柱后侧基础梁上的第二条形孔。
[0008] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述基础梁上均开设有 沿基础梁长度方向延伸的第二条形孔，所述第二条形孔位于第一条形孔的下方；两个所述 基础梁的一同侧端与左立柱，以及两个所述基础梁的另一同侧端与右立柱均第一连接螺栓 相连接，所述第一连接螺栓穿过第一条形孔或第二条形孔。
[0009] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：多个所述挡板的一同侧端与 左立柱，以及多个所述挡板的另一同侧端与右立柱均通过第二连接螺栓相连接，
[0010] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：包括两个水平布设的顶梁，两 个所述顶梁水平布设且分别设置在左立柱的前侧和后侧，两个所述顶梁的一同侧端均与左 立柱拆卸式连接，两个所述顶梁的另一同侧端均与右立柱拆卸式连接。
[0011] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述顶梁的一同侧端与 左立柱，以及两个所述顶梁的另一同侧端与右立柱均通过第三连接螺栓相连接。
[0012] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：多个所述挡板均由槽钢制成。
[0013] 上述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：至少一个基础梁上设置有用 于标示基础梁长度的刻度。
[0014] 本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
[0015] 1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。
[0016] 2、本实用新型左立柱和左底座，右立柱和右底座，基础梁与左立柱和右立柱，挡板 与左立柱和右立柱，以及顶梁与左立柱和右立柱均通过螺栓连接，方便了拆卸和安装，能够 根据具体的实验需要进行快速组装，使得实验模型尺寸能够适时变化，适应性强，能够满足 对不同相似比对象的模拟研究。并且拆卸后方便运输，实用性强。
[0017] 3、本实用新型通过调整第一调节螺栓和第二调节螺栓，使护板脱离对传感器支撑 杆的支撑，调整压力传感器的高度，进而模拟煤层开挖。避免在实验过程中需要用锯条等工 具人工开挖煤层，造成劳动强度大，且对上覆岩层扰动较大等诸多问题。
[0018] 4、使用本实用新型时，当研究对象不涉及煤层及其底板岩层时，无需铺设煤层及 其底板岩层相似模拟材料，可直接在压力传感器上表面铺设顶板相似材料。
[0019] 5、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
[0020] 综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，操作简便，便于推 广使用。
[0021] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的主视图。
[0023] 图2为本实用新型的俯视图。
[0024] 图3为本实用新型的左视图。
[0025] 图4为本实用新型传感器支撑杆与压力传感器的连接关系示意图。
[0026] 图5为本实用新型第一调节螺栓和第二调节螺栓与传感器支撑杆的连接关系示 意图。
[0027] 附图标记说明：
[0028] 1一左底座； 2-左立柱； 3-基础梁；
[0029] 4 一第二条形孔； 5-第一调节螺栓；6-传感器支撑杆；
[0030] 7 一右底座； 8-右立柱； 9 一第一连接螺检；
[0031] 10-第一条形孔；11 一压力传感器；12-第二连接螺栓；
[0032] 13一挡板； 14一第二连接螺栓；15-顶梁；
[0033] 16-第二调节螺栓；17-锁紧螺母； 18-护板；
[0034] 19一第一耳板； 20-第二耳板； 21-铰轴；
[0035] 2 2-挡帽。
【具体实施方式】
[0036] 如图1、图2和图3所示的一种组装式平面相似模拟实验装置，包括左底座1、右底 座7、左立柱2、右立柱8和两个基础梁3 ;所述左立柱2坚直安装在左底座1上且与左底座 1通过螺栓拆卸式连接，所述右立柱8坚直安装在右底座7上且与右底座7通过螺栓拆卸式 连接；两个所述基础梁3水平布设且分别设置在左立柱2的前侧和后侧，两个所述基础梁3 的一同侧端均与左立柱2拆卸式连接，两个所述基础梁3的另一同侧端均与右立柱8拆卸 式连接，两个所述基础梁3的上方均设置有多个挡板13,多个所述挡板13的一同侧端均与 左立柱2拆卸式连接，多个所述挡板13的另一同侧端均与右立柱8拆卸式连接。
[0037] 结合图4和图5,两个所述基础梁3之间设置有沿基础梁3长度方向布设的多个压 力传感器11和与所述压力传感器11 一一对应设置的多个传感器支撑杆6,所述压力传感器 11的底壁设置有第一耳板19和第二耳板20,所述传感器支撑杆6的上端伸入第一耳板19 和第二耳板20之间，所述第一耳板19、第二耳板20和传感器支撑杆6通过铰轴21连接，所 述铰轴21的一端设置有挡帽22,所述铰轴21的另一端套有锁紧螺母17。
[0038] 结合图4和图5,位于左立柱2前侧的基础梁3上设置有与多个传感器支撑杆6 一一对应的多个第一调节螺栓5,位于右立柱8后侧的基础梁3上设置有与多个传感器支撑 杆6 -一对应的多个第二调节螺栓16,所述第一调节螺栓5和第二调节螺栓16螺杆端头均 设置有用于夹持传感器支撑杆6的护板18。
[0039] 结合图1和图5,两个所述基础梁3上均开设有沿基础梁3长度方向延伸的第一条 形孔10 ;所述第一调节螺栓5穿过左立柱2前侧基础梁3上的第一条形孔10,所述第二调 节螺栓16穿过左立柱2后侧基础梁3上的第二条形孔4。
[0040] 如图1所示，两个所述基础梁3上均开设有沿基础梁3长度方向延伸的第二条形 孔4,所述第二条形孔4位于第一条形孔10的下方；两个所述基础梁3的一同侧端与左立 柱2,以及两个所述基础梁3的另一同侧端与右立柱8均第一连接螺栓9相连接，所述第一 连接螺栓9穿过第一条形孔10或第二条形孔4。
[0041] 如图1所示，多个所述挡板13的一同侧端与左立柱2,以及多个所述挡板13的另 一同侧端与右立柱8均通过第二连接螺栓12相连接，
[0042] 如图1所示，该实验装置还包括两个水平布设的顶梁15,两个所述顶梁15水平布 设且分别设置在左立柱2的前侧和后侧，两个所述顶梁15的一同侧端均与左立柱2拆卸式 连接，两个所述顶梁15的另一同侧端均与右立柱8拆卸式连接。
[0043] 如图1所示，两个所述顶梁15的一同侧端与左立柱2,以及两个所述顶梁15的另 一同侧端与右立柱8均通过第三连接螺栓14相连接。
[0044] 本实施例中，多个所述挡板13均由槽钢制成。至少一个基础梁3上设置有用于标 示基础梁3长度的刻度。
[0045] 该组装式平面相似模拟实验装置主要用于模拟煤层开挖时顶板或底板的受力情 况，先将左立柱2与左底座1以及右立柱8和右底座7连接稳固，将其中一个立柱和其中一 个底座摆在预定的位置，然后利用所述基础梁3上的刻度确定另一个立柱和底座的位置， 再利用所述顶梁15以同样的间距固定左立柱2和右立柱8的顶端。所述左底座1、左立柱 2、右底座7、右立柱8、基础梁3和顶梁15固定后，在所述基础梁3之间铺设可调节角度的压 力传感器11，所述压力传感器11可根据实验需要绕铰轴21转到预定角度α后，通过锁紧 螺母17对压力传感器11的角度进行固定。然后再安装各个挡板13,随后将相似模拟材料 装入由各挡板13构成的腔室内，相似模拟材料会根据压力传感器11的角度进而成型为待 模拟的煤层形状，进而通过压力传感器11对相似模拟材料进行检测。进而通过调整第一调 节螺栓5和第二调节螺栓16,使护板18脱离对传感器支撑杆6的支撑，调整压力传感器11 的高度，进而模拟煤层开挖。避免在实验过程中需要用锯条等工具人工开挖煤层，造成劳动 强度大，且对上覆岩层扰动较大等诸多问题。当研究对象不涉及煤层及其底板岩层时，无需 铺设煤层及其底板岩层相似模拟材料，可直接在压力传感器11上表面铺设顶板相似材料。
[0046] 本实施例中，该组装式平面相似模拟实验装置的左立柱2和左底座1，右立柱8和 右底座7,基础梁3与左立柱2和右立柱8,挡板13与左立柱2和右立柱8,以及顶梁15与 左立柱2和右立柱8均通过螺栓连接，方便了拆卸和安装，能够根据具体的实验需要进行快 速组装，使得实验模型尺寸能够适时变化，适应性强，能够满足对不同相似比对象的模拟研 究。并且拆卸后方便运输，实用性强。
[0047] 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换，均仍 属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1. 组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：包括左底座（1)、右底座（7)、左立柱 (2)、右立柱（8)和两个基础梁（3);所述左立柱（2)坚直安装在左底座（1)上且与左底座 (1) 拆卸式连接，所述右立柱（8)坚直安装在右底座（7)上且与右底座（7)拆卸式连接；两 个所述基础梁（3)水平布设且分别设置在左立柱（2)的前侧和后侧，两个所述基础梁（3) 的一同侧端均与左立柱（2)拆卸式连接，两个所述基础梁（3)的另一同侧端均与右立柱（8) 拆卸式连接，两个所述基础梁（3)的上方均设置有多个挡板（13)，多个所述挡板（13)的一 同侧端均与左立柱（2)拆卸式连接，多个所述挡板（13)的另一同侧端均与右立柱（8)拆 卸式连接，两个所述基础梁（3)之间设置有沿基础梁（3)长度方向布设的多个压力传感器 (11)和与所述压力传感器（11) 一一对应设置的多个传感器支撑杆（6)，所述压力传感器 (11)的底壁设置有第一耳板（19)和第二耳板（20)，所述传感器支撑杆￠)的上端伸入第 一耳板（19)和第二耳板（20)之间，所述第一耳板（19)、第二耳板（20)和传感器支撑杆（6) 通过铰轴（21)连接，所述铰轴（21)的一端设置有挡帽（22)，所述铰轴（21)的另一端套有 锁紧螺母（17)。
2. 根据权利要求1所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：位于左立柱（2) 前侧的基础梁（3)上设置有与多个传感器支撑杆（6) -一对应的多个第一调节螺栓（5)，位 于右立柱（8)后侧的基础梁（3)上设置有与多个传感器支撑杆（6) -一对应的多个第二调 节螺栓（16)，所述第一调节螺栓（5)和第二调节螺栓（16)螺杆端头均设置有用于夹持传感 器支撑杆（6)的护板（18)。
3. 根据权利要求2所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述基础 梁（3)上均开设有沿基础梁（3)长度方向延伸的第一条形孔（10);所述第一调节螺栓（5) 穿过左立柱（2)前侧基础梁（3)上的第一条形孔（10)，所述第二调节螺栓（16)穿过左立柱 (2) 后侧基础梁（3)上的第二条形孔（4)。
4. 根据权利要求3所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述基础 梁（3)上均开设有沿基础梁（3)长度方向延伸的第二条形孔（4)，所述第二条形孔（4)位于 第一条形孔（10)的下方；两个所述基础梁（3)的一同侧端与左立柱（2)，以及两个所述基 础梁（3)的另一同侧端与右立柱（8)均第一连接螺栓（9)相连接，所述第一连接螺栓（9) 穿过第一条形孔（10)或第二条形孔（4)。
5. 根据权利要求1所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：多个所述挡板 (13)的一同侧端与左立柱（2)，以及多个所述挡板（13)的另一同侧端与右立柱（8)均通过 第二连接螺栓（12)相连接。
6. 根据权利要求1所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：包括两个水平 布设的顶梁（15)，两个所述顶梁（15)水平布设且分别设置在左立柱（2)的前侧和后侧，两 个所述顶梁（15)的一同侧端均与左立柱（2)拆卸式连接，两个所述顶梁（15)的另一同侧 端均与右立柱（8)拆卸式连接。
7. 根据权利要求6所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：两个所述顶梁 (15)的一同侧端与左立柱（2)，以及两个所述顶梁（15)的另一同侧端与右立柱（8)均通过 第三连接螺栓（14)相连接。
8. 根据权利要求1所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：多个所述挡板 (13)均由槽钢制成。
9.根据权利要求1所述的组装式平面相似模拟实验装置，其特征在于：至少一个基础 梁（3)上设置有用于标示基础梁（3)长度的刻度。
【文档编号】G01N33/24GK203838149SQ201420253918
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月17日 优先权日:2014年5月17日
【发明者】赵兵朝, 刘樟荣, 余学义, 同超, 陈大阳, 许文强, 刘俊杰, 张冬冬 申请人:西安科技大学