一种模拟多种爆破方式的冲击加载装置及方法与流程

本发明专利涉及一种模拟多种爆破方式的冲击加载装置及方法，主要应用于模拟高加载率动力学问题的试验研究，属于教学和试验辅助设备技术领域。

背景技术

随着采矿业和建筑业的日益发达，爆破已成为一项重要的作业技术，由于其短暂性，剧烈性，复杂性，已引起国内外许多学者的关注。因为炸药受到当地公安部门的严格控制，所以很难进行现场试验。近年来，一系列的模拟试验成为人们进行爆破测试的重要手段。

对于中国专利“多落锤毫秒级延期加载试验系统”（cn102879168a），该试验装置通过多个电磁铁电路的毫秒延时开关，形成脉冲序列荷载，来模拟实际环境荷载。但该装置存在以下不足：

（1）所述装置的落锤与滑杆在加载时存在较大摩擦，导致延时过长，另一方面，无法同时进行平行实验，导致试验结果误差较大。

（2）所述装置加载空间有限，只能模拟延时爆破，模拟形式较为单一，实用性不强。

中国专利cn104655504a公开了一种炸药冲击变形加载试验装置，利用该试验装置可简单有效判定炸药是否适用于爆炸变形战斗部，该装置由变形加载药、缓冲层和主试验装置构成，主试验装置由盖板和炸药承载装置构成。本发明装药量较小装药周期短且小巧轻便便于加工制造，试验过程简单，适用于对炸药是否适用于爆炸变形战斗部进行评判。但其采用的是真实炸药，试验过程中存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明专利的目的在于克服现有试验装置的不足，提供了一种模拟多种爆破方式的冲击加载装及方法。其能模拟不同地层条件，并能精确控制延时冲击加载，从而实现多种爆破条件的模拟。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种模拟多种爆破方式的冲击加载装置，包括控制系统以及加载系统；

控制系统包括控制台，设于控制台中的空气压缩机与气压输送机构；空气压缩机的进气口连通于气源，空气压缩机中配置有内压表，内压表用于检测空气压缩机内的气压；气压输送机构包括气压输送管与输气口；气压输送管的一端连通于空气压缩机的出气口，另一端连通于输气口；输气口有若干个，每个输气口上对应设有一个电磁阀；

加载系统包括升降杆、受压机构与加载机构；

受压机构包括辅助架，旋转平台以及钢板；钢板设于辅助架的四周，钢板与辅助架共同形成一个容腔；转转平台安装于容腔中，旋转平台的一端以能转动的方式安装于辅助架上，旋转平台的另一端能在辅助架的上的高度方向发生位移；

升降杆设于辅助架的外侧；

加载机构包括升降箱、伸缩杆、滑动杆、散气圈、辅助架以及旋转平台；滑动杆设于容腔的上方；升降箱有若干排，若干排升降箱分别以能沿水平方向滑动的方式安装于滑动杆上；其中一排升降箱安装于升降杆上，在升降杆的升降过程中滑动杆与所有升降箱均能随之进行升降；伸缩杆有若干个，若干个伸缩杆分别对应设于升降箱下端；加载板有若干个，加载板与伸缩杆一一对应，并位于伸缩杆的另一端头；加载板设于容腔中，并维护旋转平台的上方，加载板的一面连通于输气口，伸缩杆能在输气口所输出的气压下进行伸缩；另一面能在伸缩杆的伸缩时对旋转平台施加作用力，同时加载板在与旋转平台接触的一面设有压力传感器；散气圈设于加载板上，并能与输气口连通。

作为本发明改进的技术方案，气源采用供气系统包括供气瓶、气体阀门开关与气压表；气体阀门开关设于供气瓶的出气口处；气压表连接于出气口，并能检测出气口处的气压。

作为本发明改进的技术方案，滑动杆有两根，两根滑动杆平行设置，若干排升降箱以能滑动的方式同时安装于两根滑动杆上。

作为本发明改进的技术方案，旋转平台的一端通过铰支座安装于辅助架上。

作为本发明改进的技术方案，升降箱在与滑动杆接触的一面设有滚轮；滚轮能在滑动杆上滑动。

作为本发明改进的技术方案，伸缩杆采用铝合金材质。

本发明的另一目的是提供一种模拟多种爆破方式的冲击加载方法，包括如下步骤：

s1、调整旋转平台在辅助架上的位置与角度，并固定旋转平台；

s2、在旋转平台上放置试件，调节控制台，即调节空气压缩机输出气压，控制伸缩杆的长度，使得加载板与试件接触；

s3、调节控制台，即调节空气压缩机输出气压，电磁阀分别独立控制每个输气口持续时间或触发时间；压力传感器记载输气口对时间施加的同时或延时载荷。

有益效果

本申请的装置可以调节旋转平台来模拟不同地层条件，通过加载系统能精确控制延时冲击加载，从而实现多种爆破条件的模拟。装置利用气压加载减小了摩擦损耗，灵活控制加载速率，使得加载更为精确，更贴近于现场的实际爆破情况，得出更为准确的试验结果。

具体的，1、本申请可通过铰支座将旋转平台调节至任意角度，模拟不同地层条件，还可通过毫秒级延时装置模拟延时爆破，从而实现多种爆破条件的模拟；

2、本申请可增加多排加载装置，通过滑动杆分别放置不同位置，可模拟多种爆破方式，增加了试验的多样性。

3、本申请与传统的落锤加载装置相比，气压加载装置减小了摩擦损耗，加载速率更加灵活，加载更加精确。

附图说明

图1是本申请的整体结构示意图；

图2是本申请的旋转平台结构示意图；

图3是本申请的滑动杆结构示意图；

图4是本申请的伸缩加载装置示意图；

图5是本申请的控制台装置示意图；

图6是本申请的输气口装置示意图；

图7是本申请涉及的散气圈的结构示意图；

图中，1-升降箱；2-伸缩杆；3-加载板；4-旋转平台；5-辅助架；6-滑动杆；7-控制台；8-输气管；9-供气瓶；10-气体阀门开关；11-气压表；12-铰支座；13-滚轮；14-伸缩套；15-散气圈；16-压力传感器；17-气压输入口；18-空气压缩机；19-内压表；20-输压表；21-气压输送管；22-输气口；23-电磁阀；24-升降杆；25-漏网；26-控制阀门；27-钢圈；β-旋转平台旋转角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种模拟多种爆破方式的冲击加载装置，包括控制系统以及加载系统；

控制系统包括控制台7，设于控制台7中的空气压缩机18与气压输送机构；空气压缩机18的进气口连通于气源，空气压缩机18中配置有内压表19，内压表19用于检测空气压缩机18内的气压；气压输送机构包括气压输送管21与输气口22；气压输送管21的一端连通于空气压缩机18的出气口，另一端连通于输气口22；输气口22有若干个，每个输气口22上对应设有一个电磁阀23；

加载系统包括升降杆24、受压机构与加载机构；

受压机构包括辅助架5，旋转平台4以及钢板；钢板设于辅助架5的内壁，钢板与辅助架5共同形成一个容腔；转转平台安装于容腔中，并能转动的方式安装于辅助架5上，如图2，旋转平台4的一端相对于辅助架发生转动，旋转角为β；并且旋转平台4的另一端能在辅助架5的上的高度方向发生位移；为实现这个目的，旋转平台4采用伸缩旋转平台；具体的可采用如铰支座安装于安装套上，安装套以能上下滑动的方式安装于辅助架上；当然也可以采用任何能实现该目的的现有技术手段；

升降杆24设于辅助架5的外侧；

加载机构包括升降箱1、伸缩杆2、滑动杆6、散气圈15、辅助架5以及旋转平台4；滑动杆6设于容腔的上方；升降箱1有若干排，若干排升降箱1分别以能沿水平方向滑动的方式安装于滑动杆6上；其中一排升降箱1安装于升降杆24上，在升降杆24的升降过程中滑动杆6与所有升降箱1均能随之进行升降；伸缩杆2有若干个，若干个伸缩杆2分别对应设于升降箱1下端；加载板3有若干个，加载板3与伸缩杆2一一对应，并位于伸缩杆2的另一端头；加载板3设于容腔中，并维护旋转平台4的上方，加载板3的一面连通于输气口22，伸缩杆2能在输气口22所输出的气压下进行伸缩；另一面能在伸缩杆2的伸缩时对旋转平台4施加作用力，同时加载板3在与旋转平台4接触的一面设有压力传感器16；散气圈15设于加载板3上，并位于加载板3与输气口22连通的一端，用于释放作用于加载板3上的气体。本实施例中散气圈可采用现有技术，也可采用如图7所述的散气圈15，散气圈15包括漏网25，控制阀门26与钢圈27。所述散气圈15上侧钢圈27包裹在伸缩杆2外侧，钢圈一侧安装有漏网25，另一侧安装控制阀门，漏网25通过控制阀门与输气口连通，用于疏散作用于加载板上的气体。

作为本发明改进的技术方案，气源采用供气系统包括供气瓶9、气体阀门开关10与气压表11；气体阀门开关10设于供气瓶9的出气口处；气压表11连接于出气口，并能检测出气口处的气压。

作为本发明改进的技术方案，滑动杆6有两根，两根滑动杆6平行设置，若干排升降箱1以能滑动的方式同时安装于两根滑动杆6上。

作为本发明改进的技术方案，旋转平台4通过铰支座12安装于辅助架5上。

作为本发明改进的技术方案，升降箱1在与滑动杆6接触的一面设有滚轮13；滚轮13能在滑动杆6上滑动。

作为本发明改进的技术方案，伸缩杆2采用铝合金材质。

图1是一种模拟多种爆破方式的冲击加载装置的整体结构示意图，其展示冲击加载装置，试验台。所述冲击加载装置包括：控制台7、输气管8、供气瓶9、气体阀门开关10、气压表11、升降箱1、伸缩杆2、加载板3、滑动杆6、滚轮13、散气圈15、压力传感器16；所述试验台装置包括：旋转平台4，辅助架5，铰支座12。

图2是本发明专利的旋转平台4结构示意图，旋转平台4装置包括旋转平台4，辅助架5，铰支座12。辅助架5由钢管焊接，内壁铺设钢板，旋转平台4左端与辅助架5铰接，两端可在辅助架5上自由滑动，使用时将旋转平台4调节至特定的角度，再将其右端与辅助架5固定住。

图3是本发明专利的滑动杆6结构示意图，滑动杆6装置包括滑动杆6和滚轮13。滚轮13上部与升降箱1相连，下部与滑动杆6相连，通过滚轮13调节加载装置的冲击加载点，即通过调节升降箱1在滑动杆6上的位置实现调节加载板3的冲击加载点。

图4是本发明专利的伸缩加载装置示意图，伸缩加载装置包括升降箱1，伸缩杆2，加载板3，伸缩套14，散气圈15。所述加载板3与伸缩杆2通过套筒相连接。伸缩杆2顶部通过伸缩套14与升降箱1相连。试验时，通过控制台7控制伸缩杆2长度，使加载板3与试件充分接触，加载完成后散气圈15打开，使气压恢复，避免持续加载。

图5是本发明专利的控制台7装置示意图，控制台7包括压输入口，空气压缩机18，内压表19，输压表20，气压输送管21，输气口22，电磁阀23。供气瓶9通过输气管8连接控制台7内的空气压缩机18，空气压缩机18一侧有气压输入口17，空气压缩机18配置有内压表19，空气压缩机18的气体出口通过气压输送管21，气压输送管21配置有输压表20，气压输送管21内设置有电磁阀23和输气口22，通过电磁阀23控制可实现输气口22延期输出，输气管8另一端通过升降箱1连接到伸缩杆2上方。

图6是本发明专利的输气口22示意图，输气口22包括气压输送管21，输气口22，电磁阀23。所述输气口22装置配置单独的输气口22连接到伸缩杆2上方，并安装独立的电磁阀23，通过电磁阀23独立控制每个输气口22的持续时间和触发时间。

所述气压输送管21上设置有电磁阀23，控制台7可实时控制电磁阀23，通过设置电磁阀23延时开关可实现毫秒级延时加载，模拟延时爆破。所述气压加载装置上设有毫秒级延时器，通过毫秒级延时器可实现毫秒级延时加载，模拟延时爆破。

所述旋转平台4上安有铰支座12，通过铰支座12将旋转平台4调节至任意角度，可模拟不同地层条件下的爆破施工实例。

所述升降箱1可根据需求添加多排，通过控制台7可模拟不同爆破方式。

本发明专利的工作原理是：将试验装置连接完毕后，先通过铰支座12调节和固定旋转平台4，使其达到特定的角度；然后将试件放置在旋转平台4上，再通过升降控制台7调节伸缩杆2的高度，使得伸缩杆2下部的加载板3与试件充分接触；最后调节供气室中的气压，通过气压控制台7对试件施加同时或延时荷载，并记录相应的试验数据。

因此，本发明的另一目的是提供一种模拟多种爆破方式的冲击加载方法，包括如下步骤：

s1、调整旋转平台4在辅助架上的位置与角度，并固定旋转平台4；

s2、在旋转平台4上放置试件，调节控制台7，即调节空气压缩机18输出气压，控制伸缩杆2的长度，使得加载板3与试件接触；

s3、调节控制台7，即调节空气压缩机18输出气压，电磁阀23分别独立控制每个输气口22持续时间或触发时间；压力传感器16记载输气口22对时间施加的同时或延时载荷。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。