本实用新型涉及一种落锤式动力冲击试验机，具体涉及一种用于测试释能锚杆以及其他普通锚杆和杆式材料动力学性能的落锤式动力冲击试验机，属于冲击动力学试验领域。
背景技术：
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随着人类对资源的需求不断扩大，浅部资源日益开采殆尽，逐渐向深部资源过渡。国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。同时，随着开采深度的不断增加，工程灾害日趋增多，如矿井冲击地压、矿压显现加剧、巷道围岩大变形和流变等，对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。深部资源开采过程中主要面临的巷道稳定性控制问题己成为国内外专家、学者研究的焦点。
深部岩体处于高应力、高温和高井深的“三高”特殊环境，其岩石力学行为与浅部岩石力学行为有较大区别。目前对浅部和深部硬岩巷道围岩的稳定性控制主要采用传统的预应力锚杆支护体系，对于浅埋巷道围岩变形比较小情况，采用预应力锚杆支护体系一般能够满足要求；然而,对于深部硬岩巷道的大变形问题。深部岩体的脆—延性转化特性以及流变性使得深部硬岩巷道会发生大变形。当岩石呈延性破坏时，其永久应变通常较大。基于传统的预应力锚杆支护体系无法适应这类大变形，锚杆出现断裂、滑移等失效形式，导致巷道片帮、底鼓、冒顶等破坏。致使巷道无法正常使用。
针对深部巷道大变形情况，常规的巷道支护原理以及支护技术，均不能完全适应深部巷道的支护要求，研究出适合深部硬岩巷道的支护技术，对保障我国深部资源安全高效的开采具有重大经济意义以及战略意义。因此，项目组研发了一种新型释能锚杆能够满足上述要求，该锚杆由圆钢经加工而成，主要由阻尼模块和搅拌模块组成。并在此基础上形成深部地下工程支护整套的控制理念和支护体系，为解决地下工程中的大变形问题提供了有益的参考。
在释能锚杆成功研发以后，其相应的力学性能并不了解，需要一种动力冲击试验机对释能锚杆的动力学特性进行研究分析，测试释能锚杆在冲击载荷作用下抵抗和吸收冲击能量的性能。检测每次冲击后释能锚杆的伸长量、滑移量和径向变形量，并描绘冲击阻力和位移量之间的关系曲线、冲击阻力和冲击持续时间之间的变化关系曲线、冲击阻力和冲击能量之间的关系曲线、位移与冲击持续时间的关系曲线。通过对上述关系曲线分析研究，优化释能锚杆，并对地下工程的大变形问题提供合理的支护。
技术实现要素：
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本实用新型旨在提供一种落锤式动力冲击试验机，用以研究释能锚杆以及其他普通锚杆和杆式材料的动力学性能，特别是对释能锚杆抵抗和吸收冲击能量的动力学力学性能重点进行研究。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供的一种落锤式动力冲击试验机，包含：支撑立柱，所述支撑立柱下端固接有台座，其上端设置有固定平台，所述支撑立柱一侧设置有扶梯，所述固定平台上固定设置有减速电动机和第一压板，所述第一压板的下端面固接有套筒，所述套筒下部固接有套管，所述套管中插装有锚杆，所述套筒上滑动连接有第二压板，所述第二压板上端面安装有第一压力传感器，所述锚杆延伸至所述套筒外部的一端端部固接有第三压板和托盘，所述第三压板位于所述托盘上方，所述托盘上端面安装有第二压力传感器，其下端面安装有位移传感器，所述套管上还套设有落锤，所述电动机的输出轴通过钢丝绳连接所述落锤，以牵引所述落锤运动，所述钢丝绳连接所述落锤的端部安装有吊钩，所述吊钩上安装有自动脱钩装置，以使所述吊钩自动脱离所述落锤。
所述支撑立柱内侧表面设置圆弧倒角，且所述落锤的四个角均设置有凹槽，所述凹槽的弧度与所述圆弧倒角的弧度相同，所述落锤沿所述支撑立柱上下运动。
所述落锤的上端面设置有竖销和挂环，通过所述竖销固定自配重坨，所述吊钩挂接于所述挂环，所述落锤的中心处开设有中心孔，供所述锚杆、锚索以及试验冲击材料穿过。
所述竖销为四个，分布于所述落锤上端面的四个角，呈矩形分布。
所述落锤下部还安装有落锤安全支架，以挡止所述落锤，防止所述落锤的下落。
所述固定平台上还设置有防护板，所述防护板围设于所述减速电动机外侧，对其进行限位，防止所述减速电动机错动。
所述第一压力传感器在所述第二压板上、所述第二压力传感器在所述托盘上均呈环形分布，两个所述环形的直径相同，且两个相邻所述第一压力传感器或者第二压力传感器之间的夹角为120°。
所述台座上方设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括相对设置的两个板状液压阻尼缓冲装置，在所述板状液压阻尼缓冲装置中部开设有方形通槽，两个所述板状液压阻尼缓冲装置端部通过连接梁进行连接，所述连接梁与所述板状液压阻尼缓冲装置之间围设呈矩形，其内部为空腔结构，所述落锤下落时，所述板状液压阻尼缓冲装置承接所述落锤，所述托盘及第三压板落入所述空腔结构中，避免碰损安装于托盘上的第二压力传感器及位移传感器。
所述套筒上活动连接的第二压板上开设有凹槽，将所述第一压力传感器固装于所述凹槽中。
所述套管通过连接销与所述套筒相连接，所述锚杆通过锚固剂固装于所述套管中。
所述扶梯倾斜设置，且在所述扶梯的两侧均设置有扶手。
所述减速电动机为变频减速电动机。
所述第一压力传感器和第二压力传感器均为电压式压力传感器，所示位移传感器为拉线式位移传感器。
本实用新型一种落锤式动力冲击试验机的有益效果：结构新颖，经济价值高，经济、便于操作，能够测试释能锚杆以及普通锚杆杆体在冲击载荷作用下抵抗和吸收冲击能量的性能，还可以测试模拟现场锚固时释能锚杆以及普通锚杆在冲击载荷作用下抵抗和吸收冲击能量的性能。通过动力冲击，检测每次冲击后释能锚杆的伸长量、滑移量和径向变形量，并描绘冲击阻力和位移之间的关系曲线、冲击阻力和冲击持续时间之间的变化关系曲线、冲击阻力和冲击能量之间的关系曲线、位移与冲击持续时间的关系曲线和释能锚杆弹塑性变形量、滑移量与冲击能量之间的关系曲线，通过对上述关系曲线分析研究，优化释能锚杆，并对地下工程的大变形问题提供合理的支护；能够准确的反应现场情况，可以为现场支护设计提供宝贵的试验支撑，功能性强。
附图说明：
图1为本实用新型一种落锤式动力冲击试验机的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图2中C-C的截面示意图；
图4为落锤的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为吊钩的结构示意图；
图7为图6的左视图；
图中：1-支撑立柱，2-台座，3-固定平台，4-扶梯，5-减速电动机，6-第一压板，7-套管，8-套筒，9-锚杆，10-第二压板，11-第一压力传感器，12-第三压板，13-托盘，14-第二压力传感器，15-位移传感器，16-落锤，17-吊钩，18-竖销，19-挂环，20-落锤安全支架，21-防护板，22-缓冲装置，23-板状液压阻尼缓冲装置，24-连接梁，25-连接销，26-扶手，27-自动脱钩装置。
具体实施方式：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
根据图1～图7所示，本实用新型提供的一种落锤式动力冲击试验机，用于测试锚杆以及模拟现场锚固时锚杆的动力学性能，属于冲击动力学试验领域，其主要包括主机、控制装置和测试系统，所述主机包括四柱式立架、扶梯4、提升装置、落锤装置、缓冲装置22、套管7等，所述四柱式立架1用于支撑以及固定整个冲击试验机，所述扶梯4用于人员安装套管7、连接销25、锚杆9和落锤安全支架20，所述提升装置用于将处于试验机底部的落锤16提升到设定的高度，所述落锤装置用于从试验机一定高度处垂直落下冲击托盘13；当落锤16把锚杆9从套管7中冲击出来时，所述缓冲装置22用来缓冲从高处落下的落锤16以及锚杆9托盘13等配套设施；所述套管7用于模拟地下围岩，所述控制装置，用于控制落锤16的升降；所述测试系统，则主要包括压力传感器11、14、位移传感器15以及配套的数据采集仪和分析软件，当落锤16对托盘13进行冲击时，感测实时冲击数据，并进行数据输出和结果分析。
且具体地，所述四柱式立架性能稳定、抗压性能良好，并且具有优美的外观设计，其包括支撑立柱1，所述支撑立柱1下端固接有台座2，通过所述台座2支撑并固定整个冲击试验机，保证试验过程中冲击试验机能够稳定的工作，其上端设置有固定平台3，所述支撑立柱1一侧设置有扶梯4，所述扶梯4倾斜设置，且在所述扶梯4的两侧均设置有扶手26，所述提升装置包括固定设置于所述固定平台3上的减速电动机5和第一压板6，所述减速电动机5为变频减速电机，该变频减速电机在控制系统的控制下能够实现无极变速功能，使落锤16的提升速度可调，提高试验的效率，该变频式减速电机具有体积小、提供扭矩大、工作效率高等优点，在所述第一压板6的下端面固接有套筒8，所述套筒8下部通过连接销25固接有套管7，所述套管7中插装有锚杆9，且所述锚杆9通过锚固剂固装于所述套管7中，所述套筒8上滑动连接有第二压板10，所述第二压板10上端面安装有第一压力传感器11，所述锚杆9延伸至所述套筒8外部的一端端部固接有第三压板12和托盘13，所述第三压板12位于所述托盘13上方，所述托盘13上端面安装有第二压力传感器14，其下端面安装有位移传感器15，所述落锤装置包括套设于所述套管7上的落锤16，所述电动机5的输出轴通过钢丝绳连接所述落锤16，通过提升一段接有吊钩的钢丝绳，以牵引所述落锤16运动，所述钢丝绳连接所述落锤16的端部安装有吊钩17，所述吊钩17上安装有自动脱钩装置27，以使所述吊钩17自动脱离所述落锤16，所述缓冲装置22设置于所述台座2上方，当落锤16把锚杆9从套管7中冲击出来时，用来缓冲从高处落下的落锤16以及锚杆9托盘13等配套设施，避免直接落地造成损坏。
进一步地，所述缓冲装置22包括相对设置的两个板状液压阻尼缓冲装置23，在所述板状液压阻尼缓冲装置23中部开设有方形通槽，两个所述板状液压阻尼缓冲装置23端部通过连接梁进行连接，所述连接梁与所述板状液压阻尼缓冲装置23之间围设呈矩形，其内部为空腔结构，所述落锤16下落时，所述板状液压阻尼缓冲装置23承接所述落锤16，所述托盘13及第三压板12落入所述空腔结构中，避免碰损安装于托盘13上的第二压力传感器14及位移传感器15。
进一步地，所述支撑立柱1内侧表面设置圆弧倒角，且所述落锤16的四个角均设置有凹槽，所述凹槽的弧度与所述圆弧倒角的弧度相同，所述落锤16沿所述支撑立柱1上下运动，起到导向轨作用，并可以在支撑立柱1与落锤16相连接的部位涂上润滑油，保证落锤16能够沿着支撑立柱1自由下落，使落锤16下落过程近似于自由落体运动。
进一步地，所述落锤16的上端面设置有竖销18和挂环19，通过所述竖销18固定自配重坨，所述吊钩17挂接于所述挂环18，所述落锤16的中心处开设有中心孔，供所述锚杆9、锚索以及试验冲击材料穿过，在本实施例中，所述竖销18为四个，分布于所述落锤16上端面的四个角，呈矩形分布。
进一步地，在所述落锤16下部还安装有落锤安全支架20，以挡止所述落锤，防止所述落锤16的下落，所述固定平台3上还设置有防护板21，所述防护板21围设于所述减速电动机5外侧，对其进行限位，防止所述减速电动机5错动。
进一步地，所述第一压力传感器11在所述第二压板上10、所述第二压力传感器14在所述托盘13上均呈环形分布，两个所述环形的直径相同，在所述第一压板6和托盘13上分别设置有三个第一压力传感器11或者第二压力传感器14，且两个相邻所述第一压力传感器11或者第二压力传感器14之间的夹角为120°。
进一步地，所述套筒8上活动连接的第二压板10上开设有凹槽，将所述第一压力传感器11固装于所述凹槽中。
进一步地，所述第一压力传感器11和第二压力传感器14均为电压式压力传感器，所示位移传感器15为拉线式位移传感器。
进一步地，所述变频减速电动机5外接有控制盒，通过所述控制盒控制变频减速电动机5来提升落锤16，在提升过程中，速度可以控制，当达到设定高度时，控制盒按下停止按钮即可，然后通过自动脱钩装置27，卸掉吊钩17即可，落锤16将自由下落冲击锚杆9托盘13上的第三压板12。
下面结合附图详细描述本实用新型一种落锤式动力冲击试验机的一次试验过程，具体步骤如下：
步骤一：在所述锚杆9外壁卷设树脂药卷后锚固于所述套管7内，并检测是否锚固良好，以模拟地下工程的现场情况，且在套管7内部刻有大量不规则细小裂纹，模拟现场钻孔的粗糙接触面，在落锤16下部还安装有落锤安全支架20，挡止所述落锤16，防止所述落锤16的下落，并检测落锤16四角凹槽与支撑立柱1之间是否润滑；
步骤二：将所述第一压力传感器11、第二压力传感器14及位移传感器15依次与数据采集仪和计算机连接，并检测计算机上是否能够显示各个传感器；
步骤三：取掉落锤安全支架20，调整所述吊钩17上安装的自动脱钩装置27，使所述吊钩17自动脱离所述落锤16；
步骤四：所述落锤16下落，完成冲击后，把落锤16提升到下次试验设定的高度，并用落锤安全支架20支撑；
步骤五：将数据采集仪采集的数据通过计算机进行分析；
步骤六：调节落锤16的重量以及冲击高度，重复上述步骤三～五，研究不同冲击高度和冲击能量对锚杆9在锚固情况下的动力学性能。
本实用新型主要使用电压式压力传感器、拉线位移传感器，这些传感器依次连接数据采集仪和计算机，传感器把电压信号转换成数字信号储存在数据采集仪内，然后用计算机进行读取和分析，固定在第一压板6上的第一压力传感器11用来测试整个框架的冲击动力，固定在锚杆托盘13上的第二压力传感器14则用来测试落锤16对锚杆9的冲击阻力，拉线位移传感器用来测试落锤16冲击锚杆9后，锚杆9的位移量，以实现本实用新型的试验目的。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。