本发明属于岩石物理模拟技术领域，尤其涉及一种金属矿工程物理模拟中的物料铺设装置及其多功能车。
背景技术：
随着采掘深度及强度的逐渐增加，金属矿山面临越来越多的工程问题。金属矿山的地下岩石大多属于侵入岩或者变质岩等硬岩地质情况，不同与沉积岩的分层布置，金属矿的上覆岩石大多为大面积赋存同一种或者少数几种硬岩。当前对于硬岩工程问题的解决方法主要依靠数值模拟、物理模拟和理论计算。由于地质条件的复杂性，基于简化和假设的数值模拟和理论计算无法全面的分析采掘现场遇到的问题。而物理模拟能够直观解决数值模拟和理论分析难以解决的很多问题，做到严格控制实验对象的参数的同时不受外界条件和自然条件的限制，并容易发现现象的内在联系。
当前对于物理相似模拟材料的铺设已有相关报导，专利cn205642864u公开了一种用于物理相似模拟试验中相似模型的铺平装置，只是物料的铺平装置，而缺乏必要的砸实装置，该铺平装置由于使用人工给料，每次给料量不能够确保每层模拟岩层的需料量，不仅实验操作过程复杂而且很难做到岩层的一次铺平，耙齿连接装置为不可缩的曲线升降方式，考虑到采用宽度较小的侧护板端部与相似模拟架相对位置，很难做到每个岩层的全部铺平。此外，耙齿端部设置为弯曲状且表面积较大，它在除气泡的同时将使得新鲜空气重新进入物料内；专利cn204807375u公开了一种相似模拟实验中模拟岩层砸实刮平装置，它的主要创新点为实现了每个分层的铺平与砸实，砸实装置虽然同为夯实锤砸实，但是由于装置的驱动方式为手动，每次砸实物料时很难做到每次行进距离与夯实锤的宽度相同，且过程比较复杂，操作不便。
技术实现要素：
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种结构简单、操控方便且自动控制重锤提升与下落的金属矿工程物理模拟中的物料铺设装置及其多功能车。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种多功能车，用于金属矿工程物理相似模拟物料铺设，包括：
底部设有车轮的车架，车架上设有底部带出料口的物料储存器，还包括：
耙齿组件，用于对从出料口撒落的物料进行除泡处理；
重锤组件，用于对除泡处理后的物料进行夯实处理；
所述重锤组件包括摇臂、重锤、齿条及与齿条啮合传动的驱动齿轮，所述齿条竖直滑动设置在所述车架上且一端从车架底端伸出与所述重锤固定连接，所述摇臂与车架转动连接，所述驱动齿轮设置在所述摇臂的摆动端上，所述摇臂上设有驱动驱动齿轮转动的第一驱动装置，所述控制器与所述第一驱动装置和弹簧电磁铁电性连接；
所述车架上还设有弹簧电磁铁及控制所述弹簧电磁铁通电/断电的控制器，所述弹簧电磁铁的两端分别与车架和摇臂的自由端固定连接；
所述弹簧电磁铁处于通电状态时，所述弹簧电磁铁收缩，带动所述摇臂摆动，驱动齿轮与所述齿条相分离，重锤可自由下落；所述弹簧电磁铁处于断电状态时，所述弹簧电磁铁复位，带动所述摇臂摆动，驱动齿轮与所述齿条相啮合，第一驱动装置驱动驱动齿轮转动，重锤提升到设定位置时，控制器控制驱动齿轮停止转动。
进一步的，所述耙齿组件包括升降杆、滚轴和耙齿，所述升降杆竖直滑动设置在所述车架上且一端从车架底端伸出，所述滚轴可转动的设置在所述升降杆的底端，所述耙齿成排周向布置在滚轴的外周壁上，所述升降杆上设有驱动所述滚轴转动的第二驱动装置，所述车架上设有驱动所述升降杆提升的第三驱动装置。
进一步的，所述升降杆上设有刻度。
进一步的，所述耙齿组件、出料口及重锤组件沿车架前行方向顺次布置。
进一步的，所述物料储存器的出料口内相对设有一对给料轴，所述车架上设有驱动所述给料轴转动的第四驱动机构，物料通过给料轴的带动从两给料轴之间的缝隙流出。
进一步的，所述第四驱动机构为双头电机，所述双头电机两端的输出轴分别与所述给料轴和所述车轮传动连接。
一种金属矿工程物理模拟中的物料铺设装置，包括模拟试验架、侧护板和上述多功能车，所述侧护板设置在所述模拟试验架的两侧从而围成顶部开口的填充室，所述侧护板顶端面上设有与所述车轮匹配的滑槽，所述多功能车通过所述车轮与滑槽的配合架设在所述侧护板上，所述出料口、重锤和耙齿组件正对填充室顶部开口。
进一步的，所述填充室内位于所述模拟试验架相对的两侧壁上设有可横向自由移动的横向加压板，所述模拟试验架上设有作用于横向加压板的横向千斤顶。
进一步的，所述模拟试验架由相对设置的两纵梁及设置在两纵梁之间的顶部横梁和底部横梁组成，所述模拟试验架顶部横梁上设有若干横向间隔布设且面向填充室顶部开口的纵向千斤顶。
进一步的，所述顶部横梁可上下滑动的设置在所述两纵梁之间且通过锁紧螺栓定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、重锤通过弹簧电磁铁配合摇臂、齿轮及齿条的结构控制其自由提升和自由下落，不仅结构简单，而且操控方便。
2、以耙齿组件代替人工捣实的方法，并根据实际需要调节升降杆的升降高度、滚轴转速或者耙齿的密度以达到较好的除泡效果。
3、以物料储存器结合设定间距的给料轴旋转进行给料能够实现每次物料的均匀厚度铺设，保持铺设物料的上部平整。
附图说明
图1为本发明物料铺设装置的结构示意图；
图2为本发明多功能台车的结构示意图；
图3为本发明图2中a处的局部示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参见图1-图3，一种金属矿工程物理模拟中的物料铺设装置，包括模拟试验架1、侧护板2和多功能车，侧护板2设置在模拟试验架1的两侧从而围成顶部开口的填充室3，侧护板2采用整体式侧护板且与模拟试验架1连接处进行打蜡密封以解决物料渗漏的问题。
多功能车包括底部设有车轮4的车架5，车架5上沿车架前行方向顺次布置耙齿组件、底部带出料口6的物料储存器7及重锤组件。两侧护板2顶端面上对应设有横向滑槽，多功能车通过车轮4与横向滑槽的配合滑动架设在侧护板2上，出料口6、耙齿组件和重锤组件正对填充室3顶部开口。在物料储存器7的出料口6内相对设有一对给料轴8，车架5上设有驱动给料轴8转动的第四驱动机构9，物料通过给料轴8的带动从两给料轴8之间的缝隙流出。优选的，第四驱动机构9采用双头电机，双头电机两端的输出轴分别通过皮带10与给料轴8和车轮4传动连接。
具体到本实施例中，重锤组件包括摇臂11、重锤12、齿条13及与齿条13啮合传动的驱动齿轮14，车架5上设有竖直滑槽，齿条13竖直滑动设置在竖直滑槽内且一端从车架2底端伸出与重锤12固定连接，摇臂11与车架2转动连接，驱动齿轮14设置在摇臂11的摆动端上，摇臂11上设有驱动驱动齿轮14转动的第一驱动装置(如驱动电机)；车架2上还设有弹簧电磁铁15及控制弹簧电磁铁15通电/断电的控制器16，控制器16内部带有电磁继电器，从而控制弹簧电磁铁15的通电和使电。弹簧电磁铁15的两端分别与车架5和摇臂11的自由端固定连接，控制器16分别与弹簧电磁铁15和第一驱动装置电性连接，弹簧电磁铁15处于通电状态时，弹簧电磁铁15收缩，带动摇臂11摆动，实现驱动齿轮14与齿条13相分离，重锤12自由下落；弹簧电磁铁15处于断电状态时，弹簧电磁铁15复位，带动摇臂摆动，使得驱动齿轮14朝齿条端运动并与齿条13相啮合，第一驱动装置驱动驱动齿轮14转动，重锤13得到提升，当重锤13提升到设定位置时，控制器控制驱动齿轮停止转动。竖直滑槽内还设有对齿条下落距离进行限位的限位台阶，齿条的顶部设有与限位台阶相配合的限位挡板，通过限位台阶与限位挡板的配合可以防止齿条从竖直滑槽底端内滑出。
耙齿组件包括带有刻度的升降杆17、滚轴18和耙齿19，升降杆17竖直滑动设置在车架5上且一端从车架5底端伸出，滚轴18可转动的设置在升降杆17的底端，耙齿19成排周向布置在滚轴18的外周壁上，每排耙齿由若干沿滚轴轴向间隔布置的耙齿组成。升降杆17上设有驱动滚轴18转动的第二驱动装置(如驱动电机)，车架5上设有驱动升降杆17提升的第三驱动装置(如驱动电机)。耙齿的密度根据物料的状况确定。根据给料轴8的间距确定耙齿的长度及耙深。此外，耙深要大于给料轴的间距，使得两次物料铺设间不产生分层。还包括主控板，主控板分别与第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、控制器16电性连接构成控制电路，控制电路的具体结构均为现有技术，在此不再赘述。
参见图1，在另一实施例中，模拟试验架由相对设置的两纵梁1-1及设置在两纵梁1-1之间的顶部横梁1-2和底部横梁1-3组成，模拟试验架顶部横梁1-2上设有若干横向间隔布设且面向填充室顶部开口的纵向千斤顶20，在填充室3内位于两纵梁1-1相对的两侧壁上设有可横向自由移动的横向加压板21，横向加压板21与侧护板2之间打蜡密封。模拟试验架1上设有作用于横向加压板21的横向千斤顶22。顶部横梁1-2可上下滑动的设置在两纵梁之间且通过锁紧螺栓23定位。纵向千斤顶20均为独立工作的单元，可以根据下部横向加圧板21组成空间的宽度确定纵向千斤顶20的工作数量，此外纵向千斤顶20可以通过顶部纵梁1-2实现整体的上升或者下降。通过设置横向加压板21可以方便调节填充室的大小并对填充完后的填充体施加横向载荷，设置纵向千斤顶20可以对填充完后的填充体施加纵向载荷，撤掉多功能车和侧护板后，即可直接对填充体24进行物料模拟试验。
本实施例中，重锤12通过弹簧电磁铁15配合摇臂11、齿轮14及齿条13的结构控制其自由提升和自由下落，只需要简单的几个部件，即可实现重锤自由下落与提升的功能，结构简单，操控方便。以耙齿组件代替人工捣实的方法，并根据实际需要调节升降杆的升降高度、滚轴转速或者耙齿的密度以达到较好的除泡效果。以物料储存器结合设定间距的给料轴旋转进行给料能够实现每次物料的均匀厚度铺设，保持铺设物料的上部平整。
本发明工作过程为：
步骤1、将多功能车置于侧护板2的端部并使得给料轴8之间的缝隙与横向加压装置接近，启动升降杆调节按钮25使得滚轴18下降至一定的高度，即滚轴18上的耙齿临界触底，并使其按一定的速度转动；
步骤2、搅拌好的物料倒入物料储存器中并打开双头电机调节按钮26，使得车轮4与给料轴8转速协调进行给料，耙齿通过滚轴的带动作旋转运动对沉积的物料进行除泡，与此同时重锤12在齿条的带动下向上提升，弹簧电磁铁15通过控制器16控制得电后收缩，驱动齿轮与齿条相分离，重锤12自由下落对除泡处理后的物料进行夯实处理；
步骤3、当多功能车运动至侧护板的另一端时，关闭双头电机；重复上述操作，至物料堆积墙达到设计高度，撤掉多功能车。
车体移动过程中，根据车轮的转速，调节驱动齿轮的转速与弹簧电磁铁的启动频率，使得重锤从提升-自由落体-物料沉积层表面所需时间内多功能车的位移与重锤的宽度相等，使得多功能车每行进重锤宽度的位移时，重锤夯实物料一次，进而使得重锤均匀锤击铺设的物料，实现物料的均匀受力。在重复给料的过程中，需要将升降杆进行提升，但是提升的高度要稍小于每次给料的厚度，即给料轴之间的距离，以使得每次给料之间不产生分层。待堆积好的物料墙静置一段时间后，通过敲击的方式震动侧护板，并缓慢的将固定螺栓拆除并拆除侧护板，通过纵向千斤顶和横向加压板即可进行相关物料模式试验。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。