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CN107271300A - 一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置 - Google Patents

一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置 Download PDF

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CN107271300A CN201710447001.4A CN201710447001A CN107271300A CN 107271300 A CN107271300 A CN 107271300A CN 201710447001 A CN201710447001 A CN 201710447001A CN 107271300 A CN107271300 A CN 107271300A
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赵伏军
李玉
吴秋红
叶洲元
樊勇
张孟举
章思平
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Hunan University of Science and Technology
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Hunan University of Science and Technology
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，包括霍普金森压杆装置和试样支撑装置；所述霍普金森压杆装置包括高气压罐、子弹头、入射杆、应变片、示波器及透射杆，所述的子弹头、透射杆和入射杆同轴，子弹头与高压气罐连接，子弹头的一端靠近入射杆的一端设置，入射杆的另一端设有刀具，所述的入射杆和透射杆上分别设有应变片，应变片分别与示波器连接；所述的试样支撑装置置于刀具与透射杆之间。本发明结构简单，操作方便，能够很好完成高应变率载荷下不同刀具破岩动力学特性实验，对于研究机械岩石破碎机理、改进钻机钻具设计和寻求新的破碎技术具有重要的指导意义。

Description

一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置
技术领域
本发明涉及一种岩石动力学试验装置，尤其是涉及一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置。
背景技术
近年来，随着社会发展的需求和科学技术水平的不断提高，地下活动空间及各类资源的开发和利用已成为人类重点关注的领域之一。随着机械破岩技术广泛应用于矿山开采、隧道掘进、地质勘探及油气钻探等过程领域中，对岩石破碎理论和技术提出了新的挑战。而侵入破岩是岩石挖掘及机械破岩的基本形式，研究刀具侵入过程中的岩石破碎机制对于提高机械破岩效率有着重要作用。目前，国内外学者对刀具与岩石相互作用机理、刀具破岩力的计算、刀盘优化设计以及掘进性能预测等方面展开了深入研究。然而，大部分研究都是基于各种压头侵入岩石的单一静压实验，落锤或者SHPB等装置进行动态破岩实验，很少有开展大试样受高应变率载荷下刀具破岩实验，不能研究不同尺寸试样受高应变率载荷下刀具破岩动力学特征，以至于不能更全面地了解刀具破岩规律。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的用于研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置；该试验装置能够很好完成高应变率载荷下不同刀具破岩动力学特性实验，对于研究机械岩石破碎机理、改进钻机钻具设计和寻求新的破碎技术具有重要的指导意义。
本发明采用的技术方案是：一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，包括霍普金森压杆装置和试样支撑装置；所述霍普金森压杆装置包括高气压罐、子弹头、入射杆、应变片、示波器及透射杆，所述的子弹头、透射杆和入射杆同轴，子弹头与高压气罐连接，子弹头的一端靠近入射杆的一端设置，入射杆的另一端设有刀具，所述的入射杆和透射杆上分别设有应变片，应变片分别与示波器连接；所述的试样支撑装置置于刀具与透射杆之间。
上述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置中，所述的试样支撑装置包括底座、伸缩杆及托板；伸缩杆上设有伸缩固定阀；伸缩杆下端插固定安装在底座上，上端与托板的底面固定连接。
上述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置中，还包括刀具套管，刀具套管为两端设有圆形盲孔的柱状结构；刀具套管两端的盲孔同轴；刀具套管的一端套装在入射杆的端部，另一端安装刀具。
上述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置中，所述刀具套管与入射杆连接的盲孔的内径为50mm；刀具套管安装刀具的盲孔的内径为30mm。
上述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置中，托板由钢板制成，其尺寸为150 mm×150 mm×5mm。
上述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置中，所述的伸缩杆下端焊接在底座上，伸缩杆的上端焊接在托板底部。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明结构简单，操作方便，本发明能够很好完成高应变率载荷下不同刀具破岩动力学特性实验，对于研究机械岩石破碎机理、改进钻机钻具设计和寻求新的破碎技术具有重要的指导意义；同时本发明中的刀具固定装置能够安放不同形状的刀具，试样支撑装置通过调节伸缩杆和伸缩固定阀调节试样的高度，能适合不同尺寸大小的岩石试样，使得本发明的适用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的刀具套管的结构示意图。
图3为图2中A-A剖面图。
图4为图2中B-B剖面图。
图中：1、试样；2、子弹头；3、入射杆；4、透射杆；5、应变片；6、高压气罐；7、示波器；8、底座；9、刀具套管；10、刀具；11、托板；12、伸缩杆；13、伸缩固定阀；14、螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括霍普金森压杆装置、试样支撑装置及刀具10，所述霍普金森压杆装置由高气压罐6、子弹头2、入射杆3、应变片5、示波器7及透射杆4组成，所述的子弹头2、透射杆4和入射杆3同轴，子弹头2与高压气罐6连接，子弹头2的一端靠近入射杆3的一端设置，入射杆3的另一端通过刀具套管9安装刀具10，所述的入射杆3和透射杆4上分别设有一个应变片5，应变片5分别与示波器7连接。
所述的试样支撑装置置于刀具10和透射杆4之间，用于支撑试样1。试样支撑装置包括底座8、伸缩杆12及托板11；伸缩杆12上设有伸缩固定阀13，可以通过伸缩固定阀13固定其长度。伸缩杆12下端插焊接在底座8上，上端与托板11的底面焊接。所述的托板11由钢板制成，托板11的尺寸为150 mm×150 mm×5mm。
如图2-4所示，所述的刀具套管9为设有圆形盲孔91、92的圆柱状结构，其外形也可以是其他棱柱结构。盲孔91、盲孔92同轴；盲孔91套装在入射杆3的端部，盲孔92内安装刀具10。刀具套管9的外径为55mm，盲孔91的内径为50mm，盲孔92的内径为30mm。
本发明使用时，其具体操作如下：
步骤1：通过四个螺栓14将试样支撑装置固定在霍普金森压杆装置上，将试样1放在托板11上，将刀具10通过刀具套管9安装在入射杆3朝向试样1的一端，使刀具10和入射杆3成为一个整体。
步骤2：将试样1夹在刀具10和透射杆4之间，通过旋转伸缩固定阀13来调节伸缩杆12的长度，使试样1的中心正好对着刀具10和透射杆4，并用力拉紧入射杆3和透射杆4来夹紧试样1。
步骤3：检查入射杆3和透射杆4上的应变片5是否连接正常，设置好动态气压，驱动子弹头2撞击入射杆3，完成高应变率载荷下刀具破岩实验。通过应变片5与示波器7相连接来采集高应变率载荷下刀具破岩动力学实验数据。

Claims (6)

1.一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：包括霍普金森压杆装置和试样支撑装置；所述霍普金森压杆装置包括高气压罐、子弹头、入射杆、应变片、示波器及透射杆，所述的子弹头、透射杆和入射杆同轴，子弹头与高压气罐连接，子弹头的一端靠近入射杆的一端设置，入射杆的另一端设有刀具，所述的入射杆和透射杆上分别设有应变片，应变片分别与示波器连接；所述的试样支撑装置置于入射杆与透射杆之间。
2.根据权利要求1所述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：所述的试样支撑装置包括底座、伸缩杆及托板；伸缩杆上设有伸缩固定阀；伸缩杆下端插固定安装在底座上，上端与托板的底面固定连接。
3.根据权利要求1所述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：还包括刀具套管，刀具套管为两端设有圆形盲孔的柱状结构；刀具套管两端的盲孔同轴；刀具套管的一端套装在入射杆的端部，另一端安装刀具。
4.根据权利要求3所述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：所述刀具套管与入射杆连接的盲孔的内径为50mm；刀具套管安装刀具的盲孔的内径为30mm。
5.根据权利要求2所述的研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：托板由钢板制成，其尺寸为150 mm×150 mm×5mm。
6.根据权利要求3或4所述的一种研究高应变率载荷下刀具破岩动力学特性的试验装置，其特征在于：所述的伸缩杆下端焊接在底座上，伸缩杆的上端焊接在托板底部。
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