一種新型的滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)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)明專利技術(shù)包括加載架、加載電機(jī)、絲桿升降機(jī)、測力傳感器、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)明專利技術(shù)的有益效果是：原理簡單、精度高，能適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件，操作簡單；通過加載電機(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。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)
本專利技術(shù)屬于滾石沖擊碰撞破裂的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，具體涉及一種滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
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)測滾石的飛行軌跡、影響范圍和沖擊力大小對于滾石災(zāi)害的評價(jià)和防護(hù)設(shè)計(jì)極其重要。目前主要采用的現(xiàn)場試驗(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。針對這些問題，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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種滾石沖擊碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)。為解決技術(shù)問題，本專利技術(shù)的解決方案是：提供一種滾石沖擊碰撞試驗(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縫鋼管，導(dǎo)向套包括圓盤和中空無縫鋼管，且圓盤與中空無縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向桿是由無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)通過聯(lián)接器相連，絲桿升降機(jī)通過聯(lián)接器帶動絲桿升降機(jī)的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪中心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而帶動絲桿上下運(yùn)動；所述絲桿升降機(jī)的絲桿下端通過測力傳感器與彈簧加載套相連接，通過測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；通過氣缸進(jìn)氣和排氣推動活塞運(yùn)動，進(jìn)而推動試件夾具運(yùn)動，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，通過調(diào)節(jié)四根支架的角度和有效長度使得試件碰撞板繞著軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)動以形成不同傾斜角度。本專利技術(shù)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人員和設(shè)備造成損傷。本專利技術(shù)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)安裝有三級階梯的工作臺階。本專利技術(shù)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：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。本專利技術(shù)的原理是：利用加載電機(jī)壓縮彈簧將動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，然后松開夾持滾石的試件夾具，彈簧推動滾石試樣下落，將彈簧彈性勢能和巖石試件的重力勢能轉(zhuǎn)化為巖石試件的動能，提供足夠的撞擊速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：原理簡單、精度高，能適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件，操作簡單；通過加載電機(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。附圖說明圖1是本專利技術(shù)儀器的前視示意圖；圖2為本專利技術(shù)儀器的側(cè)視示意圖；圖3是本專利技術(shù)儀器上半部分的前視示意圖；圖4是本專利技術(shù)儀器下半部分的前視示意圖；圖5是圖3中A部分的局部放大示意圖；圖6是圖3中B部分的局部放大示意圖；圖7是試件加載頭示意圖；圖8是試件撞擊板示意圖；附圖標(biāo)記：加載電機(jī)1、絲桿升降機(jī)2、測力傳感器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)施方式下面結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，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專利技術(shù)，但不以任何方式限制本專利技術(shù)。如圖1～8所示，本專利技術(shù)提供一種滾石沖擊碰撞試驗(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17，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為頂部密封的無縫鋼管，導(dǎo)向套5包括圓盤和中空無縫鋼管，且圓盤與中空無縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向桿6是由無縫鋼管和位于底部的T型頭連接而成；所述加載電機(jī)1通過聯(lián)接器與絲桿升降機(jī)2相連，且絲桿升降機(jī)通過該聯(lián)接器帶動絲桿升降機(jī)2的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪中心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而帶動絲桿的上下運(yùn)動；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的絲桿下端與測力傳感器3連接，測力傳感器3下端與彈簧加載套4連接，通過測力傳感器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；所述測力傳感器3一端與絲桿升降機(jī)2的絲桿相連，測力傳感器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；通過氣缸11進(jìn)氣和排氣推動活塞運(yùn)動，進(jìn)而推動試件夾具10運(yùn)動，控制試件夾具10的松緊。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，通過調(diào)節(jié)四根支架17的角度和有效長度使得試件碰撞板14繞著軸承16進(jìn)行轉(zhuǎn)動以形成不同傾斜角度。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)安裝有三級階梯的工作臺階13。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，測力傳感器3的示數(shù)為F；其相互之間滿足數(shù)學(xué)關(guān)系式：其中，F(xiàn)的單位為N，M的單位為kg，H的單位為m，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。如圖3～4所示，根據(jù)試驗(yàn)方案選擇合適的試件加載頭8、試件夾具10和試件撞擊板14并調(diào)節(jié)好試件撞擊板14的傾斜角度0°～90°。通過氣缸11進(jìn)氣閥進(jìn)氣加壓使圓盤狀試件夾具10夾緊試本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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縫鋼管，導(dǎo)向套包括圓盤和中空無縫鋼管，且圓盤與中空無縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向桿是由無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)通過聯(lián)接器相連，絲桿升降機(jī)通過該聯(lián)接器帶動絲桿升降機(jī)的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪中心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而帶動絲桿上下運(yùn)動；所述絲桿升降機(jī)的絲桿下端通過測力傳感器與彈簧加載套相連接，通過測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；通過氣缸進(jìn)氣和排氣推動活塞運(yùn)動，進(jìn)而推動試件夾具運(yùn)動，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，通過調(diào)節(jié)四根支架的角度和有效長度使得試件碰撞板繞著軸承進(jìn)行轉(zhuǎn)動以形成不同傾斜角度。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種滾石沖擊碰撞試驗(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縫鋼管，導(dǎo)向套包括圓盤和中空無縫鋼管，且圓盤與中空無縫鋼管之間螺紋連接，彈簧導(dǎo)向桿是由無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)通過聯(lián)接器相連，絲桿升降機(jī)通過該聯(lián)接器帶動絲桿升降機(jī)的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪中心的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺母相互匹配連接，進(jìn)而帶動絲桿上下運(yùn)動；所述絲桿升降機(jī)的絲桿下端通過測力傳感器與彈簧加載套相連接，通過測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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂慶，周春鋒，肖志鵬，范立峰，趙宇，沈佳軼，尚岳全，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33