一种多功能新型相似模拟实验装置

1.本发明属于矿山井下技术领域，具体涉及一种多功能新型相似模拟实验装置。


背景技术：

2.矿山井下生产时易发生煤岩动力灾害，给煤矿安全生产带了极大威胁，而这些灾害事故的发生，均与“围岩-支护”之间的不适应、围岩裂隙发育有关。当设计的支架不能很好的适应采煤工作面时，将会导致支架压架、顶板断裂步距增大，甚至是顶板冒落。
3.现有技术存在以下问题：岩石材料在承受荷载时，其内部将产生局部应力集中，当达到其临界破裂强度时，会发生煤岩体的损伤破裂，当围岩裂隙发育时，极易发生瓦斯突出、裂隙带导水，甚至是瓦斯爆炸和突水事故发生。所以研究“围岩-支护”关系、围岩裂隙发育，对指导煤矿安全生产有重要意义，缺乏一种岩石材料承载相似模拟实验装置，不利于对矿山井下围岩、支护之间的实际承载。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种多功能新型相似模拟实验装置，具有方便模拟实验的特点。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能新型相似模拟实验装置，包括岩层承载施力组件，所述岩层承载施力组件顶推滑动设置在模拟实验机架组件上，且岩层承载施力组件上齿动设置有第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件，所述第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件呈对称结构设置在岩层承载施力组件上；
6.所述岩层承载施力组件包括承载施力中间架台，所述承载施力中间架台两端均通过转动轴杆和轴承座转动设置在l型支撑端架板上，所述转动轴杆端部固定设置有换位盘，所述l型支撑端架板顶部设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴上设置有拨动轮，所述l型支撑端架板上开设有端架板滑孔，所述承载施力中间架台一侧的两端均通过l型固定端板固定设置有c型滑动座管，且承载施力中间架台后端设置有第一电机，所述第一电机的动力输出轴上设置有驱动齿轮，所述拨动轮上开设有拨动槽，所述拨动槽的中线处固定设置有拨动臂，所述拨动臂端部固定设置有拨动杆，所述换位盘上开设有多个拨动槽和限位槽。
7.优选的，所述第一岩层施力桩组件包括岩层施力桩齿臂板，所述岩层施力桩齿臂板底部通过加强筋板固定设置有岩层施力端台，所述岩层施力端台上固定设置有岩层施力桩头，所述岩层施力桩齿臂板背部固定设置有t型滑块；
8.所述模拟实验机架组件包括实验机架底台和实验机架顶台，所述实验机架底台和实验机架顶台之间的两端均固定设置有机架座滑杆，所述机架座滑杆两端分别套设有第二顶推弹簧和第一顶推弹簧，所述实验机架底台两端均固定设置有l型底部限位台，所述实验机架顶台两端均固定设置有l型顶部限位台。
9.优选的，所述第二岩层施力桩组件的结构与第一岩层施力桩组件的结构一致，所
述第二岩层施力桩组件和第一岩层施力桩组件之间的顶部和底部颠倒。
10.优选的，所述岩层施力桩齿臂板后端的t型滑块在岩层承载施力组件上的c型滑动座管内上下滑动，且岩层施力桩齿臂板与驱动齿轮齿合，所述第二岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的安装方式与第一岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的安装方式一致，所述第二岩层施力桩组件和第一岩层施力桩组件分别与驱动齿轮的两侧齿体齿合。
11.优选的，所述岩层承载施力组件两端的两个l型支撑端架板均通过端架板滑孔在机架座滑杆上贯穿滑动，所述l型底部限位台的两端分别抵触在实验机架底台和l型支撑端架板上，所述第二顶推弹簧的两端分别抵触在实验机架顶台和l型支撑端架板上。
12.优选的，多个所述拨动槽和多个限位槽在换位盘上间隔式分布，所述拨动轮通过限位槽限位在换位盘内，所述拨动杆通过拨动槽拨动换位盘。
13.优选的，不同材质或同一材质的多个岩层样本分别放置在所述实验机架底台上的两个l型底部限位台内和实验机架顶台上的两个l型顶部限位台内。
14.优选的，所述第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的同步齿动形成对顶部和底部岩层样本的同步承载受力施压。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用时，岩层承载施力组件上齿动设置有第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件，第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件呈对称结构设置在岩层承载施力组件上，此时岩层施力桩齿臂板后端的t型滑块在岩层承载施力组件上的c型滑动座管内上下滑动，且岩层施力桩齿臂板与驱动齿轮齿合，第二岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的安装方式与第一岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的安装方式一致，第二岩层施力桩组件和第一岩层施力桩组件分别与驱动齿轮的两侧齿体齿合，第二岩层施力桩组件的结构与第一岩层施力桩组件的结构一致，第二岩层施力桩组件和第一岩层施力桩组件之间的顶部和底部颠倒，此时通过驱动齿轮的转动，可带动第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件的同步升降动作，此时不同材质或同一材质的多个岩层样本分别放置在实验机架底台上的两个l型底部限位台内和实验机架顶台上的两个l型顶部限位台内，第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件在岩层承载施力组件上的同步齿动形成对顶部和底部岩层样本的同步承载受力施压，模拟受力和施力之间的相互作用，通过此种方式，实现对岩层材料的承载施力，从而模拟矿井下围岩、支护之间的实际承载能力，同时岩层承载施力组件两端的两个l型支撑端架板均通过端架板滑孔在机架座滑杆上贯穿滑动，l型底部限位台的两端分别抵触在实验机架底台和l型支撑端架板上，第二顶推弹簧的两端分别抵触在实验机架顶台和l型支撑端架板上，通过此种结构，可以实现岩层承载施力组件在模拟实验机架组件上的上下顶推活动，因为岩层材料厚度不一，上下放置材料的厚度不一，而第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件是同步动作的，如果厚度不一样，第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件不能同步接触到顶部和底部的岩层材料，导致模拟实验失败或不精确，通过岩层承载施力组件在模拟实验机架组件上的上下顶推活动，可以实现岩层承载施力组件随着第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件同步动作时的自动上下调整，方便第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件同步接触到顶部和底部的岩层材料，进而保证后续承载施力的有效性，转动轴杆端部固定设置有换位盘，l型支撑端架板顶部设置有第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴上设置有拨动轮，拨动轮通过限位槽限位在换位盘内，拨动杆通过拨动槽拨动换位盘，通过换位盘和拨
动轮的配合，可以实现第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件施力倾斜度的调节，同时多个拨动槽和多个限位槽在换位盘上间隔式分布，通过此种方式，可以实现多个倾斜度的调节，模拟不同角度上的施力和承载之间的关系，同时这种角度调节方式，便捷且准确。
附图说明
16.图1为本发明的立体图；
17.图2为本发明另一视角的立体图；
18.图3为本发明的爆炸图；
19.图4为本发明岩层承载施力组件、第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件的立体图；
20.图5为本发明岩层承载施力组件的立体图；
21.图6为本发明岩层承载施力组件的爆炸图；
22.图7为本发明第一岩层施力桩组件和第二岩层施力桩组件的立体图；
23.图8为本发明模拟实验机架组件的立体图；
24.图中：100、岩层承载施力组件；101、承载施力中间架台；102、第一电机；103、驱动齿轮；104、l型固定端板；105、c型滑动座管；106、转动轴杆；107、l型支撑端架板；108、端架板滑孔；109、第二驱动电机；110、拨动轮；111、换位盘；112、拨动槽；113、限位槽；114、拨动槽；115、拨动臂；116、拨动杆；200、第一岩层施力桩组件；201、岩层施力桩齿臂板；202、t型滑块；203、加强筋板；204、岩层施力端台；205、岩层施力桩头；300、第二岩层施力桩组件；400、模拟实验机架组件；401、实验机架底台；402、l型底部限位台；403、机架座滑杆；404、第一顶推弹簧；405、第二顶推弹簧；406、实验机架顶台；407、l型顶部限位台。
具体实施方式
25.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。
26.请参阅图1-8，本发明提供以下技术方案：一种多功能新型相似模拟实验装置，包括岩层承载施力组件100，岩层承载施力组件100顶推滑动设置在模拟实验机架组件400上，且岩层承载施力组件100上齿动设置有第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300，第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300呈对称结构设置在岩层承载施力组件100上；
27.岩层承载施力组件100包括承载施力中间架台101，承载施力中间架台101两端均通过转动轴杆106和轴承座转动设置在l型支撑端架板107上，转动轴杆106端部固定设置有换位盘111，l型支撑端架板107顶部设置有第二驱动电机109，第二驱动电机109的输出轴上设置有拨动轮110，l型支撑端架板107上开设有端架板滑孔108，承载施力中间架台101一侧的两端均通过l型固定端板104固定设置有c型滑动座管105，且承载施力中间架台101后端设置有第一电机102，第一电机102的动力输出轴上设置有驱动齿轮103，拨动轮110上开设有拨动槽114，拨动槽114的中线处固定设置有拨动臂115，拨动臂115端部固定设置有拨动
杆116，换位盘111上开设有多个拨动槽112和限位槽113。
28.本实施例中，优选的，第一岩层施力桩组件200包括岩层施力桩齿臂板201，岩层施力桩齿臂板201底部通过加强筋板203固定设置有岩层施力端台204，岩层施力端台204上固定设置有岩层施力桩头205，岩层施力桩齿臂板201背部固定设置有t型滑块202；
29.模拟实验机架组件400包括实验机架底台401和实验机架顶台406，实验机架底台401和实验机架顶台406之间的两端均固定设置有机架座滑杆403，机架座滑杆403两端分别套设有第二顶推弹簧405和第一顶推弹簧404，实验机架底台401两端均固定设置有l型底部限位台402，实验机架顶台406两端均固定设置有l型顶部限位台407。
30.本实施例中，优选的，第二岩层施力桩组件300的结构与第一岩层施力桩组件200的结构一致，第二岩层施力桩组件300和第一岩层施力桩组件200之间的顶部和底部颠倒。
31.本实施例中，优选的，岩层施力桩齿臂板201后端的t型滑块202在岩层承载施力组件100上的c型滑动座管105内上下滑动，且岩层施力桩齿臂板201与驱动齿轮103齿合，第二岩层施力桩组件300在岩层承载施力组件100上的安装方式与第一岩层施力桩组件200在岩层承载施力组件100上的安装方式一致，第二岩层施力桩组件300和第一岩层施力桩组件200分别与驱动齿轮103的两侧齿体齿合。
32.本实施例中，优选的，岩层承载施力组件100两端的两个l型支撑端架板107均通过端架板滑孔108在机架座滑杆403上贯穿滑动，l型底部限位台402的两端分别抵触在实验机架底台401和l型支撑端架板107上，第二顶推弹簧405的两端分别抵触在实验机架顶台406和l型支撑端架板107上。
33.本实施例中，优选的，多个拨动槽112和多个限位槽113在换位盘111上间隔式分布，拨动轮110通过限位槽113限位在换位盘111内，拨动杆116通过拨动槽112拨动换位盘111。
34.本实施例中，优选的，不同材质或同一材质的多个岩层样本分别放置在实验机架底台401上的两个l型底部限位台402内和实验机架顶台406上的两个l型顶部限位台407内。
35.本实施例中，优选的，第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300在岩层承载施力组件100上的同步齿动形成对顶部和底部岩层样本的同步承载受力施压。
36.本发明的工作原理及使用流程：本发明使用时，岩层承载施力组件100上齿动设置有第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300，第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300呈对称结构设置在岩层承载施力组件100上，此时岩层施力桩齿臂板201后端的t型滑块202在岩层承载施力组件100上的c型滑动座管105内上下滑动，且岩层施力桩齿臂板201与驱动齿轮103齿合，第二岩层施力桩组件300在岩层承载施力组件100上的安装方式与第一岩层施力桩组件200在岩层承载施力组件100上的安装方式一致，第二岩层施力桩组件300和第一岩层施力桩组件200分别与驱动齿轮103的两侧齿体齿合，第二岩层施力桩组件300的结构与第一岩层施力桩组件200的结构一致，第二岩层施力桩组件300和第一岩层施力桩组件200之间的顶部和底部颠倒，此时通过驱动齿轮103的转动，可带动第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300的同步升降动作，此时不同材质或同一材质的多个岩层样本分别放置在实验机架底台401上的两个l型底部限位台402内和实验机架顶台406上的两个l型顶部限位台407内，第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300在岩层承载施力组件100上的同步齿动形成对顶部和底部岩层样本的同步承载受力施压，
模拟受力和施力之间的相互作用，通过此种方式，实现对岩层材料的承载施力，从而模拟矿井下围岩、支护之间的实际承载能力，模拟实验完毕后，将岩层样本取下，放在x射线下进行探伤或内部结构的观察，同时岩层承载施力组件100两端的两个l型支撑端架板107均通过端架板滑孔108在机架座滑杆403上贯穿滑动，l型底部限位台402的两端分别抵触在实验机架底台401和l型支撑端架板107上，第二顶推弹簧405的两端分别抵触在实验机架顶台406和l型支撑端架板107上，通过此种结构，可以实现岩层承载施力组件100在模拟实验机架组件400上的上下顶推活动，因为岩层材料厚度不一，上下放置材料的厚度不一，而第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300是同步动作的，如果厚度不一样，第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300不能同步接触到顶部和底部的岩层材料，导致模拟实验失败或不精确，通过岩层承载施力组件100在模拟实验机架组件400上的上下顶推活动，可以实现岩层承载施力组件100随着第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300同步动作时的自动上下调整，方便第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300同步接触到顶部和底部的岩层材料，进而保证后续承载施力的有效性，转动轴杆106端部固定设置有换位盘111，l型支撑端架板107顶部设置有第二驱动电机109，第二驱动电机109的输出轴上设置有拨动轮110，拨动轮110通过限位槽113限位在换位盘111内，拨动杆116通过拨动槽112拨动换位盘111，通过换位盘111和拨动轮110的配合，可以实现第一岩层施力桩组件200和第二岩层施力桩组件300施力倾斜度的调节，同时多个拨动槽112和多个限位槽113在换位盘111上间隔式分布，通过此种方式，可以实现多个倾斜度的调节，模拟不同角度上的施力和承载之间的关系，同时这种角度调节方式，便捷且准确。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。