一种钢弹速射冲击破岩实验台的制作方法

本发明涉及矿山岩石破碎实验装置，特别是一种钢弹速射冲击破岩实验台。

背景技术：

冲击是一种简单、有效的煤矿破岩手段，能够在短时间内获得较大的破碎能。一些科研单位和凿岩机及岩石破碎机的生产企业经常要对岩石进行冲击破碎试验。

现有用于煤岩破碎试验的实验设备主要有落锤式或摆锤式冲击实验台。这种实验台只能用于单次冲击、且冲击速度不大的煤岩冲击破碎试验，不能用于连续多次冲击或者高速冲击下的煤岩冲击破碎试验。而且，这类实验台对岩石的冲击入射角度不能根据需要进行控制。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种可实现高速连续冲击、且对冲击入射角度可进行控制的钢弹速射冲击破岩实验台。

为实现上述目的，本发明提供的钢弹速射冲击破岩实验台，包括钢弹发射装置和钢弹入射角控制装置；

所述钢弹发射装置包括方形箱体；在箱体内底面上固定有发射架；在发射架上安装有可转动的圆柱凸轮；圆柱凸轮由步进电机通过齿轮加速机构驱动；圆柱凸轮与安装在发射架上的推杆连接，将圆柱凸轮的转动转化为推杆的前后移动；推杆的前部有U形叉，U形叉的上杆与弹丸推移杆固定连接，弹丸推移杆置于与其配合的发射管中，发射管固定在箱体的前壁上，弹丸推移杆前端有L形排气孔；发射管的下部有排气阀门，排气阀门的阀体与发射管连接成一体，沿阀体的轴向有T形内腔，T形内腔中有可前后滑动的T形阀杆；T形阀杆的后端与所述U形叉的下杆前端焊接，T形内腔的左端有可接通和关闭气道与排气孔的十字形排气芯，十字形排气芯与安装在气道中的弹簧连接；在发射管的上部有下端口与发射管内腔相通的钢弹室；

所述钢弹入射角控制装置包括横向入射角控制装置和纵向入射角控制装置；

所述横向入射角控制装置包括两块分别与所述箱体的左箱壁和右箱壁铰接的支撑板；支撑板的下端固定在支撑座上；支撑座坐落在方形箱式底座的上部；支撑座由安装在箱式底座中的伺服电机通过齿轮减速机构驱动，可在箱式底座的上表面转动；

所述纵向入射角控制装置为上端与所述箱体的后箱壁铰接,下端与所述支撑座铰接的液压油缸。

本发明实验台的工作原理是：

弹丸由钢弹室落入发射管中，启动步进电机，通过齿轮加速机构驱动圆柱凸轮快速转动，圆柱凸轮将其转动转化为推杆的前后移动；推杆向前移动时，推动弹丸推移杆沿发射管的管腔前行，与弹丸触及后将弹丸向前推移；与此同时，推杆还推动排气阀门的T形阀杆前行，当弹丸推移杆前端的L形排气孔与排气阀门的出气孔接通时，排气阀门打开，由气压缸输出的高压气体通过气道和出气孔从弹丸推移杆前端的L形排气孔中喷出，弹丸在高压气体作用下从发射管中快速射出，对煤岩进行冲击。弹丸射出后，步进电机通过圆柱凸轮和推杆带动弹丸推移杆和T形阀杆后退、复位，排气阀门恢复关闭状态，下一个弹丸由钢弹室落入发射管中，等待下次发射。

当需要调节钢弹的横向入射角时，保持液压油缸不动，启动横向入射角控制装置中的伺服电机，伺服电机通过齿轮减速机构驱动坐落在箱式底座上面的支撑座缓慢转动，通过与支撑座固定在一起的支撑板带动钢弹发射装置的箱体横向缓慢转动，钢弹的横向入射角随之改变。

当需要调节钢弹的纵向入射角时，保持伺服电机处于关闭状态，启动液压油缸，通过液压油缸的伸缩带动与其上端铰接的箱体绕两支撑板与箱体壁的铰接点纵向转动，钢弹的纵向入射角随之改变。

本发明实验台的有益效果：

1、利用高压气体和本发明中的钢弹发射装置可实现用钢弹对岩石进行高速连续冲击；并通过改变步进电机的转速调节钢弹的冲击频率，从而为实验室开展煤岩的连续多次冲击或高速冲击实验提供专用实验设备。

2、通过钢弹入射角控制装置可调节钢弹的横向和纵向入射角，以适应不同岩体冲击破岩试验需要。

3、本发明实验台结构简单，易于加工制造，操作使用简便。

附图说明

图1为本发明实验台的结构示意图(局部剖视图)；

图2为图1实验台的外形三维立体图；

图3为图1中的推杆及与推杆相接的弹丸发射组件的剖视图；

图4为图3局部放大图(排气阀门开启、弹丸发射时状态)。

图中：1、发射管；2、钢弹室，3、箱体；4、推杆；5、发射架；6、角接触球轴承；7、圆柱凸轮；8、小齿轮；9、支撑板；10、角接触球轴承(与支撑板和箱壁连接)；11、联轴器；12、步进电机；13、液压油缸；14、伺服电机；15、联轴器；16安装架；17、锥齿轮轴；18、锥齿轮；19、轴承座；20、箱式底座；21、输出轴；22、支撑座；23、空心轴；24、大齿轮；25、密封圈；26、弹丸推移杆；27、T形阀杆；28、L形排气孔；29、排气孔；30、十字形排气芯；31、弹簧；32、阀体；33、T形内腔；34、轴孔；35、翼形翅；36、气道；37、工字形进气端盖。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1至图4，本发明实验台，包括钢弹发射装置和钢弹入射角控制装置。其中钢弹发射装置包括方形箱体3；在箱体的内底面上固定有由三块立板组成的发射架5；在发射架前面的两块立板上用角接触球轴承6安装可转动的圆柱凸轮7；圆柱凸轮由安装在箱体底面上的步进电机12通过联轴器11、由大齿轮24和小齿轮8组成的齿轮传动机构驱动；圆柱凸轮与推杆4的后端连接，推杆的后端与发射架前面的两块立板滑动连接，圆柱凸轮将其转动转化为推杆的前后移动。如图3所示，推杆的前端带有U形叉，U形叉的上杆与弹丸推移杆26固定连接，弹丸推移杆置于与其配合的发射管1中，发射管固定在箱体的前壁上。如图4所示，弹丸推移杆的前端有L形排气孔28，与发射管之间设有密封圈25；发射管上部有下端口与发射管管腔相通的漏斗形钢弹室2；发射管的下部有排气阀门，排气阀门的阀体32与发射管的后部成一体，沿阀体的轴向有T形内腔33，T形内腔中有可前后滑动的T形阀杆27；T形阀杆的后端与所述U形叉的下杆前端焊接，T形内腔的左端有十字形排气芯30，十字形排气芯与安装在气道36中的弹簧31的一端连接，弹簧的另一端固定在气道左端的工字形进气端盖37上，当推杆4前后移动时，带动弹丸推移杆26和T形阀杆27同时移动。如图4所示，当弹丸推移杆和T形阀杆共同前进时，T形阀杆接触十字形排气芯，使十字形排气芯左移，弹簧31被压缩，阀门打开，高压气体通过气道进入排气孔29，再经与排气孔接通的弹丸推移杆前端的L形排气孔28进入发射管中，将弹丸射出。弹丸射出后，推杆4后退，带动弹丸推移杆26和T形阀杆27同时后退，T形阀杆与十字形排气芯脱离，十字形排气芯在弹簧的压力作用下右移复位，将阀门关闭，等待下一次弹丸发射。

所述钢弹入射角控制装置包括横向入射角控制装置和纵向入射角控制装置。

其中横向入射角控制装置如图1和图2所示，包括两块分别与所述箱体3的左箱壁和右箱壁通过销轴(未图示)及角接触球轴承10铰接的支撑板9；支撑板的下端固定在圆柱形支撑座22上，支撑座的轴心有开有轴孔34的空心轴23，支撑座的下部有向右边突出的翼形翅35，支撑座坐落在箱式底座20的上部；在箱式底座中右端有伺服电机14，伺服电机通过联轴器15、由锥齿轮轴17和锥齿轮18组成的齿轮减速机构(锥齿轮轴安装在安装架16上)和纵向放置、上部与所述支撑座空心轴的轴孔靠平键固定连接的输出轴21(该输出轴下端置于安装在轴承座19中的轴承中)驱动所述支撑座在箱式底座的上表面转动，通过与支撑座固定连接的支撑板带动钢弹发射装置的箱体横向转动，实现钢弹横向入射角的调整。

其中纵向入射角控制装置如图1和图2所示，为一铰接法兰型液压油缸13，液压油缸的上端与所述箱体3的后箱壁通过绞制孔与所述箱体后壁铰连、液压油缸的下端与所述支撑座22下部的翼型突出部位铰接。通过液压油缸的伸缩带动与其上端铰接的箱体绕两支撑板与箱体壁铰接的销轴转动，实现钢弹纵向入射角的调整。