一种带滚珠装置的二维相似材料试验台的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种带滚珠装置的二维相似材料试验台，包括边立柱、底横梁、上横梁、液压柱，在边立柱的内侧还设有多个竖向滚珠槽，各滚珠槽之间由隔离体进行分割，滚珠槽内设置多个滚珠，在滚珠的外表面设有可移动竖板，可移动竖板可以沿滚珠外表面进行自由移动，左右两侧的可以移动竖板通过设置在上部的可以移动横板连接在一起并形成整体，当液压柱对可移动横板施加压力致使可移动横板向下移动时，可移动竖板也同时向下移动。在底横梁的左右两侧还分别设有弹簧和弹簧槽，弹簧可以保证在无液压柱压力的情况下，可移动竖板、可移动横板停留在合适位置，弹簧槽一方面可以提供放置弹簧的空间，另一方面也可以为可移动竖板、可移动横板向下移动提供空间。
【专利说明】一种带滚珠装置的二维相似材料试验台
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及二维相似材料试验装置，具体是一种带滚珠装置的二维相似材料 试验台。
【背景技术】
[0002] 相似模拟实验是解决地下及采矿工程问题科学而有效的研究手段之一。由于经济 技术的不断发展，岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。用数学方法很难得到精确的解 析解，只能作一些假设与简化再求解，因而带来一些误差。于是人们不得不通过实验的方法 来探求那些靠数学方法无法研究的复杂现象的规律性。但是直接的实验的方法有很大的局 限性，其实验的结果只能推广到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方法常常 只能得出个别量的表面规律性关系，难以抓住现象的内在本质。"相似模拟"正是为解决这 些问题而产生的，它不直接研究自然现象或过程的本身，而是研究与这些自然现象或过程 相似的模型，它是理论与实际密切相结合的科学研究方法，是解决一些比较复杂的生产工 程问题的一种有效方法。相似模拟试验是以相似理论【几何相似，物理条件(水分，强度，硬 度等）相似，物理现象(速度，加速度，坍塌等）相似，时间相似等等】分析作为依据的实验研 究方法。由于模拟试验可人为控制和改变试验条件，从而可确定单因素或多因素对矿山压 力影响的规律。二维相似材料模拟试验台是对矿山开采的压力、变形等参数模拟的有效装 置。
[0003] 现有技术中存在如下问题：液压柱从模拟材料顶部给模拟材料施加压力，在压力 从模拟材料顶层到底层的传递过程中，模拟材料相对于边立柱有往下移动的趋势，同时模 拟材料和边立柱之间存在压力和摩擦系数，模拟材料必然受到边立柱所给的方向往上的摩 擦力，这个摩擦力随着模拟材料高度的增加、液压柱压力的增加而不断增加，这就导致液压 柱压力在往下传递过程中因模拟材料和边立柱间的摩擦力而受到损失，情况严重时，摩擦 力可以全部抵消液压柱的压力，会出现在模拟材料底层根本无压力的现象。上述现象严重 影响模拟实验的真实程度，给实验结果的准确程度带来了很大的影响。
【发明内容】
[0004] 本实用新型是一种带滚珠装置的二维相似材料试验台，包括边立柱、底横梁、上横 梁、液压柱，在边立柱的内侧还设有多个坚向滚珠槽，各滚珠槽之间由隔离体进行分割，滚 珠槽内设置多个滚珠，在滚珠的外表面设有可移动坚板，可移动坚板可以沿滚珠外表面进 行自由移动，左右两侧的可以移动坚板通过设置在上部的可以移动横板连接在一起并形成 整体，当液压柱对可移动横板施加压力致使可移动横板向下移动时，可移动坚板也同时向 下移动。在底横梁的左右两侧还分别设有弹簧和弹簧槽，弹簧可以保证在无液压柱压力的 情况下，可移动坚板、可移动横板停留在合适位置，弹簧槽一方面可以提供放置弹簧的空 间，另一方面也可以为可移动坚板、可移动横板向下移动提供空间。
[0005] 作为改进，每侧边立柱内侧设置滚珠槽数量为四个，滚珠直径为8mm，弹簧型号为 KL35x40,弹簧槽宽度为45mm，深度为60mm，每个弹簧槽可容纳两根弹簧。经过改进，可以 保证可移动坚板移动平稳，不出现前后摇摆现象。所选弹簧型号、数量可以保证平稳支撑可 移动横板、可移动坚板，并且在顶部液压柱施加压力时，不产生过大反作用力而抵消压力。 弹簧槽的宽度、深度与弹簧尺寸相配合。
[0006] 本实用新型的有益效果是：
[0007] 当液压柱对可移动横梁施加压力致使其往下移动时，左右两侧的可移动坚板也会 随之往下移动，这样液压柱的压力除了会通过可移动横板传递给模拟材料外，还有有部分 通过可移动坚板传递给模拟材料。滚珠可以在很大程度上减少可移动坚板往下移动时和边 立柱间的摩擦力。在整个液压柱压力传递过程中，除了受到滚珠摩擦力微弱的影响外，其他 绝大部分压力都可以传递给整个模拟材料，可以保证模拟结果更接近于真实情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 附图1为现有技术示意图，附图2为本实用新型整体结构示意图，附图3为边立柱 详图，附图4为A-A剖面图。
[0009] 具体如下：边立柱1，底横梁2,上横梁3,液压柱4,模拟材料5,现有技术的摩擦面 6,滚珠7,可移动坚板8,可移动横板9,弹簧10,弹簧槽11，隔离体12,滚珠槽13。
【具体实施方式】
[0010] 根据附图，本实用新型是一种带滚珠装置的二维相似材料试验台，包括边立柱1、 底横梁2、上横梁3、液压柱4,在边立柱1的内侧还设有四个坚向滚珠槽13,各滚珠槽之间 由隔离体12进行分割，滚珠槽13内设置多个滚珠7,滚珠7直径为8mm，在滚珠7的外表面 设有可移动坚板8,可移动坚板8可以沿滚珠7外表面进行自由移动，左右两侧的可以移动 坚板8通过设置在上部的可以移动横板9连接在一起并形成整体，当液压柱4对可移动横 板9施加压力致使可移动横板9向下移动时，可移动坚板8也同时向下移动。在底横梁2的 左右两侧还分别设有弹簧10和弹簧槽11，弹簧10可以保证在无液压柱压力的情况下，可移 动坚板8、可移动横板9停留在合适位置，弹簧槽11 一方面可以提供放置弹簧10的空间，另 一方面也可以为可移动坚板8、可移动横板9向下移动提供空间，弹簧10型号为KL35x40， 弹簧槽11宽度为45mm，深度为60_，每个弹簧槽11可容纳两根弹簧10。
【权利要求】
1. 一种带滚珠装置的二维相似材料试验台，包括边立柱（1)、底横梁（2)、上横梁（3)、 液压柱（4)，其特征在于：在边立柱（1)的内侧还设有多个坚向滚珠槽（13)，各滚珠槽之间 由隔离体（12)进行分割，滚珠槽（12)内设置多个滚珠（7)，在滚珠（7)的外表面设有可移动 坚板（8)，可移动坚板（8)可以沿滚珠（7)外表面进行自由移动，左右两侧的可以移动坚板 (8)通过设置在上部的可以移动横板（9)连接在一起并形成整体，当液压柱（4)对可移动横 板（9)施加压力致使可移动横板（9)向下移动时，可移动坚板（8)也同时向下移动，在底横 梁的左右两侧还分别设有弹簧（10 )和弹簧槽（11)。
2. 如权利要求1所述的一种带滚珠装置的二维相似材料试验台，其特征在于：每侧边 立柱（1)内侧设置滚珠槽（13)数量为四个，滚珠（7)直径为8mm，弹簧（10)型号为KL35x40， 弹簧槽（11)宽度为45_，深度为60_，每个弹簧槽（11)可容纳两根弹簧（10 )。
【文档编号】G01N3/02GK203908863SQ201420339770
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】王同旭, 葛广州, 徐芝美, 马文强, 刘文杰, 王建昌 申请人:山东科技大学