專利名稱：散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種以火藥爆炸為驅(qū)動(dòng)力的測定散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能的裝置，它屬于松散材料的應(yīng)力瞬變力學(xué)過程和粉碎效果的測定裝置，它包括有機(jī)座、與其相連的料筒、剛性框架和沖擊桿等。
現(xiàn)有技術(shù)中，有一種測定整體巖石試樣的沖擊破碎強(qiáng)度和破碎功的分段霍布金生壓桿(如圖6)，它的原型于1914年由Hopkinson.B提出，其測定方法的實(shí)質(zhì)是將整體巖石試樣30夾在兩段鋼桿(即彈性輸入桿29和彈性輸出桿31)之間，經(jīng)驅(qū)動(dòng)桿28沖擊后，通過測定彈性輸入桿29的入射波、反射波和彈性輸出桿31的透射波即可計(jì)算出巖石試樣的沖擊破碎強(qiáng)度和破碎功，但是它不能用于測定散體礦巖的動(dòng)態(tài)粉碎性能。
還有一種搗碎筒可以測定散體礦巖試樣的破碎程度和比功，它是由CblckoB.K.И于1940年提出的，它由機(jī)座、料筒、剛性框架和沖擊桿四部分構(gòu)成，料筒置于機(jī)座上并通過壓蓋經(jīng)螺栓與其連接，剛性框架由剛性連接板與框架經(jīng)螺旋付連接構(gòu)成，它置于機(jī)座上在料筒外側(cè)，測定時(shí)，在料筒內(nèi)盛裝規(guī)定高度的散體礦巖試樣，再將沖擊桿提升至固定高度，自由落下若干次，然后由破碎后的效果推算破碎程度和比功，但利用搗碎筒測定散體礦巖試樣有一定的弊端，它不能反應(yīng)散體礦巖試樣的物料內(nèi)部在粉碎過程中的應(yīng)力-應(yīng)變的瞬變信息，另外，由于沖擊桿提升高度恒定，其沖擊末速度也恒定，然而散體礦巖的動(dòng)態(tài)粉碎過程是一個(gè)在沖擊荷載作用下的應(yīng)力瞬變過程，不同的沖擊末速度對散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能的影響是至關(guān)重要的，所以采用恒定的末速度會影響研究散體礦巖的動(dòng)態(tài)粉碎性能。
本發(fā)明的目的是提供一種散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能的測試裝置，它可以反應(yīng)散體礦巖在沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)粉碎過程中沖擊桿的末速度，在散體礦巖料層中的位移以及散體礦巖的應(yīng)力瞬變過程。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由機(jī)座、料筒、剛性框架、沖擊桿、裝藥室、發(fā)射筒、起爆系統(tǒng)以及測試系統(tǒng)八部分組成，其中料筒置于機(jī)座上并通過壓蓋經(jīng)螺栓與其連接;剛性框架置于機(jī)座上，居于料筒外側(cè)，它由剛性連接板與框架經(jīng)螺旋付連接構(gòu)成，框架的上端、下端均有螺紋，以調(diào)整沖擊桿的位置，保證當(dāng)沖擊桿接觸料層瞬間，切斷系統(tǒng)能量來源;本發(fā)明所述的裝置是以火藥爆炸為驅(qū)動(dòng)力，它的起爆系統(tǒng)通過頂絲固緊在剛性框架上，由點(diǎn)火頭、導(dǎo)線和起爆器組成;裝藥室設(shè)在沖擊桿上端部的凹陷園槽內(nèi)，其內(nèi)裝有的雙基發(fā)射火藥經(jīng)起爆系統(tǒng)起爆后，火藥經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成高溫高壓氣體，在裝藥室、發(fā)射筒和沖擊桿之間形成的發(fā)射腔內(nèi)，高溫高壓氣體推動(dòng)沖擊桿做沖程加速運(yùn)動(dòng);沖擊桿上端部外表面設(shè)置兩條環(huán)形槽，兩個(gè)鎖緊墊圈布于其中，與發(fā)射筒內(nèi)表面配合，在靜態(tài)時(shí)懸吊沖擊桿，在動(dòng)態(tài)發(fā)射筒與沖擊桿相對滑動(dòng)時(shí)，增加滑動(dòng)摩擦力，當(dāng)發(fā)射腔內(nèi)壓力達(dá)到極大值以后，還可增加高溫高壓氣體與沖擊桿進(jìn)行能量交換的時(shí)間，防止發(fā)射腔內(nèi)的氣體在沖擊桿加速運(yùn)動(dòng)過程中過早地向外泄漏;發(fā)射筒與鋼性連接板緊固為一體，其下端有4個(gè)通孔，其內(nèi)園表面有一個(gè)與通孔貫通的環(huán)形槽，形成一個(gè)排空發(fā)射腔內(nèi)高溫高壓氣體的通路，切斷輸入本裝置的能量;測試系統(tǒng)的測速度擋光板和測位移擋光板分別通過兩處平行光源的照射與光電二極管和光電池觸發(fā)式連接，光電二極管和光電池又分別通過兩個(gè)放大器與瞬態(tài)波形存貯器相連，測試系統(tǒng)的應(yīng)力傳感器通過電荷放大器與瞬態(tài)波形貯存器相連，瞬態(tài)波形貯存器連有微機(jī)，測速度擋光板和測位移擋光板與沖擊桿同步，設(shè)在其上距下端部1/3～1/2處，應(yīng)力傳感器埋在料筒內(nèi)的散體礦巖料層中。
本發(fā)明所述的測試裝置可以反應(yīng)散體礦巖在沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)粉碎過程沖擊桿的末速度、在散體礦巖料層中的位移以及散體礦巖的應(yīng)力瞬變的全過程，如圖7，圖8，圖9，

圖10，圖11，圖12是三種礦巖的動(dòng)態(tài)粉碎過程的位移一時(shí)間和應(yīng)力時(shí)間曲線，本裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單，沖擊桿末速度可調(diào)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的內(nèi)容圖1為散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為沖擊桿的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為發(fā)射筒的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為料筒部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為測試系統(tǒng)的線路圖。
圖6為分段霍布金生壓桿的示意圖。
圖7為南芬鐵礦石S-t曲線。
圖8為花崗巖S-t曲線。
圖9為砂巖S-t曲線。
圖10為南芬鐵礦石F-t曲線。
圖11為花崗巖F-t曲線。
圖12為砂巖F-t曲線。
其中S-位移t-時(shí)間F-應(yīng)力如附圖1所示，本發(fā)明所述的裝置是由機(jī)座、料筒、剛性框架、沖擊桿、裝藥室、發(fā)射筒、起爆系統(tǒng)以及測試系統(tǒng)八部分組成，其中料筒9置于機(jī)座10上并通過壓蓋12經(jīng)螺栓13與其連接;剛性框架置于機(jī)座10上、居于料筒9外側(cè)，它是由剛性連接板4與框架7經(jīng)螺旋付連接構(gòu)成，框架7上端、下端均有螺紋，以調(diào)整沖擊桿5的位置，保證當(dāng)沖擊桿5接觸散體礦巖8料層瞬間切斷系統(tǒng)的能量來源;本發(fā)明所述的裝置是以火藥爆炸為驅(qū)動(dòng)力，它的起爆系統(tǒng)1通過頂絲2固緊在剛性框架上，它由點(diǎn)火頭、導(dǎo)線和起爆器組成;裝藥室3設(shè)在沖擊桿5上端部的凹陷園槽內(nèi)，其內(nèi)裝有雙基發(fā)射火藥，經(jīng)起爆系統(tǒng)1起爆后，火藥經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成高溫高壓氣體，在裝藥室3、發(fā)射筒6和沖擊桿5之間形成的發(fā)射腔32內(nèi)，高溫高壓氣體推動(dòng)沖擊桿5做沖程加速運(yùn)動(dòng)，火藥經(jīng)化學(xué)反應(yīng)釋放的理論能量為
式中，(Uo298)p-火藥的初始內(nèi)能(單位焦耳/千克);(Ho296)p-火藥標(biāo)準(zhǔn)生成熱(單位焦耳/千克);mi-火藥第i種組分的重量百分比含量;(
)-火藥第i種組分的比生成熱(單位焦耳/千克);沖擊桿5上端部外表面設(shè)置兩條環(huán)形槽，兩個(gè)鎖緊墊圈14布于其中，與發(fā)射筒6內(nèi)表面配合，在靜態(tài)時(shí)懸吊沖擊桿5，在動(dòng)態(tài)發(fā)射筒6與沖擊桿5相對滑動(dòng)時(shí)，增加滑動(dòng)摩擦力，延滯沖擊桿5的沖程時(shí)間，另外根據(jù)內(nèi)彈道學(xué)原理，發(fā)射腔32內(nèi)的氣體壓力變化趨勢有一個(gè)瞬間升壓過程，當(dāng)發(fā)射腔32內(nèi)壓力達(dá)到極大值以后，沖擊桿5的鎖緊墊圈結(jié)構(gòu)還可增加高溫高壓氣體與沖擊桿5進(jìn)行能量交換的時(shí)間，防止發(fā)射腔32內(nèi)的氣體在沖擊桿5加速運(yùn)動(dòng)過程中過早地向外洩漏，本發(fā)明裝置輸入的封閉系統(tǒng)理論能量(φ)/2 mV2＝ (ωψR)/(K-1) (T1-T)式中，V-沖擊桿沖擊的末速度(單位米/秒)，m-沖擊桿的質(zhì)量(單位千克)，φ-沖擊桿吸收各種形式的能量折算系數(shù);R-火藥反應(yīng)生成的氣體常數(shù);ψ-火藥燃燒系數(shù);K-火藥氣體絕熱指數(shù);T1-火藥生成氣體的初始溫度，T-火藥生成氣體做功后的溫度;ω-火藥質(zhì)量(單位千克);由此式即可估計(jì)火藥量與沖擊桿末速度的關(guān)系;發(fā)射筒6是與鋼性連接板4緊固為一體，其下端有4個(gè)通孔15，其內(nèi)園表面有一個(gè)與通孔貫通的環(huán)形槽16，形成一個(gè)排空發(fā)射腔內(nèi)高溫高壓氣體通路，從而切斷輸入本發(fā)明裝置的能量，調(diào)整框架7上端或下端的螺紋，即可調(diào)整沖擊桿5的位置保證當(dāng)沖擊桿5的下端面接觸散體礦巖8料層表面的瞬間，則位于沖擊桿5上的鎖緊墊圈14抵達(dá)或低于環(huán)形槽16位置，使發(fā)射腔內(nèi)的高溫高壓氣體沿著沖擊桿5的外園表面與發(fā)射筒6之間的間隙，再經(jīng)環(huán)形槽16和通孔15迅速排出，切斷輸入試驗(yàn)系統(tǒng)的能量;本發(fā)明裝置測試系統(tǒng)的測速度擋光板17和測位移擋光板22，與沖擊桿5同步運(yùn)動(dòng)，設(shè)在沖擊桿上距下端部1/3～1/2處;應(yīng)力傳感器11設(shè)在料筒9內(nèi)散體礦巖8料層中，測速度擋光板17和測位移擋光板22分別通過平行光源18和23的照射與光電二極管19和光電池24觸發(fā)式連接，光電二極管19和光電池24又分別通過放大器25與瞬態(tài)波形存貯器21相連;應(yīng)力傳感器11通過電荷放大器26也與瞬態(tài)波形存貯器21相連，瞬態(tài)波形存貯器26與微機(jī)27相連，沖擊桿5做沖程運(yùn)動(dòng)時(shí)，沖擊桿5上的測速度擋光板17截?cái)嗥叫泄庠?8照射的平行光，相繼觸發(fā)兩個(gè)有一定距離的光電二極管19，其電壓信號通過放大器20進(jìn)入瞬態(tài)波形貯存器21中，從而存貯沖擊桿的速度信息，當(dāng)沖擊桿5高速沖擊散體礦巖8料層表面瞬間，其上固定的測位移擋光板22完全遮住光電池24，使光電池受光面積為零，線路輸出的電壓絕對值最小，在應(yīng)力變化過程中，隨著沖擊桿5在散體礦巖料層中位移的變化，光電池的受光面積也隨之變化，輸出的電壓信號也隨之改變，從而反應(yīng)出在散體礦巖在動(dòng)態(tài)粉碎過程中沖擊桿5在散體礦巖料層中的全部位移信息，這些信息通過放大器25同樣輸入到瞬態(tài)波形存貯器21中，應(yīng)力信息是由設(shè)在散體礦巖8料層內(nèi)部的應(yīng)力傳感器11傳遞給電荷放大器26，然后再輸入到同一瞬態(tài)波形存貯器21中，電源接通后，瞬態(tài)波形存貯器21處于采樣等待狀態(tài)，它是采用予留地址的內(nèi)觸發(fā)方式，依靠荷載信號本身來觸發(fā)掃描系統(tǒng)工作，瞬態(tài)波形存貯器通過與微機(jī)聯(lián)機(jī)即可顯示、打印或存貯沖擊桿末速度、應(yīng)力-時(shí)間以及位移-時(shí)間曲線信息。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中，沖擊桿5直徑為15-80毫米，長度為300-3000毫米。
本發(fā)明技術(shù)解決方案中，散體礦巖8粒度小于20毫米，散體礦巖8料層高度為40-60毫米。
權(quán)利要求
1.一種散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置，它包括(1)機(jī)座10，(2)置于機(jī)座10上并通過壓蓋12經(jīng)螺栓13與其連接的料筒9，(3)置于機(jī)座10上料筒9外側(cè)的剛性框架，(3.1)它由剛性連接板4與框架7經(jīng)螺旋付連接構(gòu)成，(4)沖擊桿5，其特征在于(3.1.1)框架7上端、下端均有螺紋，(4.1)其上端部外表面設(shè)置兩條形槽，(4.1.1)兩個(gè)鎖緊墊圈14布于環(huán)形槽中，與發(fā)射筒6內(nèi)表面配合，(5)設(shè)在沖擊桿5上端部的凹陷園槽內(nèi)的裝藥室3，(6)與剛性連接板堅(jiān)固為一體的發(fā)射筒6，(6.1)其下端設(shè)有4個(gè)通孔15，(6.2)其內(nèi)園表面有一個(gè)與通孔貫通的環(huán)形槽16，(7)通過頂絲固緊在剛性框架上的起爆系統(tǒng)1，(8)測測系統(tǒng)，(8.1)它的測速度擋光板17和測位移擋光板22分別通過兩處平行光源18、23的照射與光電二極管19和光電池24觸發(fā)式連接，光電二極管19和光電池24又分別通過兩個(gè)放大器20、25與瞬態(tài)波形存貯器21相連，它的應(yīng)力傳感器11通過電荷放大器26也與瞬態(tài)波形貯存器21相連，瞬態(tài)波形貯存器21連有微機(jī)27。(8.1.1)與沖擊桿5同步的測速度擋光板17設(shè)在其上距下端部1/3～1/2處。(8.1.2)與沖擊桿5同步的測位移擋光板22設(shè)在其上距下端部1/3～1/2處。(8.1.3)應(yīng)力傳感器11埋在料筒9內(nèi)散體礦巖8料層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置，其特征在于沖擊桿5的長度為300～3000毫米，直徑為15-80毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置其特征在于散體礦巖8的粒度小于20毫米，散體礦巖8料層高度為40-60毫米。
全文摘要
一種散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能測試裝置是以火藥爆炸為驅(qū)動(dòng)力的測定散體礦巖動(dòng)態(tài)粉碎性能的裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)測量散體礦巖在動(dòng)態(tài)粉碎全過程中的應(yīng)力、位移的變化，同時(shí)還可以測試沖擊桿的末速度。該裝置包括有機(jī)座、料筒、剛性框架、沖擊桿、裝藥室、發(fā)射筒、起爆系統(tǒng)和測試系統(tǒng)部分。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，沖擊末速度可調(diào)的范圍廣，操作方便，作為驅(qū)動(dòng)力的荷載脈沖重復(fù)性好。
文檔編號G01D21/00GK1073765SQ91111629
公開日1993年6月30日 申請日期1991年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月25日
發(fā)明者宋守志 申請人:東北工學(xué)院