一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置，包括支托部，支撐部和數據采集部，支撐部一端連接支托部，另一端連接配重；支托部與數據采集部連接。本發明專利技術對煤層厚度及幾何相似比適應范圍廣，可以滿足不同厚度煤層開采的二維平面物理模擬實驗，尤其是對于煤層厚度較薄和小幾何相似比的情況。本發明專利技術采用杠桿結構替代超小型電機和液壓缸提供支護力，大大降低了制造成本，并且結構簡單有利于推廣應用。

【技術實現步驟摘要】
一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置
本專利技術涉及一種二維平面物理模擬實驗用液壓支架及頂板壓力測量裝置，尤其是一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置。
技術介紹
由于地下采礦很難直觀的觀測，因此，二維平面物理模擬實驗是研究煤礦地下開采的一種重要研究手段，并且應用廣泛。二維平面物理模擬實驗需要在考慮幾何、容重、動力等相似比的基礎上進行實驗。由于相似比一般為1:20~1:200，對應的液壓支架也相應的縮小20~200倍，這樣小的液壓支架很難制作，并且成本很高，尤其是當煤層較薄的情況下，更難制造，這從客觀上造成了工作面頂板壓力的測量困難。對于煤礦地下開采來說，研究最多的是支架與頂板的關系，最常用的方法是二維平面物理模擬實驗。目前，在煤礦實際生產中，液壓支架和單體液壓支柱的壓力曲線為先增阻再恒阻，而現有二維平面物理模擬實驗中大部分的支架都是急增阻的，不能真實反映實驗中頂板壓力變化情況。另外，現有二維平面物理模擬實驗用支架也無法實現真實支架“限定變形”和“給定載荷”的工作狀態。為了解決上述急增阻支架無法反應真實支架真實支架工作狀態的情況，研究人員開始研究恒阻支架及壓力測量裝置。目前，對于二維平面物理模擬實驗中的恒阻支架及壓力測量裝置的研究主要有兩類：一種用電機正反轉實現恒阻功能液壓，另一種用小尺寸的液壓缸實現恒阻功能。但是上述裝置存在以下幾個方面的缺點：（1）適應性弱，上述裝置因為液壓缸和電機的尺寸較大在應用上受到極大限制，無法實現小相似比和煤層較薄的的情況；（2）成本高，電機和液壓缸越小制造難度越大，成本越高，甚至達到幾萬元一架；（3）使用困難，裝置的超小型化，使得支柱活量較小，很容易造成難以取出及接頂不實的問題。而在降低制作低成本方面，公開號為CN203412599U的專利“一種用于相似模擬試驗的可伸縮恒阻支架”，提供了一種低成本用于相似模擬試驗的可伸縮恒阻支架，降低了制造成本。但是，該裝置存在以下幾個方面問題：（1）無法實現頂板壓力的測量；（2）模擬定量的板存在接頂不良的問題；（3）存在底部放置困難的問題；（4）支撐的橫杠與支架穩定，造成給頂板提供的支護阻力不穩定；（4）在實際過程中，因前方為觀測區域，平衡號砝碼存在無法放置的問題。針對現有二維平面物理模擬實驗模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置所面臨的問題，二維平面物理模擬實驗各領域的使用者亟需一種經濟、可靠、適用性廣的二維平面物理模擬實驗用恒阻支架及頂板壓力測量裝置。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置，要解決的具體技術問題是在二維平面物理模擬實驗中，如何經濟可靠的模擬恒阻支架支護頂板及頂板壓力測量問題。本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置，包括支托部，支撐部和數據采集部，支撐部一端連接支托部，另一端連接配重；支托部與數據采集部連接；所述支托部由支托頂梁、傳感器托板、調節彈簧、定位桿組成，所述支托頂梁上分別設有兩個定位孔，定位桿穿過定位孔與支托頂梁連接，定位桿上設有調節彈簧，定位桿的頂部設有傳感器托板，傳感器托板上設有傳感器，傳感器的位置通過調節彈簧來調整；所述支撐部包括支撐橫桿、支撐豎桿、支托頂梁連接構件、力矩調價構件及固定裝置，支撐橫桿一端設有長條孔，通過支托頂梁連接構件與支托頂梁連接，另一端通過柔性線連接配重，支撐橫桿中間連接力矩調價構件，力矩調價構件能沿支撐橫桿滑動；支撐橫桿和支撐豎桿通過力矩調價構件垂直連接；所述的支托頂梁連接構件包括調節墊板和蓋板，調節墊板中部設有半圓形凹槽，調節墊板下方設有蓋板，蓋板中部設有半圓形凹槽，調節墊板與蓋板的半圓形凹槽組成的圓形空間內設有軸，支撐橫桿端部與軸連接；所述力矩調價構件包括滑行塊、緊固螺栓、連接銷，滑行塊中部設有長方形孔，支撐橫桿從該長方形孔中穿過，滑行塊能沿支撐橫桿滑動，在滑行塊上部與長方形孔垂直方向設有螺栓孔，滑行塊底部設有U型槽以便于與支撐豎桿連接，U型槽內設有連接銷以固定支撐豎桿；所述固定裝置包括一個長條狀U型鋼材制成的卡座，卡座的截面為U型，U型卡座的底面和兩個平行面上均設有限位孔，支撐豎桿從兩個平行面的限位孔中穿過，U型卡座的底面限位孔內設有支撐豎桿緊固螺栓，U型卡座的端部設有通孔，通孔內設有螺栓，將該固定裝置緊固到二維平面物理模擬實驗臺上；所述的數據采集部由壓力傳感器和數據采集裝置組成。上述方案中，所述支托部的定位桿為伸縮桿，所述傳感器托板上平面的中部設有凸臺，傳感器放置在該凸臺上。上述方案中，所述支撐部的支撐豎桿長度能調節；支撐豎桿由兩節及以上不同尺寸的方形長管和桿組成，各節之間可以相對滑動且可以用限位螺栓固定，支撐豎桿總長度約為2~3個二維平面物理模擬實驗臺所用槽鋼的寬度之和。上述方案中，所述支撐豎桿的頂部為圓弧形，與滑行塊底部的U型槽配合。上述方案中，所述支撐橫桿是長條形薄鋼板。上述方案中，所述支托頂梁連接構件中，調節墊板和蓋板上分別設有螺栓孔，支托頂梁連接構件通過螺栓固定在支托頂梁下方。上述方案中，所述支撐橫桿的端部設有U形槽，支托頂梁連接構件的蓋板的寬度小于該U形槽寬度，軸穿過支撐橫桿的U形槽兩端，并位于調節墊板和蓋板之間。上述方案中，所述的配重為砝碼或者盛裝水或者砂的細長容器。上述方案中，在支撐橫桿與配重連接端，設置連接孔并在尾部開限位槽，方便柔性線連接的同時，減小誤差提高精度。本專利技術中，所述的支托頂梁的寬度根據液壓支架的頂梁長度除以幾何相似比（相似比一般為1:20~1:200）確定，長度與二維平面物理模擬實驗的厚度相等，支托頂梁上與定位桿對應位置鉆有定位孔，定位孔的直徑略大于定位桿的最大直徑。本專利技術提供的一種二維平面物理模擬實驗用液壓支架及頂板壓力測量裝置，與現有裝置相比具有以下的優點和積極效果：（1）本專利技術對煤層厚度及幾何相似比適應范圍廣，可以滿足不同厚度煤層開采的二維平面物理模擬實驗，尤其是對于煤層厚度較薄和小幾何相似比的情況。（2）本專利技術的連接部位都是可調節的，適用于不同厚度的二維平面物理模擬實驗，并且固定后可以提高整個結構的穩定性，使得頂板壓力數據測量準確。（3）本專利技術設置了采用可調力矩的杠桿結構和定位彈簧可以增加接頂及及支柱活量，防止頂板垮落時壓死支架。（4）本專利技術采用杠桿結構替代超小型電機和液壓缸提供支護力，大大降低了制造成本，并且結構簡單有利于推廣應用。附圖說明圖1是本專利技術總裝置的結構示意圖。圖2是支托部的結構示意圖。圖3是支撐部的結構示意圖。圖4是支托頂梁連接構件的結構示意圖。圖5是支托頂梁連接構件與支撐橫桿連接結構示意圖。圖6是力矩調節構件的結構示意圖。圖7是固定裝置的結構示意圖。圖8是總裝置的使用狀態示意圖。圖中：1、支托部；2、支撐部；3、頂板；4、數據采集部；5、定位孔；6、支托頂梁；7、傳感器托板；8、調節彈簧；9、定位桿；10、支撐橫桿；11、支撐豎桿；12、支托頂梁連接構件；13、力矩調節構件；14、固定裝置；15、柔性線；16、配重；17、壓力傳感器；18、數據采集裝置；19、長條孔；20、連接孔；21、限位槽；22、限位螺栓；23、調節墊板；24、軸；25、蓋板；26、滑行塊；27、緊固螺栓；28、連接銷；29、U型槽；30本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置，其特征在于：包括支托部，支撐部和數據采集部，支撐部一端連接支托部，另一端連接配重；支托部與數據采集部連接；所述支托部由支托頂梁、傳感器托板、調節彈簧、定位桿組成，所述支托頂梁上分別設有兩個定位孔，定位桿穿過定位孔與支托頂梁連接，定位桿上設有調節彈簧，定位桿的頂部設有傳感器托板，傳感器托板上設有傳感器，傳感器的位置通過調節彈簧來調整；所述支撐部包括支撐橫桿、支撐豎桿、支托頂梁連接構件、力矩調價構件及固定裝置，支撐橫桿一端設有長條孔，通過支托頂梁連接構件與支托頂梁連接，另一端通過柔性線連接配重，支撐橫桿中間連接力矩調價構件，力矩調價構件能沿支撐橫桿滑動；支撐橫桿和支撐豎桿通過力矩調價構件垂直連接；所述的支托頂梁連接構件包括調節墊板和蓋板，調節墊板中部設有半圓形凹槽，調節墊板下方設有蓋板，蓋板中部設有半圓形凹槽，調節墊板與蓋板的半圓形凹槽組成的圓形空間內設有軸，支撐橫桿端部與軸連接；所述力矩調價構件包括滑行塊、緊固螺栓、連接銷，滑行塊中部設有長方形孔，支撐橫桿從該長方形孔中穿過，滑行塊能沿支撐橫桿滑動，在滑行塊上部與長方形孔垂直方向設有螺栓孔，滑行塊底部設有U型槽以便于與支撐豎桿連接，U型槽內設有連接銷以固定支撐豎桿；所述固定裝置包括一個長條狀U型鋼材制成的卡座，卡座的截面為U型，U型卡座的底面和兩個平行面上均設有限位孔，支撐豎桿從兩個平行面的限位孔中穿過，U型卡座的底面限位孔內設有支撐豎桿緊固螺栓，U型卡座的端部設有通孔，通孔內設有螺栓，將該固定裝置緊固到二維平面物理模擬實驗臺上；所述的數據采集部由壓力傳感器和數據采集裝置組成。...

【技術特征摘要】
1.一種用于模擬煤礦開采的液壓支架及頂板壓力測量裝置，其特征在于：包括支托部，支撐部和數據采集部，支撐部一端連接支托部，另一端連接配重；支托部與數據采集部連接；所述支托部由支托頂梁、傳感器托板、調節彈簧、定位桿組成，所述支托頂梁上分別設有兩個定位孔，定位桿穿過定位孔與支托頂梁連接，定位桿上設有調節彈簧，定位桿的頂部設有傳感器托板，傳感器托板上設有傳感器，傳感器的位置通過調節彈簧來調整；所述支撐部包括支撐橫桿、支撐豎桿、支托頂梁連接構件、力矩調節構件及固定裝置，支撐橫桿一端設有長條孔，通過支托頂梁連接構件與支托頂梁連接，另一端通過柔性線連接配重，支撐橫桿中間連接力矩調節構件，力矩調節構件能沿支撐橫桿滑動；支撐橫桿和支撐豎桿通過力矩調節構件垂直連接；所述的支托頂梁連接構件包括調節墊板和蓋板，調節墊板中部設有半圓形凹槽，調節墊板下方設有蓋板，蓋板中部設有半圓形凹槽，調節墊板與蓋板的半圓形凹槽組成的圓形空間內設有軸，支撐橫桿端部與軸連接；所述力矩調節構件包括滑行塊、緊固螺栓、連接銷，滑行塊中部設有長方形孔，支撐橫桿從該長方形孔中穿過，滑行塊能沿支撐橫桿滑動，在滑行塊上部與長方形孔垂直方向設有螺栓孔，滑行塊底部設有U型槽以便于與支撐豎桿連接，U型槽內設有連接銷以固定支撐豎桿；所述固定裝置包括一個長條狀U型鋼材制成的卡座，卡座的截面為U型，U型卡座的底面和兩個平行面上均設有限位孔，支撐豎桿從兩個平行面的限位孔中穿過，U型卡座的底面限位孔內設有支撐豎桿緊固螺栓，U型卡座的端部設有通孔，通孔內設有螺栓，將該固定裝置緊固到二維平面物理模擬實驗臺上；所述的數據采集部由...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮國瑞，張玉江，郭峰，郭育霞，章敏，白錦文，郭軍，李振，戚庭野，康立勛，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：山西;14