本發(fā)明涉及一種巖石動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)裝置，尤其是涉及一種研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展的需求和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，地下活動(dòng)空間及各類資源的開(kāi)發(fā)和利用已成為人類重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。隨著機(jī)械破巖技術(shù)廣泛應(yīng)用于礦山開(kāi)采、隧道掘進(jìn)、地質(zhì)勘探及油氣鉆探等過(guò)程領(lǐng)域中，對(duì)巖石破碎理論和技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。而侵入破巖是巖石挖掘及機(jī)械破巖的基本形式，研究刀具侵入過(guò)程中的巖石破碎機(jī)制對(duì)于提高機(jī)械破巖效率有著重要作用。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)刀具與巖石相互作用機(jī)理、刀具破巖力的計(jì)算、刀盤(pán)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及掘進(jìn)性能預(yù)測(cè)等方面展開(kāi)了深入研究。然而，大部分研究都是基于各種壓頭侵入巖石的單一靜壓實(shí)驗(yàn)，落錘或者shpb等裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)破巖實(shí)驗(yàn)，很少有開(kāi)展大試樣受高應(yīng)變率載荷下刀具破巖實(shí)驗(yàn)，不能研究不同尺寸試樣受高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特征，以至于不能更全面地了解刀具破巖規(guī)律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的用于研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置；該試驗(yàn)裝置能夠很好完成高應(yīng)變率載荷下不同刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于研究機(jī)械巖石破碎機(jī)理、改進(jìn)鉆機(jī)鉆具設(shè)計(jì)和尋求新的破碎技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，包括霍普金森壓桿裝置和試樣支撐裝置；所述霍普金森壓桿裝置包括高氣壓罐、子彈頭、入射桿、應(yīng)變片、示波器及透射桿，所述的子彈頭、透射桿和入射桿同軸，子彈頭與高壓氣罐連接，子彈頭的一端靠近入射桿的一端設(shè)置，入射桿的另一端設(shè)有刀具，所述的入射桿和透射桿上分別設(shè)有應(yīng)變片，應(yīng)變片分別與示波器連接；所述的試樣支撐裝置置于刀具與透射桿之間。

上述的研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置中，所述的試樣支撐裝置包括底座、伸縮桿及托板；伸縮桿上設(shè)有伸縮固定閥；伸縮桿下端插固定安裝在底座上，上端與托板的底面固定連接。

上述的研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置中，還包括刀具套管，刀具套管為兩端設(shè)有圓形盲孔的柱狀結(jié)構(gòu)；刀具套管兩端的盲孔同軸；刀具套管的一端套裝在入射桿的端部，另一端安裝刀具。

上述的研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置中，所述刀具套管與入射桿連接的盲孔的內(nèi)徑為50mm；刀具套管安裝刀具的盲孔的內(nèi)徑為30mm。

上述的研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置中，托板由鋼板制成，其尺寸為150mm×150mm×5mm。

上述的研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置中，所述的伸縮桿下端焊接在底座上，伸縮桿的上端焊接在托板底部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，本發(fā)明能夠很好完成高應(yīng)變率載荷下不同刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于研究機(jī)械巖石破碎機(jī)理、改進(jìn)鉆機(jī)鉆具設(shè)計(jì)和尋求新的破碎技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義；同時(shí)本發(fā)明中的刀具固定裝置能夠安放不同形狀的刀具，試樣支撐裝置通過(guò)調(diào)節(jié)伸縮桿和伸縮固定閥調(diào)節(jié)試樣的高度，能適合不同尺寸大小的巖石試樣，使得本發(fā)明的適用范圍廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的刀具套管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中a-a剖面圖。

圖4為圖2中b-b剖面圖。

圖中：1、試樣；2、子彈頭；3、入射桿；4、透射桿；5、應(yīng)變片；6、高壓氣罐；7、示波器；8、底座；9、刀具套管；10、刀具；11、托板；12、伸縮桿；13、伸縮固定閥；14、螺栓。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括霍普金森壓桿裝置、試樣支撐裝置及刀具10，所述霍普金森壓桿裝置由高氣壓罐6、子彈頭2、入射桿3、應(yīng)變片5、示波器7及透射桿4組成，所述的子彈頭2、透射桿4和入射桿3同軸，子彈頭2與高壓氣罐6連接，子彈頭2的一端靠近入射桿3的一端設(shè)置，入射桿3的另一端通過(guò)刀具套管9安裝刀具10，所述的入射桿3和透射桿4上分別設(shè)有一個(gè)應(yīng)變片5，應(yīng)變片5分別與示波器7連接。

所述的試樣支撐裝置置于刀具10和透射桿4之間，用于支撐試樣1。試樣支撐裝置包括底座8、伸縮桿12及托板11；伸縮桿12上設(shè)有伸縮固定閥13，可以通過(guò)伸縮固定閥13固定其長(zhǎng)度。伸縮桿12下端插焊接在底座8上，上端與托板11的底面焊接。所述的托板11由鋼板制成，托板11的尺寸為150mm×150mm×5mm。

如圖2-4所示，所述的刀具套管9為設(shè)有圓形盲孔91、92的圓柱狀結(jié)構(gòu)，其外形也可以是其他棱柱結(jié)構(gòu)。盲孔91、盲孔92同軸；盲孔91套裝在入射桿3的端部，盲孔92內(nèi)安裝刀具10。刀具套管9的外徑為55mm，盲孔91的內(nèi)徑為50mm，盲孔92的內(nèi)徑為30mm。

本發(fā)明使用時(shí)，其具體操作如下：

步驟1：通過(guò)四個(gè)螺栓14將試樣支撐裝置固定在霍普金森壓桿裝置上，將試樣1放在托板11上，將刀具10通過(guò)刀具套管9安裝在入射桿3朝向試樣1的一端，使刀具10和入射桿3成為一個(gè)整體。

步驟2：將試樣1夾在刀具10和透射桿4之間，通過(guò)旋轉(zhuǎn)伸縮固定閥13來(lái)調(diào)節(jié)伸縮桿12的長(zhǎng)度，使試樣1的中心正好對(duì)著刀具10和透射桿4，并用力拉緊入射桿3和透射桿4來(lái)夾緊試樣1。

步驟3：檢查入射桿3和透射桿4上的應(yīng)變片5是否連接正常，設(shè)置好動(dòng)態(tài)氣壓，驅(qū)動(dòng)子彈頭2撞擊入射桿3，完成高應(yīng)變率載荷下刀具破巖實(shí)驗(yàn)。通過(guò)應(yīng)變片5與示波器7相連接來(lái)采集高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種研究高應(yīng)變率載荷下刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，包括霍普金森壓桿裝置和試樣支撐裝置；所述霍普金森壓桿裝置包括高氣壓罐、子彈頭、入射桿、應(yīng)變片、示波器及透射桿，所述的子彈頭、透射桿和入射桿同軸，子彈頭與高壓氣罐連接，子彈頭的一端靠近入射桿的一端設(shè)置，入射桿的另一端設(shè)有刀具，所述的入射桿和透射桿上分別設(shè)有應(yīng)變片，應(yīng)變片分別與示波器連接；所述的試樣支撐裝置置于刀具與透射桿之間。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠很好完成高應(yīng)變率載荷下不同刀具破巖動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于研究機(jī)械巖石破碎機(jī)理、改進(jìn)鉆機(jī)鉆具設(shè)計(jì)和尋求新的破碎技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。

技術(shù)研發(fā)人員：趙伏軍;李玉;吳秋紅;葉洲元;樊勇;張孟舉;章思平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.14
技術(shù)公布日：2017.10.20