一种露天矿岩石原位试验垂向力施加设备及施力方法

1.本发明涉及一种垂向力施加设备，具体涉及一种露天矿岩石原位试验垂向力施加设备及施力方法。


背景技术：

2.‌
露天矿生产过程中，需要根据矿区岩石的力学性质对矿山开采及矿区排土参数进行及时的调整和修正，以保证露天矿安全高效生产。其中，岩石承载力、抗剪力是两项非常重要的岩石力学性质，其数值测量的准确性对于矿区生产非常重要。在露天场地进行岩石承载力测试、原位剪切试验等工作时，高效施加垂向力是长期以来面临的难题。现阶段采用的静载施加方法费时费力，且存在一定的安全隐患。而现有的动载施加方法与后期应用过程中的实际载荷存在显著的差异，造成岩石力学性质数值测量存在较大偏差。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种露天矿岩石原位试验垂向力施加设备及施力方法，利用杠杆原理和移动平台自重施加垂向力的方法，提高施力准确性。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种露天矿岩石原位试验垂向力施加设备，包括移动平台、回转平台、伸缩臂、吊篮、安全支腿和加压腿；移动平台下设有独立悬挂的车轮且车轮通过液压油缸与移动平台连接，回转平台设置在移动平台，伸缩臂最外侧一节的后端与回转平台铰接，伸缩臂最内侧一节的前端与吊篮连接，伸缩臂最外侧一节与回转平台之间设有调幅油缸；伸缩臂最外侧一节的中部下方设有安全支腿，伸缩臂最外侧一节的前部下方设有滑轨，加压腿的顶端与滑轨滑动连接。
5.进一步的，所述安全支腿与伸缩臂相交为九十度，安全支腿中部的顶端与伸缩臂铰接。
6.进一步的，所述移动平台上表面设有卡座，在设备走行时固定安全支腿和伸缩臂避免晃动。
7.进一步的，所述吊篮底部设有挂钩。
8.进一步的，所述加压腿底端通过球关节与加压盘连接。
9.一种露天矿岩石原位试验垂向力施加设备的施力方法：s1：将施力设备整体移动至测试地点，伸缩臂回转到试样所在方向，沿滑轨调整加压腿至试样正上方，放下加压腿，通过其自带的液压油缸向试样施加垂向载荷，并将数据传回控制中心；s2：施加垂向载荷时，加压腿成为整个设备的中部支点，回转平台和吊篮是两端的载荷，吊篮内的配重根据所需施加初始垂向力的大小进行调整，测试过程中可通过伸缩臂伸出长度的调整连续增大垂向力；s3：移动平台的重量为g，伸缩臂伸出长度为l，加压腿至回转平台的距离为l1，吊篮的载荷为q；则加压腿对试样施加的载荷n为：n=q*l/l1；需要增大垂向载荷时，伸缩臂向
外伸出，伸出量l2，则施加的载荷为：n=q*（l l2）/l1；s4：一个试样力学性质测试完毕后，回收加压腿和伸缩臂，回转平台回正并固定，整个施力设备移动到下一个试验地点进行测试。
10.进一步的，吊篮载荷q和伸缩臂的伸出量l2应满足：n=q≤g*l1/（l l2），此时，施力设备可施加的最大垂向力为g q。
11.进一步的，需要进一步增大垂向载荷时，在移动平台上放置重物增大移动平台的重量。
12.与现有技术相比，本发明利用杠杆原理和移动平台自重施加垂向力的方法，在提高施力准确性的同时，能够最大程度简化施力设备，降低成本；施力设备均取材自露天矿山现有的生产设备或材料，常见且价格低廉，施力设备结构简单，容易生产，且能够有效适用于露天矿山各种作业环境，能够有效降低设备故障率；对试样施加的垂向力方向准确，大小可控，可用于各种类型的原位实验；操作方法简单，数值控制及监测简单易学，降低了对设备使用者的能力要求，同时设备中心位于加载试样一侧，辅助安全腿支撑，避免测试末期试样失效给设备造成的冲击。
附图说明
13.图1为本发明非工作状态结构示意图；图2为本发明工作状态俯视图；图3为本发明工作状态后视图；图4为本发明伸缩臂伸长加压工作状态示意图；图中：0、试样，1、移动平台，2、车轮，3、回转平台，4、伸缩臂，5、吊篮，6、安全支腿，7、加压腿，71、加压盘，8、滑轨，9、调幅油缸，10、卡座。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明作进一步说明。
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1至图3所示，本发明提供一种技术方案：包括移动平台1、回转平台3、伸缩臂4、吊篮5、安全支腿6和加压腿7；移动平台1为轮式行走的平板车，移动平台1下设有独立悬挂的车轮2且车轮2通过液压油缸与移动平台1连接，移动平台1在试验场地停稳后调整液压油缸使移动平台1保持水平状态，这样可以使得施力设备适应起伏不平的地形条件，遇测试区土质松软，轮式板车无法行走时，也可采用推土机牵引板车形式；移动平台1上表面设有卡座10，卡座10与安全支腿6位置对应；回转平台3设置在移动平台1承载中心的位置，回转平台3依靠回转动力系统，可实现水平方向360
°
旋转。
17.伸缩臂4为多级液压柱，一般为3-5节长度相同的液压柱，伸缩臂4最外侧一节的后端与回转平台3铰接，伸缩臂4最内侧一节的前端与吊篮5连接，吊篮5为空心钢结构容器，吊篮5内可放置配重物体，吊篮5底部设有挂钩，可悬挂重物，增加吊篮5整体的重量；伸缩臂4
最外侧一节与回转平台3之间设有调幅油缸9。
18.伸缩臂4最外侧的一节距离回转平台3一侧1/3位置下方设有安全支腿6，安全支腿6为液压柱，底部安装承压板，工作时承压板直接置于地面时可提高其受力面积，转运时也可将承压板通过铰接方式与移动平台1的卡座10连接用以固定安全支腿6，伸缩臂4最外侧的一节前部下方设有滑轨8，滑轨8位于安全支腿6前方，加压腿7的顶端与滑轨8滑动连接，使加压腿7在滑轨8上调节位置，一方面可以降低移动平台1对位的工作量；另一方面在所需垂向力较小的情况下，可以使加压腿7前移；加压腿7底端通过球关节与加压盘71连接，起到均布压力和保护加压腿7的作用；加压腿7伸出量和压力数据实时传输到移动平台的控制面板上。
19.安全支腿6位于加压腿7与回转平台3之间，且安全支腿6与伸缩臂4相交为九十度，安全支腿6中部的顶端与伸缩臂4铰接，安全支腿6除了可以保证能够适用于台阶边缘的承载力测试，同时具有以下三重作用：施力设备在移动过程中，安全支腿6与移动平台1连接，保持整个设备在移动过程中的稳定；测试过程中，安全支腿6支撑在地面上，通过加压腿7的伸出量调整安全支腿6的受力情况；在试样0测试过程中发生试样0破坏时，安全支腿6支撑到地面上，迅速承担原加压腿1承担的载荷，避免设备倾倒。
20.如图1所示，施力设备未开展施力工作时，回转平台3旋转，使得伸缩臂4、吊篮5与移动平台1中线处于一条线上，加压腿7收缩，安全支腿6通过承压板与卡座10螺栓连接，实现整个设备的稳定；此时，施力设备可自主或被牵引整体移动至测试地点。
21.如图2和图3所示，施力设备到达测试地点后，伸缩臂4回转到试样0所在方向，沿滑轨8调整加压腿7至试样0正上方，通过加压油缸伸出放下加压腿7，向试样0施加垂向载荷，并将数据传回控制中心；施加垂向载荷时，加压腿7成为整个设备的中部支点，利用杠杆原理，回转平台3和吊篮5是两端的载荷，吊篮5内的配重根据所需施加初始垂向力的大小进行调整，测试过程中可通过伸缩臂4伸出长度的调整连续增大垂向力；移动平台1的重量为g，伸缩臂4伸出长度为l，加压腿7至回转平台3的距离为l1，吊篮5的载荷为q；则加压腿7对试样0施加的载荷n为：n=q*l/l1；如图4所示，需要增大垂向载荷时，伸缩臂4向外伸出，伸出量l2，则施加的载荷为：n=q*（l l2）/l1。
22.为了避免回转平台3被翘起，并降低整个施力设备的重量，吊篮5载荷q和伸缩臂4的伸出量l2应满足：n=q≤g*l1/（l l2），此时，施力设备可施加的最大垂向力为g q；除了伸长伸缩臂4以外，还可在吊篮5中安装重物增加吊篮5的载荷q；为了不使移动平台1倾翻，吊篮5的载荷q应满足：q≤g*l1/（l-l1）；当吊篮5的载荷q一定时，伸缩臂4的伸出量l2应满足：l2≤g* l1/q-l；需要进一步增大垂向载荷时，可在移动平台1上放置重物，即增大回转平台的重量g；需要较小的垂向载荷时，减少吊篮5配重量，同时安全支腿6伸出支撑在地面上，通过加压腿7液压油缸的伸出量控制载荷。
23.加压作业过程中，伸缩臂4一直保持水平（当所需载荷n＜q*l/l1时除外），其状态通过加压腿7调整；在伸缩臂4上安装水平监测与控制装置，将伸缩臂4的水平状态数据实时传输到回转平台3的控制面板上；一个试样0力学性质测试完毕后，回收加压腿7和伸缩臂4，回转平台4回正并固定，整个施力设备被其他设备拖行到下一个试验地点进行测试。
24.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
25.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。