一種三角脈沖載荷發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種三角脈沖載荷發(fā)生器，包括加載單元和卸載單元；加載單元包括活塞和設(shè)有進(jìn)氣口和卸氣口的油缸，所述活塞滑動(dòng)設(shè)置在油缸內(nèi)；所述卸載單元包括側(cè)壁設(shè)有卸載孔的缸筒、卸載活塞以及調(diào)節(jié)彈簧，所述缸筒一端與卸氣口對(duì)接，所述卸載活塞滑動(dòng)地設(shè)于缸筒中，并通過調(diào)節(jié)彈簧與缸筒的另一端相接，當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)卸載活塞的周側(cè)封堵所述卸載孔有益效果：準(zhǔn)確有效地模擬了爆炸沖擊過程對(duì)深部巖體及開挖隧道的擾動(dòng)。
【專利說明】
一種三角脈沖載荷發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及受力狀態(tài)的模擬裝置，尤其涉及一種三角脈沖載荷發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]淺埋或者深埋的爆炸物爆炸后，爆炸載荷經(jīng)過巖土介質(zhì)向爆炸遠(yuǎn)區(qū)傳播，隨著時(shí)間和距離的增加不斷衰減，對(duì)于某處所受爆炸載荷的沖擊會(huì)從峰值降低為零，爆炸載荷的作用力大致呈三角脈沖狀態(tài)。
[0003]爆炸對(duì)建筑和工程的影響是相關(guān)工程技術(shù)人員尤為關(guān)注，因?yàn)樗婕敖ㄖ凸こ痰陌踩珕栴}，例如爆炸對(duì)深部巖體隧道開挖的影響。為此相關(guān)工程技術(shù)人員想通過模擬試驗(yàn)來了解爆炸所產(chǎn)生的影響，但是在模擬試驗(yàn)中若采用爆炸方法來產(chǎn)生爆炸載荷會(huì)使得模擬試驗(yàn)變得十分危險(xiǎn)，因此提供安全、可控且精確的模擬爆炸載荷作用力的發(fā)生器變得十分迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種安全可控且精確模擬爆炸載荷作用力的三角脈沖載荷發(fā)生器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的用于模擬深部巖體爆炸擾動(dòng)的三角脈沖載荷發(fā)生器，包括加載單元和卸載單元;加載單元包括活塞和設(shè)有進(jìn)氣口和卸氣口的油缸，所述活塞滑動(dòng)設(shè)置在油缸內(nèi)；所述卸載單元包括側(cè)壁設(shè)有卸載孔的缸筒、卸載活塞以及調(diào)節(jié)彈簧，所述缸筒一端與卸氣口對(duì)接，所述卸載活塞滑動(dòng)地設(shè)于缸筒中，并通過調(diào)節(jié)彈簧與缸筒的另一端相接，當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)卸載活塞的周側(cè)封堵所述卸載孔;加載單元通過向進(jìn)氣口注入高壓空氣，推動(dòng)活塞擠壓油液，卸載單元在油缸內(nèi)氣壓升高時(shí)，通過被高壓氣體推擠的卸載活塞打開卸載孔形成通路排出氣體，當(dāng)氣壓降低時(shí)，卸載活塞在調(diào)節(jié)彈簧的作用下復(fù)位封堵卸載孔。
[000?]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述加載單元還包括螺母，所述活塞的活塞桿伸出所述油缸外旋接所述螺母，使活塞的行程限定在螺母與油缸之間的間距之間。
[0007]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述卸載單元還包括一定位套，所述缸筒沿軸向依次設(shè)有相互連通的調(diào)節(jié)活塞腔、卸載活塞腔和定位套腔，且卸載活塞腔設(shè)有卸載孔，所述調(diào)節(jié)活塞腔的開口端連接在所述油缸的卸氣口上，調(diào)節(jié)活塞、卸載活塞和定位套分別對(duì)應(yīng)地置于調(diào)節(jié)活塞腔、卸載活塞腔和定位套腔中，且調(diào)節(jié)活塞的活塞桿伸入到卸載活塞腔與卸載活塞連接，調(diào)節(jié)彈簧穿套在卸載活塞的活塞桿上，并將卸載活塞壓向調(diào)節(jié)活塞腔和卸載活塞腔之間的連通孔，卸載活塞連接的活塞桿伸入到定位套腔中，與該腔中的定位套連接。
[0008]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，還包括一個(gè)用于定位定位套的定位單元，定位單元包括定位銷與定位彈簧，定位套腔的腔壁上設(shè)有銷釘孔，定位銷置于銷釘孔中，定位彈簧穿套在定位銷上，并將定位銷一端壓觸在定位套外圓周側(cè)面上，在卸載活塞帶動(dòng)定位套軸向移動(dòng)而使定位孔移動(dòng)至定位銷位置時(shí)，定位銷嵌入該定位孔中，而使卸載活塞軸向定位。
[0009]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述缸筒由相互連接的第一缸筒和第二缸筒組成。
[0010]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述第一缸筒的內(nèi)腔沿軸向設(shè)有相互連通的所述調(diào)節(jié)活塞腔和第一卸載活塞腔，且所述卸載孔設(shè)置在第一卸載活塞腔的腔壁上。
[0011]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述第二缸筒的內(nèi)腔沿軸向設(shè)有相互連通的第二卸載活塞腔和所述定位套腔。
[0012]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，第一卸載活塞腔和第二卸載活塞腔的對(duì)應(yīng)端通過螺紋連接使該兩腔相互結(jié)合，形成閉合的所述卸載活塞腔。
[0013]所述三角脈沖載荷發(fā)生器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述卸載活塞端部設(shè)有圓錐面，所述連通孔的孔壁設(shè)有與所述圓錐面相適配的內(nèi)圓錐面，在調(diào)節(jié)彈簧的作用下，卸載活塞端部的圓錐面緊壓在連通孔內(nèi)的內(nèi)圓錐面上。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:用液壓油缸和活塞產(chǎn)生的三角形液壓力脈沖來模擬爆炸載荷，可準(zhǔn)確、有效地模擬爆炸沖擊過程對(duì)深部巖體及開挖隧道的擾動(dòng)，并且整個(gè)模擬試驗(yàn)十分安全，同時(shí)模擬爆炸的效果可控制。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明三角脈沖載荷發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是加載單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是卸載單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是三角脈沖載荷發(fā)生器產(chǎn)生的液壓脈沖示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明三角脈沖載荷發(fā)生器設(shè)置在承載架頂板上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，加載單元I，油缸11，進(jìn)氣口 111，卸氣口 112，活塞12，螺母13，卸載單元2，缸筒21，第一缸筒21a，第二缸筒21b，調(diào)節(jié)活塞腔211，卸載活塞腔212，第一卸載活塞腔212a，第二卸載活塞腔212b，卸載孔2121，定位套腔213，銷釘孔2131，連通孔219，調(diào)節(jié)活塞22，卸載活塞23，調(diào)節(jié)彈簧24，定位套25，定位銷26，定位彈簧27，頂板3，外側(cè)板31，連接孔311，內(nèi)側(cè)板32，儲(chǔ)液槽321，通孔322，傳力薄板33。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1、圖2，三角脈沖載荷發(fā)生器包括加載單I和卸載單元2。加載單元I包括螺母13、活塞12和設(shè)有進(jìn)氣口和卸氣口的油缸11，活塞12滑動(dòng)設(shè)置在油缸11中，且該活塞的活塞桿伸出所述油缸外旋接所述螺母13，螺母13旋接于活塞桿的位置與活塞12的運(yùn)動(dòng)行程直接關(guān)聯(lián)，活塞的行程被限定在螺母與油缸之間的間距內(nèi)。在對(duì)應(yīng)于油缸11活塞桿一端的兩周向位置上分別設(shè)有沿徑向分布的一對(duì)進(jìn)氣口(圖中未畫出)和一對(duì)卸氣口 112，而油缸11的活塞端與外側(cè)板141上的通孔322連通。
[0022]如圖3，卸載單元2包括缸筒21、調(diào)節(jié)活塞22、卸載活塞23、調(diào)節(jié)彈簧24、定位套25、定位銷26和定位彈簧27。缸筒21沿軸向依次設(shè)有相互連通的調(diào)節(jié)活塞腔211、卸載活塞腔212和定位套腔213，且卸載活塞腔212和定位套腔213的周向腔壁上分別對(duì)應(yīng)地設(shè)有卸載孔2121和銷釘孔2131。調(diào)節(jié)活塞腔211的開口端連接在油缸11的卸氣口 112上。調(diào)節(jié)活塞23、卸載活塞24和定位套25分別對(duì)應(yīng)地置于調(diào)節(jié)活塞腔211、卸載活塞腔212和定位套腔213中。且調(diào)節(jié)活塞，22的活塞桿伸入到卸載活塞腔212與卸載活塞23連接。調(diào)節(jié)彈簧24穿套在卸載活塞23的活塞桿上，其一端抵觸在卸載活塞23上，另一端抵觸在卸載活塞腔212的腔壁上，將卸載活塞23壓向調(diào)節(jié)活塞腔和卸載活塞腔之間的連通孔219。卸載活塞的活塞桿伸入到定位套腔213中.定位套25連接在伸入至該腔中的卸載活塞23的活塞桿上。定位彈簧27和定位銷26置于銷釘孔32131中，銷釘孔32131對(duì)應(yīng)于外側(cè)一端設(shè)有內(nèi)螺紋，一螺釘旋接在銷釘孔28的外側(cè)端，且端部壓觸在定位彈簧的一端，定位彈簧27的另一端推壓定位銷26，使定位銷26—端壓觸在定位套25外圓周側(cè)面上，在卸載活塞23帶動(dòng)定位套25軸向移動(dòng)而使定位孔28移動(dòng)至定位銷位置時(shí)，定位銷嵌入該定位孔28中，而使卸載活塞軸25向定位。
[0023]為模擬爆炸地對(duì)深部巖體的擾動(dòng)，將本發(fā)明設(shè)置三角脈沖載荷發(fā)生器放置于深部巖體試件試驗(yàn)臺(tái)架上的頂板3的外側(cè)。頂板為一個(gè)組合體，它主要由外側(cè)板31、內(nèi)側(cè)板32和傳力薄板33組成，連接孔311設(shè)置在外側(cè)板31上，而在內(nèi)側(cè)板32上設(shè)置儲(chǔ)液槽321，該儲(chǔ)液槽321的槽底均布有若干通孔322，傳力薄板33密封連接在儲(chǔ)液槽321的槽底端，從而成為承載架空腔的一腔壁。外側(cè)板31封蓋在內(nèi)側(cè)板32上，兩者通過緊固件進(jìn)行密封連接。因此，內(nèi)側(cè)板上的儲(chǔ)液槽經(jīng)外側(cè)板31的封蓋而形成所述儲(chǔ)液腔321。
[0024]上述三角脈沖載荷發(fā)生器3通過油缸11上的進(jìn)氣口111與壓縮空氣站(未畫出)相連，壓縮空氣站在瞬間向三角脈沖載荷發(fā)生器提供高壓氣，該高壓氣通過管道由進(jìn)氣口 111進(jìn)入油缸11中，活塞12受高壓氣流沖擊快速向下運(yùn)動(dòng)，以移動(dòng)所需時(shí)間為t升的一段行程，此間對(duì)油缸11及與該油缸連通的儲(chǔ)液腔321中的液體形成不斷增加的壓力，直至峰值Pf，而液體的不可壓縮特性，將所受到壓力反作用于活塞12，使活塞12向上運(yùn)動(dòng)，而使活塞上部的空氣受到壓縮，氣壓加大，當(dāng)壓力大于調(diào)節(jié)彈簧24施加在卸載活塞23上的壓力時(shí)，卸載活塞23向右運(yùn)動(dòng)，不再壓觸在連通孔219上，連通孔219被打開，高壓氣體從連通孔219中泄出，而隨卸載活塞23同時(shí)向右側(cè)運(yùn)動(dòng)的定位套，其上定位孔在移動(dòng)到定位銷位置時(shí)，定位銷嵌入該定位孔中，使卸載活塞被軸向定位，連通孔219保持打開狀態(tài)，高壓氣體將全部從該連通孔中泄出，氣體的作用力在t降時(shí)間段內(nèi)由峰值Pf減弱至零，至此形成一個(gè)峰值壓力為Pf的動(dòng)態(tài)三角形液壓脈沖載荷，請(qǐng)參見圖4，用以模擬爆炸地沖擊擾動(dòng)。該液壓脈沖載荷通過形成儲(chǔ)液腔的儲(chǔ)液槽槽底均布的連接孔311而作用于傳力薄板33上，傳力薄板33將該液壓脈沖載荷的震動(dòng)波傳遞到試件5上。
[0025]如圖4，由三角脈沖載荷發(fā)生器形成的三角形液壓脈沖載荷，其峰值壓力Pf是可以調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)活塞22的運(yùn)動(dòng)行程來實(shí)現(xiàn)，而該行程的調(diào)節(jié)的是通過調(diào)節(jié)螺母13在活塞12的活塞桿上的位置來實(shí)現(xiàn)的。螺母33在活塞桿上的不同位置，形成與油缸缸壁不同的間距，從而限制了活塞12的不同運(yùn)動(dòng)行程，因此本發(fā)明中的三角脈沖載荷發(fā)生器對(duì)峰值壓力Pf的調(diào)節(jié)是十分方便的。
[0026]本發(fā)明在儲(chǔ)液腔321設(shè)置一個(gè)均布通孔322的槽底，相當(dāng)于一個(gè)濾波器，使液壓脈沖經(jīng)由通孔322向傳力薄板33傳遞，以對(duì)液壓脈沖進(jìn)行波形整理，使之通過均布的通孔均衡地施加到傳力薄板33上。
[0027]為了使對(duì)上述卸載單元2中的調(diào)節(jié)彈簧24的彈力可調(diào)節(jié)，缸筒21做成組合式，該缸筒由第一缸筒21和第二缸筒22沿軸向螺紋連接形成，其中的卸載活塞腔212由分設(shè)在第一、二缸筒上的第一、二卸載活塞腔212a、212b組合形成。調(diào)節(jié)活塞腔211和第一卸載活塞腔212a沿軸向且相互連通地設(shè)置在第一缸筒21a內(nèi)腔，第二卸載活塞腔212b和定位套腔313沿軸向且相互連通地設(shè)置在第二缸筒22內(nèi)腔，第一缸筒上的第一卸載活塞腔和第二缸筒上的第二卸載活塞腔的對(duì)應(yīng)端通過螺紋連接使該兩腔相互結(jié)合，形成閉合的卸載活塞腔212，卸載活塞腔212的長(zhǎng)度可通過兩缸筒的螺紋連接進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過對(duì)卸載活塞腔212的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)來改變對(duì)調(diào)節(jié)彈簧24的壓縮量，使之產(chǎn)生不同的彈力。
[0028]調(diào)節(jié)彈簧24的彈力作用在卸載活塞23上，使之緊壓在調(diào)節(jié)活塞腔和卸載活塞腔之間的連通孔219上。為了使卸載活塞23與連通孔219實(shí)現(xiàn)很好的密封連接，卸載活塞端部設(shè)計(jì)成圓錐面，而連通孔219對(duì)應(yīng)孔壁設(shè)計(jì)成與之與該圓錐面相適配的內(nèi)圓錐面，在調(diào)節(jié)彈簧的作用下，卸載活塞端部的圓錐面將緊壓在連通孔219內(nèi)的內(nèi)圓錐面上，可大大提高密封性能，保證活塞上部空腔的氣體被密封隔斷于卸載活塞腔之外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述三角脈沖載荷發(fā)生器包括加載單元和卸載單元;加載單元包括活塞和設(shè)有進(jìn)氣口和卸氣口的油缸，所述活塞滑動(dòng)設(shè)置在油缸內(nèi)；所述卸載單元包括側(cè)壁設(shè)有卸載孔的缸筒、卸載活塞以及調(diào)節(jié)彈簧，所述缸筒一端與卸氣口對(duì)接，所述卸載活塞滑動(dòng)地設(shè)于缸筒中，并通過調(diào)節(jié)彈簧與缸筒的另一端相接，當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧處于自由狀態(tài)時(shí)卸載活塞的周側(cè)封堵所述卸載孔;加載單元通過向進(jìn)氣口注入高壓空氣，推動(dòng)活塞擠壓油液，卸載單元在油缸內(nèi)氣壓升高時(shí)，通過被高壓氣體推擠的卸載活塞打開卸載孔形成通路排出氣體，當(dāng)氣壓降低時(shí)，卸載活塞在調(diào)節(jié)彈簧的作用下復(fù)位封堵卸載孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述加載單元還包括螺母，所述活塞的活塞桿伸出所述油缸外旋接所述螺母，使活塞的行程限定在螺母與油缸之間的間距之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述卸載單元還包括一定位套，所述缸筒沿軸向依次設(shè)有相互連通的調(diào)節(jié)活塞腔、卸載活塞腔和定位套腔，且卸載活塞腔設(shè)有卸載孔，所述調(diào)節(jié)活塞腔的開口端連接在所述油缸的卸氣口上，調(diào)節(jié)活塞、卸載活塞和定位套分別對(duì)應(yīng)地置于調(diào)節(jié)活塞腔、卸載活塞腔和定位套腔中，且調(diào)節(jié)活塞的活塞桿伸入到卸載活塞腔與卸載活塞連接，調(diào)節(jié)彈簧穿套在卸載活塞的活塞桿上，并將卸載活塞壓向調(diào)節(jié)活塞腔和卸載活塞腔之間的連通孔，卸載活塞連接的活塞桿伸入到定位套腔中，與該腔中的定位套連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:還包括一個(gè)用于定位定位套的定位單元，定位單元包括定位銷與定位彈簧，定位套腔的腔壁上設(shè)有銷釘孔，定位銷置于銷釘孔中，定位彈簧穿套在定位銷上，并將定位銷一端壓觸在定位套外圓周側(cè)面上，在卸載活塞帶動(dòng)定位套軸向移動(dòng)而使定位孔移動(dòng)至定位銷位置時(shí)，定位銷嵌入該定位孔中，而使卸載活塞軸向定位。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述缸筒由相互連接的第一缸筒和第二缸筒組成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述第一缸筒的內(nèi)腔沿軸向設(shè)有相互連通的所述調(diào)節(jié)活塞腔和第一卸載活塞腔，且所述卸載孔設(shè)置在第一卸載活塞腔的腔壁上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于所述第二缸筒的內(nèi)腔沿軸向設(shè)有相互連通的第二卸載活塞腔和所述定位套腔。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于第一卸載活塞腔和第二卸載活塞腔的對(duì)應(yīng)端通過螺紋連接使該兩腔相互結(jié)合，形成閉合的所述卸載活塞腔。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三角脈沖載荷發(fā)生器，其特征在于:所述卸載活塞端部設(shè)有圓錐面，所述連通孔的孔壁設(shè)有與所述圓錐面相適配的內(nèi)圓錐面，在調(diào)節(jié)彈簧的作用下，卸載活塞端部的圓錐面緊壓在連通孔內(nèi)的內(nèi)圓錐面上。
【文檔編號(hào)】F15B15/14GK205478642SQ201620022925
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日
【發(fā)明人】李 杰, 高康華, 王明洋, 盧浩, 黃建偉, 隨亞光, 馬林建, 邱艷宇, 范鵬賢
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍理工大學(xué)