一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置的制作方法

1.本实用新型涉及岩石破碎技术领域，尤其涉及一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置。


背景技术：

2.岩石破碎是贯穿矿山生产过程的主要作业，但单位能耗高，破碎效率低，国家能耗投资巨大。据统计我国选厂碎磨矿作业所消耗的能量就达到全国总能耗的5％以上，碎磨矿作业中效破碎能与破碎总能耗的占比不足3％。20世纪30年代以来，国内外许多学者一直致力于岩石破碎能耗特征的研究，探索岩石破碎能耗的预测方法，为矿山破碎节能增效提供理论基础和新技术、新装备。
3.早期的研究装置以小型破碎机和磨矿机为主，所测量的破碎能量主要消耗于颗粒的摩擦和设备的运转，远大于岩石破碎本身需要的能量。20世纪90年代以来，部分学者认为单块岩石破碎可以有效控制试验条件，避免了颗粒间的摩擦效应和载荷以外的其他应力作用的影响，是研究岩石破碎能耗理论的有效方法。单块矿石破碎试验常用的装置主要包括落锤冲击试验装置(narayanan,1988；fatemechsaedidi,2017)、落球冲击试验装置(tavares l m,1997)、摆锤冲击试验装置(李启月，2009)、旋转冲击破碎试验装置(shi f, 2009)、霍普金森压杆冲击试验装置(李夕兵，1988)等，其中落锤冲击装置灵活，加载能量范围广，加载速率符合岩石机械破碎范围，适用于各种形状不同尺寸与硬度的岩石破碎实验，落锤冲击破碎试验被认为是研究岩石破碎特征与能耗规律的有效且符合实际的方法，应用较为广泛。
4.传统的落锤冲击破碎试验将冲击能作为岩石破碎能，但是岩石冲击破碎过程中，一部分冲击能会被承载底座吸收，一部分冲击能消耗于落锤的反弹，实际吸收的能量才是使岩石破碎的有效能量，建立有效破碎能与破碎程度的关系更有实际意义。实用新型专利“一种用于低速冲击测试的测速装置”(cn 103698235 b)论述了通过测试落锤冲击速度和反弹速度得到冲击能和反弹能，进而得到试样吸收的能量，但是该实用新型没有考虑并检测承载底座损耗的能量。因此，需要改进传统的落锤冲击试验装置，创新装置结构，测试落锤冲击破碎岩石过程中承载底座吸收的能量和冲击后锤头反弹的能量，进而准确检测岩石破碎能，降低岩石破碎能耗预测误差。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决上述背景中的问题而提出的一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
7.一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置，包括机架、承载底座、刹车机构、落锤冲击机构、速度与位移测试装置，
8.所述落锤冲击机构安装于机架上，所述承载底座安装于落锤冲击机构下方，所述
速度与位移测试装置安装于机架上承载底座的侧边位置，所述刹车机构套设于机架上；
9.还包括，
10.缓冲机构，所述缓冲机构安装于承载底座底面四角并向下与机架连接，对承载底座支撑与缓冲，并起到能量转化的作用；
11.限位组件，所述缓冲机构对称安装于承载底座两个侧边并向下与机架连接固定，用于调整承载底座平整度，以限制承载底座的反弹对冲击测试加以保护。
12.优选的，所述机架由底板、导柱、顶梁组成，两个所述导柱平行固定于底板上，所述顶梁平行设于底板上方并被导柱支撑连接固定。
13.优选的，所述限位组件包括侧耳、限位孔、限位杆、阻块，两个所述侧耳对称固定于承载底座的侧壁中部，所述限位孔开设于侧耳上，所述限位杆从上方滑动穿过限位孔并与底板固定，所述阻块固定于限位杆顶部。
14.优选的，所述落锤冲击机构包括卷扬机、牵引绳、电磁铁、锤梁、锤头，所述卷扬机固定于顶梁上并与牵引绳连接，所述电磁铁连接固定于牵引绳的底部，所述电磁铁上连接有滑动套设于两个导柱上的导向筒，所述锤梁平行设于承载底座上方并被两个导柱滑动穿过，所述电磁铁活动连接锤梁，所述锤头安装于锤梁底部。
15.优选的，所述刹车机构活动连接在导柱上并与锤梁顶部固定，落锤反弹后刹车启动防止二次冲击。
16.优选的，所述速度与位移测试装置包括位移传感器、刻度尺、光电速度传感器，所述位移传感器安装于承载底座与底板之间，所述刻度尺竖直固定于底板上，所述刻度尺上安装有光电速度传感器，所述光电速度传感器的位置与落锤冲击位置相匹配，以检测落锤冲击速度和反弹速度。
17.优选的，所述缓冲机构包括套管、活塞管，所述套管固定于承载底座底面，所述活塞管固定于底板顶面，所述套管滑动套设于活塞管内部，所述套管内部设有插入活塞管内部的活塞杆，所述活塞杆底端固定有第一活塞，所述活塞管底端固定有弹簧，所述弹簧顶部固定有与第一活塞平行的第二活塞。
18.与现有技术相比，本实用新型提供了一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置，具备以下有益效果：
19.1、本实用新型在承载底座的底部设置了多个均匀设置的高刚度弹簧，在做岩石冲击实验时，承载底座吸收的冲击能被转化成弹性势能，进而通过设置的位移传感器监测数据加以计算，即可得到承载底座损耗能；通过光电传感器测试落锤的反弹速度，计算反弹能，冲击能减去承载底座损耗能和落锤反弹能得到岩石破碎能，使得岩石破碎能的测试结果更接近岩石破碎本身需要的能量。
20.2、本实用新型中，缓冲机构是将承载底座承受的压力转移到套管，由套管压向活塞管中，套管插入活塞管中的活塞杆与第一活塞向下挤压时，会压缩弹簧，可借助弹簧的弹力快速复位，弹力快速复位，可对承载底座损耗能进行计算。同时采用套管与活塞管套接滑动，限制承载底座的摆动，增加实验的精度。
21.3、在承载底座中设置定位组件，其结构由侧耳、限位孔、限位杆、阻块构成，可以对承载底座的运动轨迹进行限定，保证实验前承载底座平整，避免冲击后承载底座向下移动时出现轨迹偏差，保证实验的准确进行。
附图说明
22.图1是本实用新型一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置的结构示意图；
23.图2是本实用新型一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置的限位组件的拆分示意图；
24.图3为一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置缓冲机构的剖视图。
25.图号说明：1、机架；2、承载底座；3、缓冲机构；4、限位组件； 5、侧耳；6、限位孔；7、限位杆；8、阻块；9、位移传感器；10、刻度尺；11、光电速度传感器；12、底板；13、导柱；14、顶梁；15、卷扬机；16、牵引绳；17、电磁铁；18、锤梁；19、锤头；20、刹车机构；21、导向筒；22、套管；23、活塞管；24、活塞杆；25、第一活塞；26、第二活塞；27、弹簧。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.请参阅图1-3，一种中低等加载速率下检测岩石破碎能的落锤冲击装置，包括机架1、承载底座2、刹车机构20、落锤冲击机构、速度与位移测试装置、缓冲机构3、限位组件4，落锤冲击机构安装于机架1上，承载底座2安装于落锤冲击机构下方，速度与位移测试装置安装于机架1上承载底座2的侧边位置，刹车机构20套设于机架 1上；缓冲机构3安装于承载底座2底面四角并向下与机架1连接，对承载底座2支撑与缓冲；缓冲机构3对称安装于承载底座2两个侧边并向下与机架1连接固定，以限定承载底座2的运动轨迹对冲击测试加以保护。
29.本实用新型中，如图1所示，由底板12、导柱13、顶梁14组成了机架1，两个导柱13为平行立于底板12上，两个导柱13顶起顶梁14，承载底座2利用缓冲机构3固定在底板12上两个导柱13之间的位置，安装在顶梁14上的落锤冲击机构向下正对承载底座2。
30.落锤冲击机构包括卷扬机15、牵引绳16、电磁铁17、锤梁18、锤头19，卷扬机15安装在顶梁14的顶部，在顶梁14的中部开孔让卷扬机15连接的牵引绳16穿过，牵引绳16竖直向下固定电磁铁17，电磁铁17活动连接锤梁14，将锤头19安装在锤梁18底部并正对承载底座2，锤梁18两端同时套在导柱13上，利用导柱13限位确保锤梁18竖直下落，避免摆动。
31.速度与位移测试装置包括位移传感器9、刻度尺10、光电速度传感器11，位移传感器9安装在承载底座2上，刻度尺10竖直固定在承载底座2的一侧，将光电速度传感器11安装在刻度尺10上并使其位置与锤头19相对应，通过光电速度传感器11检测落锤冲击试件和反弹时的速度，计算落锤的冲击能和反弹能；根据承载底座2位移传感器9检测冲击后承载底座2下降最大位移，计算冲击时承载底座2 损耗能，冲击能减去反弹能和承载底座2损耗能得到岩石破碎能。
32.本实用新型中，锤梁18顶部安装有刹车机构20，在落锤反弹后刹车机构20启动可防止二次冲击。
33.本实用新型中，如图2所示，限位组件4包括侧耳5、限位孔6、限位杆7、阻块8，侧耳5固定连接承载底座2，限位孔6设于侧耳5 上，限位杆7设于限位孔6内，限位杆7顶端螺纹连接阻块8，限位杆7底端固定连接底板12。
34.限位组件4可以对承载底座2的运动轨迹进行限制，保证实验前承载底座2平整，避免冲击后承载底座2向下移动时出现轨迹偏差，增加对缓冲机构3的保护，确保实验的准确进行。
35.本实用新型中，如图3所示，缓冲机构3包括套管22、活塞管2 3，套管22固定于承载底座2底面，活塞管23固定于底板12顶面，套管22滑动套设于活塞管23内部，套管22内部设有插入活塞管23 内部的活塞杆24，活塞杆24底端固定有第一活塞25，活塞管23底端固定有弹簧27，弹簧27顶部固定有与第一活塞25平行的第二活塞26。
36.缓冲机构3将承载底座2承受的压力转移到套管22，由套管22 压向活塞管23中，套管22插入活塞管23中的活塞杆24与第一活塞 25向下挤压时，会压缩弹簧27，可借助弹簧27的弹力快速复位，利用弹簧27的弹性系数和冲击后承载底座2最大运动位移，对承载底座2损耗能进行计算。另外第一活塞25与第二活塞26平行设置，并预留间隙，在弹簧27达到最大压缩限度时，将实现对活塞管23中空气的压缩，可缓解超载冲击力的破坏，具有较好的缓冲保护。
37.工作原理：使用时，让电磁铁17通电产生磁性对锤梁18进行吸附，启动卷扬机15将锤梁18及锤头19上升至指定的高度，将岩石试件放置在承载底座2上，并使破碎点与锤头19中心对应，使电磁铁17断电，锤梁18及锤头19自由下落，冲击破碎岩石试件，在锤头19反弹时，刹车机构20启动，以防止二次冲击，即可完成岩石的破碎，并根据实验的数据计算岩石的破碎能。
38.本实用新型在岩石破碎能冲击试验中，安装在锤头19上的感应块随其向下运动经过光电速度传感器11时，由光电速度传感器11记录感应时间，通过传感器探头间距和感应时间计算冲击速度，结合锤头19与锤梁18总质量计算冲击能，通过冲击后承载底座2最大运动位移、弹簧27的弹性系数、锤头19与锤梁18重力做功计算承载底座2吸收的能量，即承载底座2损耗能。
39.通过光电速度传感器11检测锤头19与锤梁18反弹时的速度，计算锤头19与锤梁18的反弹能，岩石破碎能为冲击能减去承载底座 2的损耗能和锤头19与锤梁18反弹能。
40.以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。