一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于滾石沖擊碰撞破裂的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，旨在提供一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明包括加載架、加載電機(jī)、絲桿升降機(jī)、測(cè)力傳感器、彈簧加載套、導(dǎo)向套、彈簧導(dǎo)向桿、彈簧、試件加載頭、試件夾具、氣缸、試件碰撞板、支架和高速攝像機(jī)；所述加載電機(jī)包括交流電機(jī)、聯(lián)接器；所述絲桿升降機(jī)包括蝸輪、蝸桿和絲桿，其中蝸桿與聯(lián)接器相連接；本發(fā)明的有益效果是：原理簡(jiǎn)單、精度高，能適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件，操作簡(jiǎn)單；通過(guò)加載電機(jī)、升降機(jī)、彈簧和夾具的共同作用，能為試樣提供足夠的撞擊速度，根據(jù)彈簧壓縮量的不同可以提供不同的撞擊速度；調(diào)整撞擊板的傾斜角度可以提供不同的撞擊角度；高速攝像機(jī)能夠分析巖石撞擊破裂特征。
【專利說(shuō)明】一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于滾石沖擊碰撞破裂的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，具體涉及一種新型的滾石沖擊碰 撞試驗(yàn)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 邊坡滾石（Rockfall)是山區(qū)常見的一類地質(zhì)災(zāi)害，已造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人 員傷亡。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)滾石的飛行軌跡、影響范圍和沖擊力大小對(duì)于滾石災(zāi)害的評(píng)價(jià)和防護(hù)設(shè) 計(jì)極其重要。目前主要采用的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，存在花費(fèi)大、操作困難、影響因素多、結(jié)果誤差 大、機(jī)理不明等問(wèn)題。而室內(nèi)試驗(yàn)一般利用重力下落沖擊或擺式?jīng)_擊：重力下落沖擊所需空 間大，無(wú)法提供較大的沖擊速度；擺式?jīng)_擊操作復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格昂貴，且難以控制撞擊角度。 針對(duì)這些問(wèn)題，需要研發(fā)一種能提供較大沖擊速度和任意沖擊角度的室內(nèi)滾石沖擊碰撞試 驗(yàn)儀器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型的滾石沖擊 碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0004] 為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是：
[0005] 提供一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，包括加載架、加載電機(jī)、絲桿升降機(jī)、測(cè) 力傳感器、彈簧加載套、導(dǎo)向套、彈簧導(dǎo)向桿、彈簧、試件加載頭、試件夾具、氣缸、試件碰撞 板和支架；所述加載電機(jī)包括交流電機(jī)、聯(lián)接器，所述交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子與聯(lián)接器相連接；所 述絲桿升降機(jī)包括蝸輪、蝸桿和絲桿，其中蝸桿與聯(lián)接器相連接；所述彈簧加載套為頂部密 封的無(wú)縫鋼管，導(dǎo)向套包括圓盤和中空無(wú)縫鋼管，且圓盤與中空無(wú)縫鋼管之間螺紋連接，彈 簧導(dǎo)向桿是由無(wú)縫鋼管和位于底部的T型頭連接而成；所述加載電機(jī)與絲桿升降機(jī)通過(guò)聯(lián) 接器相連，絲桿升降機(jī)通過(guò)聯(lián)接器帶動(dòng)絲桿升降機(jī)的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪中 心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而帶動(dòng)絲桿上下運(yùn)動(dòng)；所述絲桿升降機(jī)的絲 桿下端通過(guò)測(cè)力傳感器與彈簧加載套相連接，通過(guò)測(cè)力傳感器控制加載大小，進(jìn)而控制彈 簧的壓縮量；所述絲桿升降機(jī)固定安裝在加載架頂端，導(dǎo)向套嵌固在加載架頂端的圓孔中； 所述彈簧加載套底端嵌套在導(dǎo)向套與彈簧導(dǎo)向桿之間，所述彈簧導(dǎo)向桿嵌套在彈簧中，且 彈簧延伸到彈簧導(dǎo)向桿底端的T型頭，所述彈簧導(dǎo)向桿底端的T型頭與試件加載頭頂端的 T型頭相連；所述試件加載頭主體呈圓柱形，其底端設(shè)有圓弧鋼板，用于與圓柱狀試件側(cè)面 緊密接觸；所述試件加載頭下方設(shè)有試件夾具，用于夾持試件；所述氣缸活塞桿的一端與 活塞相連，另一端與試件夾具相連；通過(guò)氣缸進(jìn)氣和排氣推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)試件夾具 運(yùn)動(dòng)，控制試件夾具的松緊；所述四根支架分別與試件碰撞板鉸接，且四根支架底端鉸接固 定在加載架底部，所述試件碰撞板中部底面下設(shè)有軸承，通過(guò)調(diào)節(jié)四根支架的角度和有效 長(zhǎng)度使得試件碰撞板繞著軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以形成不同傾斜角度。
[0006] 本發(fā)明中，所述加載架的側(cè)面安裝有防爆玻璃，避免沖擊碰撞碎片對(duì)人員和設(shè)備 造成損傷。
[0007]本發(fā)明中，所述加載架底部一側(cè)安裝有高速攝像機(jī)，其另一側(cè)安裝有三級(jí)階梯的 工作臺(tái)階。
[0008]本發(fā)明中，令試件的質(zhì)量為M，試件夾具到試件撞擊板的距離為H，彈簧的彈性系 數(shù)為K，試件下落前的撞擊速度為V，測(cè)力傳感器的示數(shù)為F ;
[0009] 其相互之間滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式：
[0011]其中，F(xiàn)的單位為N，M的單位為kg，K的單位為N/m,重力加速度g的單位為m/s2， V的單位為m/s。
[0012]本發(fā)明的原理是：利用加載電機(jī)壓縮彈簧將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，然后松開夾持 滾石的試件夾具，彈簧推動(dòng)滾石試樣下落，將彈簧彈性勢(shì)能和巖石試件的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為 巖石試件的動(dòng)能，提供足夠的撞擊速度。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 原理簡(jiǎn)單、精度高，能適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件，操作簡(jiǎn)單；通過(guò)加載電機(jī)、升降機(jī)、彈 簧和夾具的共同作用，能為試樣提供足夠的撞擊速度，根據(jù)彈簧壓縮量的不同可以提供不 同的撞擊速度；調(diào)整撞擊板的傾斜角度可以提供不同的撞擊角度；高速攝像機(jī)能夠分析巖 石撞擊破裂特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明儀器的前視示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明儀器的側(cè)視示意圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明儀器上半部分的前視示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明儀器下半部分的前視示意圖；
[0019] 圖5是圖3中A部分的局部放大示意圖；
[0020] 圖6是圖3中B部分的局部放大示意圖；
[0021] 圖7是試件加載頭示意圖；
[0022] 圖8是試件撞擊板示意圖；
[0023] 附圖標(biāo)記：加載電機(jī)1、絲桿升降機(jī)2、測(cè)力傳感器3、彈簧加載套4、導(dǎo)向套5、彈簧 導(dǎo)向桿6、彈簧7、試件加載頭8、試件9、試件夾具10、氣缸11、加載架12、工作臺(tái)階13、試件 碰撞板14、圓弧鋼板15、軸承16、支架17、高速攝像機(jī)18。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下的具體實(shí)施例可以使本專業(yè) 領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面的了解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0025] 如圖1?8所示，本發(fā)明提供一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)的具體實(shí)施例，包 括加載架12、加載電機(jī)1、升降機(jī)2、測(cè)力傳感器3、彈簧7加載套4、導(dǎo)向套5、彈簧7導(dǎo)向桿 6、彈簧7、試件加載頭8、試件夾具10、氣缸11、試件碰撞板14和支架I7,所述加載電機(jī)1包 括交流電機(jī)、聯(lián)接器，所述交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子與聯(lián)接器相連接；所述絲桿升降機(jī)2包括蝸輪、 蝸桿和絲桿，其中蝸桿與聯(lián)接器相連接；所述彈簧加載套4為頂部密封的無(wú)縫鋼管，導(dǎo)向套 5包括圓盤和中空無(wú)縫鋼管，且圓盤與中空無(wú)縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向桿6是由無(wú)縫 鋼管和位于底部的T型頭連接而成；所述加載電機(jī)1通過(guò)聯(lián)接器與絲桿升降機(jī)2相連，且絲 桿升降機(jī)通過(guò)該聯(lián)接器帶動(dòng)絲桿升降機(jī) 2的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪中心的內(nèi) 螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接,進(jìn)而帶動(dòng)絲桿的上下運(yùn)動(dòng)；彈簧加載套4與絲桿升降 機(jī)2之間的連接關(guān)系是絲桿升降機(jī)2的絲桿下端與測(cè)力傳感器3連接，測(cè)力傳感器3下端 與彈簧加載套4連接，通過(guò)測(cè)力傳感器3控制加載大小，進(jìn)而控制彈簧 7的壓縮量；所述升 降機(jī)2固定安裝在加載架12頂端，導(dǎo)向套5嵌固在加載架12頂端的圓孔中；所述測(cè)力傳感 器3 -端與絲桿升降機(jī)2的絲桿相連，測(cè)力傳感器3另一端與彈簧加載套44頂端相連，所 述彈簧加載套4底端嵌套在導(dǎo)向套5與彈簧導(dǎo)向桿6之間，所述彈簧導(dǎo)向桿6嵌套在彈簧7 中，且彈簧7延伸到彈簧導(dǎo)向桿6底端的T型頭，所述彈簧導(dǎo)向桿6底端的T型頭與試件加 載頭8頂端的T型頭相連；所述試件加載頭8主體呈圓柱形，其底端設(shè)有圓弧鋼板15,用于 與圓柱狀試件9側(cè)面緊密接觸；所述試件加載頭8下方設(shè)有試件夾具10,用于夾持試件9 ; 所述氣缸11與試件夾具10之間的連接關(guān)系為氣缸11活塞桿一端與氣缸11的活塞相連， 另一端與試件夾具10相連；通過(guò)氣缸11進(jìn)氣和排氣推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)試件夾具10 運(yùn)動(dòng)，控制試件夾具10的松緊。
[0026] 所述試件碰撞板14與四根支架17之間相互鉸接，且四根支架17底端鉸接固定在 加載架12底部，所述試件碰撞板14中部底面下設(shè)有軸承16,通過(guò)調(diào)節(jié)四根支架17的角度 和有效長(zhǎng)度使得試件碰撞板Η繞著軸承16進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以形成不同傾斜角度。
[0027] 所述試件碰撞板14的外圍安裝有防爆玻璃。所述加載架底部一側(cè)安裝有高速攝 像機(jī)18,其另一側(cè)安裝有三級(jí)階梯的工作臺(tái)階13。
[0028] 其中：試件9的質(zhì)量為M，試件夾具10到試件撞擊板14的距離為H，彈簧7的彈性 系數(shù)為K，試件9下落前的撞擊速度為V，測(cè)力傳感器3的示數(shù)為F ;
[0029] 其相互之間滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式：
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，包括加載架、加載電機(jī)、升降機(jī)、測(cè)力傳感器、彈 簧加載套、導(dǎo)向套、彈簧導(dǎo)向桿、彈簧、試件加載頭、試件夾具、氣缸、試件碰撞板和支架； 所述加載電機(jī)包括交流電機(jī)、聯(lián)接器，所述交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子與聯(lián)接器相連接；所述絲桿 升降機(jī)包括蝸輪、蝸桿和絲桿,其中蝸桿與聯(lián)接器相連接；所述彈簧加載套為頂部密封的無(wú) 縫鋼管，導(dǎo)向套包括圓盤和中空無(wú)縫鋼管，且圓盤與中空無(wú)縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向 桿是由無(wú)縫鋼管和位于底部的Τ型頭連接而成； 所述加載電機(jī)與絲桿升降機(jī)通過(guò)聯(lián)接器相連，絲桿升降機(jī)通過(guò)該聯(lián)接器帶動(dòng)絲桿升降 機(jī)的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪中心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而 帶動(dòng)絲桿上下運(yùn)動(dòng)；所述絲桿升降機(jī)的絲桿下端通過(guò)測(cè)力傳感器與彈簧加載套相連接，通 過(guò)測(cè)力傳感器控制加載大小，進(jìn)而控制彈簧的壓縮量；所述絲桿升降機(jī)固定安裝在加載架 頂端，導(dǎo)向套嵌固在加載架頂端的圓孔中； 所述彈簧加載套底端嵌套在導(dǎo)向套與彈簧導(dǎo)向桿之間，所述彈簧導(dǎo)向桿嵌套在彈簧 中，且彈簧延伸到彈簧導(dǎo)向桿底端的Τ型頭，所述彈簧導(dǎo)向桿底端的Τ型頭與試件加載頭頂 端的Τ型頭相連；所述試件加載頭主體呈圓柱形，其底端設(shè)有圓弧鋼板，用于與圓柱狀試件 側(cè)面緊密接觸；所述試件加載頭下方設(shè)有試件夾具，用于夾持試件；所述氣缸活塞桿的一 端與活塞相連，另一端與試件夾具相連；通過(guò)氣缸進(jìn)氣和排氣推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)試件 夾具運(yùn)動(dòng)，控制試件夾具的松緊；所述四根支架分別與試件碰撞板鉸接，且四根支架底端鉸 接固定在加載架底部，所述試件碰撞板中部底面下設(shè)有軸承，通過(guò)調(diào)節(jié)四根支架的角度和 有效長(zhǎng)度使得試件碰撞板繞著軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以形成不同傾斜角度。
2·根據(jù)權(quán)利要求1中所述的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載架的側(cè)面 安裝有防爆玻璃。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載架底部一 側(cè)安裝有高速攝像機(jī)，其另一側(cè)安裝有三級(jí)階梯的工作臺(tái)階。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，令試件的 質(zhì)量為Μ，試件夾具到試件撞擊板的距離為Η，彈簧的彈性系數(shù)為Κ，試件下落前的撞擊速度 為V，測(cè)力傳感器的示數(shù)為F ; 其相互之間滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式： \\?Κ 6 . 其中，F(xiàn)的單位為Ν，Μ的單位為kg，Η的單位為m，Κ的單位為N/m，重力加速度g的單 位為m/s2，V的單位為m/s。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK104215420SQ201410441054
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】呂慶, 周春鋒, 肖志鵬, 范立峰, 趙宇, 沈佳軼, 尚岳全 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)