一种测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置的制作方法

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置。

背景技术：

岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征，通过该实验测得岩石的单轴抗压强度。实验室计算单轴压缩实验的步骤一般包括：1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。3.将试样放置在压力机承压板中心，调整承压板使试样均匀受力。4.开动试验机，以0.5～0.8mpa/s的加载速度对试样加载，直到破坏。5.记录破坏载荷，破坏类型描述。

目前实验室计算单轴压缩实验过程中破碎块体动能的困难主要体现在对破碎抛出的块体质量及破碎体抛掷范围的精确测量方面。由于测试动能的方式一般是通过手动收集划分大致的范围并收集破碎试块，收集完成后再转移试块进行称重处理。该方法无法精确处理不同散落范围内的破碎块体质量，而且收集时质量损失且误差较大。进行多组单轴压缩试验时，破碎块体的收集称重操作过程繁琐，且动能计算需要额外的计算统计；每次试验时，须清理干净上次试验中试验台周围残余碎渣。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种计算精确、实验快捷的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置。

一种测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，包括用于收集实验过程中所述破碎块体的收集基础，在所述收集基础上分布有若干个收集所述破碎块体的小收集器，所有小收集器无间隙地布满整个收集基础的上表面；在收集基础的底部安装后用于测量所述破碎块体的传感器；所述传感器与数据处理器连接，所述数据处理器通过数据线还连接有操作面板。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述收集基础为内径80mm、外径为980mm，厚度为2mm的同心圆环铁板；在该同心圆环铁板上焊接有以同心圆环铁板的圆心为同心圆的若干个圆环形不锈钢档板；所述圆环形不锈钢档板按照一定的间隔布置。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述每两个圆环形不锈钢档板之间的间隔为50mm。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述小收集器由勾型挂耳和圆环形收集桶构成；所述勾型挂耳固定在圆环形收集桶的筒壁上边缘。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述传感器在同心圆环铁板的下表面距离中心900mm处、按等边三角形间距安装。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，在同心圆环铁板的底部设有布线槽，所述布线槽的槽深为1mm；该布线槽用于将压力传感器的数据线从其数据输出接口接出，按布线槽的布置方向布置，并最终与数据处理器连接。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述操作面板安装在同心圆环铁板的最外层圆环形不锈钢档板的外表面。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，所述操作面板上设置有清零按钮、液晶屏、以及数据接收口。

进一步地，如上所述的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，在收集基础底部设置有深1mm、直径25mm带螺纹凹槽，在所述压力传感器的侧面靠承载面位置刻有1mm螺纹，所述压力传感器与所述螺纹凹槽螺纹固定连接。

有益效果：

一、通过划定精确的收集范围，对单轴压缩试验产生破碎石块进行分类，且为防止破碎试块在收集时弹跳崩射，并出现收集误差，在收集时设置圆柱形不锈钢档板以确保收集精度。

二、使用高精度应力传感器对收集装置直接进行称重，省去了破碎块体人工转移称重的过程，减少了由转移产生的质量损失，提高了收集精度与准确性。

三、在收集装置上布置凹型圆环收集器，节省了人工区分不同收集区域破碎块体质量的时间，且凹型圆环收集器内的质量称重通过简单的拆卸即可直接读取，方便快捷且能确保读取精度。

四、装置在经过简单拆卸步骤后便可以立即进行新的试验收集，提高了实验室中对破碎试块的收集效率与收集精度。

附图说明

图1为本发明收集装置主视图；

图2为本发明收集装置俯视图；

图3为本发明压力传感器主视图；

图4为本发明压力传感器俯视图；

图5为本发明凹型圆环收集器主视图；

图6为本发明凹型圆环收集器俯视图；

图7为本发明数据处理盒主视图；

图8为本发明数据处理盒俯视图；

图9为本发明操作面板主视图；

图10为本发明操作面板俯视图；

图11为本发明量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置使用示意图；

附图标记：

1-同心圆环铁板；2-圆环形不锈钢档板；3-压力传感器；4-勾型挂耳；5-数据处理盒；6-操作面板；7-插头；8-布线槽；9-压力传感器受力面；10-数据输出接口；11-圆环形收集桶；12-电源线接口；13-数据输入接口；14-数据导出接口；15-清零按钮；16-液晶屏；17-数据接收口；18-压头；19-圆柱形基座；20-塑料盒外壳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明在收集盘中事先精确划分区域范围，并自动称量确定各分区内的碎块质量，解决了计算破碎块体冲出动能的误差问题；并且通过简单的机械拆卸方式解决了重复试验时，破碎块体的质量如何高效收集的问题；此外，将收集与称重步骤整合，实现便捷的质量读取，减少了多余的人工称重计算操作。

实施例：

本实施例提供一种用于单轴压缩实验过程中测量计算破碎块体冲出动能的装置，该装置的制备包括以下步骤：

一、设计制作收集基础

制作内直径为80mm，外直径为980mm，厚度为2mm的同心圆环铁板将其称为收集基础，在该收集基础的下表面距离中心900mm处、按等边三角形间距放置三个直径25mm，高度25mm的压力传感器，压力传感器的侧面靠承载面位置刻有1mm螺纹，与收集基础底部深1mm、直径25mm带螺纹凹槽连接固定。底部同时安放数据处理盒，数据处理盒由外壳及内部元件构成，外壳由一对螺母固定在收集基础底部；数据处理盒一端连接压力传感器，一端连接操作面板，操作面板由归零按钮和单色液晶屏组成，由一对螺母固定在收集基础边缘的不锈钢挡板外表面上。

二、设计圆环形不锈钢档板和凹型圆环收集器

在收集基础1上表面依次设置间隔为50mm，高度为10mm，厚度为0.5mm的圆环形不锈钢档板，圆环形挡板与收集基础焊接；共设置9层圆环形挡板。圆环形挡板之间依次铺设凹型圆环收集器，凹型圆环收集器宽50mm、高8mm、环长等于各圆环形挡板周长，由厚0.5mm凹型不锈钢板和2个勾型挂耳构成。凹型圆环收集器依靠2个勾型挂耳悬吊于两圆柱形档板之间，挂耳为弯折为勾型的细铁丝构成。在最外层的不锈钢挡板的表面，由小型螺母固定操作面板。

三、放置收集装置

装置整体由上述方法组装焊接完成后，将装置接通电源。装置的中心穿过试验台的圆柱形基座，实验室圆柱形基台直径约为70mm，与装置之间存在5mm的调整空间。

四、放置凹型圆环收集器装置

布置完成收集装置后，将不同尺寸的凹型圆环收集器分别放入相对应的圆柱形挡板间隔区域之间，通过操作面板上的归零按钮将多余质量归零。凹型圆环收集器凭借一对细铁丝勾型挂耳悬挂在圆环形不锈钢挡板上。当单轴压缩实验出现试件破碎时，凹型圆环收集器能收集规定范围内的全部破碎块体。

五、试块收集并分类读取重量

单轴压缩试验开始时，将应力传感器将收集落在收集装置上块体的总质量数据，并直至试件完全破坏。破碎体总重量数据通过数据处理盒的cpu，将质量显示在单色液晶屏上。分别取下不同范围内的凹型圆环收集器，将收集器内破碎块体倒出并将收集器放回原位，单色液晶显示屏上的质量读数会减少，其差值即为取出的收集器内的块体质量。重复上述步骤直至各个范围内的质量统计完成，记录完数据后便可以开始进行新的单轴压缩实验破碎块体收集。

该装置在试验前先连接电源，并通过操作面板的调零按钮调零；试验完成后，由压力传感器测量收集器上的碎块总质量，并通过数据处理盒显示在单色液晶屏上，依次取出各个挡板间隔范围的凹型圆环收集器，根据显示数据变化，即可得出不同碎块收集区域内的碎块质量，此方法可较精确计算得到各分区的冲出动能以及总的冲出动能。

冲击动能的计算步骤为：在实验室圆柱形基座上放置标准尺寸圆柱形试件，并通过简单测量确定形心距离收集装置的垂直距离，由自由落体公式可得破碎块体的下落时间，下落时间与不同的收集距离结合可得各个区域内块体的初速度，并简单记录各个范围的初速度。将初速度和收集装置获得的质量制成表格即可得到其动能。表格形式见表格1所示。

表1冲出动能计算统计表

采用此方法收集单轴压缩实验产生的崩落飞出破碎块体，不需要人工手动统计收集，且提高了收集精度和收集效率，并且获得破碎体质量的同时，还能直接筛选出破碎块体在不同范围内的分布质量，对需要测量碎块质量分布的相关实验研究也有广泛用途。

下面结合说明书附图说明本发明实施例提供的测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置结构，如图1-4所示，该装置包括：

在内直径为80mm，外直径为980mm，厚度为2mm的同心圆环铁板1上依次焊接设置间隔为50mm，高度为10mm，厚度为0.5mm的圆环形不锈钢档板2，焊接完成后，将压力传感器3按等腰三角形排列在同心圆环铁板1的底部，并将压力传感器受力面9焊接在同心圆环铁板1上。同心圆环铁板1的底部设有布线槽8，槽深1mm，将压力传感器的数据线从数据输出接口10接出，按布线槽8的布置方向布置。

在同心圆环铁板1下表面安装数据处理盒5，固定方式为螺母锚固连接。数据处理盒5由塑料盒外壳20和电源线接口12、数据输入接口13以及数据导出接口14构成，数据盒内部原理如图7、图8所示。压力传感器3的数据线经由布线槽8可连接至数据输入接口13。

如图2、图9、图10所示，在设备最外层的圆环形不锈钢挡板2上安装操作面板6，固定方式为螺母锚固连接。操作面板6由数据接收口17、清零按钮15以及单色液晶屏16构成。安装固定后将数据处理盒5的导出数据通过数据线连接至数据接收口17。

凹型圆环收集器的结构如图5、图6所示，其由勾型挂耳4和圆环形收集桶11构成，通过勾型挂耳4将不同尺寸的圆环收集板11悬吊在相应的圆环形不锈钢档板2之间，实现破碎块体收集。

如图11所示，组合完成的收集装置放在试验台上，压头18和圆柱形基座19中心对齐。将同心圆环铁板1的中心穿过圆柱形基座19，并将插头7连接至电源。单色液晶屏16开始显示读数，试验开始时按下清零按钮15使数据清零。

当试验收集完成，卸下对应范围内的勾型挂耳4和圆环形收集桶11，将圆环形收集桶11内的质量倒出，并将勾型挂耳4和圆环形收集桶11放回装置上，单色液晶屏16显示的差值即为所得数据。各个范围内的质量统计完成后可直接开始新的试验统计。

本发明的使用为解决实验室单轴压缩试验时，如何快速精准计算破碎块体冲出动能的问题提供了简便快捷的处理方法。

该测量单轴压缩实验过程中破碎块体冲出动能的装置，其使用方法包括以下步骤：

(一)将焊接完成的收集装置的收集基础中心穿过单轴试验机试验台的圆柱形基座。

(二)收集装置下表面有三个压力传感器，通过数据处理盒和单色液晶屏实现数据显示。

(三)在圆柱形档板之间按间隔空隙放置不同尺寸的凹型圆环收集器，凹型圆环收集器由凹型不锈钢板和勾型挂耳组成。

(四)单轴压缩试验结束后，由压力传感器统计总重量，并由内径向外径依次提升移除凹型圆环收集器内的破碎块体，获得不同收集范围内的碎块的质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。