[发明专利]一种适用于大型三维物理模型试验的滚动摩擦减摩器

说明书

一种适用于大型三维物理模型试验的滚动摩擦减摩器，包括压头转接板、微动芯体、芯体外套、模型试样压板及减摩滚珠；微动芯体位于芯体外套内，微动芯体一端延伸至芯体外套外侧，微动芯体外伸端与压头转接板相固连，减摩滚珠安装在微动芯体另一端且可自由转动，模型试样压板固装在芯体外套上，减摩滚珠位于微动芯体与模型试样压板之间；在减摩滚珠侧方设有复位弹簧，复位弹簧位于微动芯体的弹簧安装槽内，复位弹簧外端连接有支撑杆，支撑杆外端设有可自由转动的随动滚珠，随动滚珠在复位弹簧的弹簧力作用下与模型试样压板顶靠接触。本发明可在模型试样与作动器压头之间建立起滚动摩擦减摩层，有效保证了模型试样与作动器压头之间的减摩效果。

技术领域

本发明属于大型三维物理模型试验技术领域，特别是涉及一种适用于大型三维物理模型试验的滚动摩擦减摩器。

背景技术

目前，深部矿体开采过程中涉及的工程岩体尺度都是“千米”级的，工程岩体的局部破坏尺度也达到“米”级，但传统的室内岩体力学试验中采用的岩石试样都是“厘米”级的，岩石试样的破坏尺度仅为“毫米”级，因此，传统的室内岩体力学试验难以真实揭示现场原位的工程地质破坏现象，也难以精准的预测施工过程中潜在的工程灾害。为了克服传统室内岩体力学试验的不足，技术人员建立了“米”级尺度的大型三维物理模型试验系统，可以更好的为深部岩体力学的发展提供理论支撑。

利用大型三维物理模型试验系统对模型试样进行加载时，模型试样必然会产生变形，在模型试样变形过程中，在模型试样与作动器压头的接触面上将产生摩擦阻力，该摩擦阻力则会对模型试样的变形产生约束，进而导致模型试样内部受力产生不均匀性，从而使试验结果的可靠性降低。

为此，必须要在模型试样与作动器压头之间进行减摩处理，现阶段采用的减摩手段是通过在模型试样与作动器压头之间增设聚四氟乙烯薄膜实现的，而聚四氟乙烯薄膜在传统的室内岩体力学试验中起到的减摩效果尚可，但在大型三维物理模型试验中聚四氟乙烯薄膜的减摩效果严重下降，主要原因是模型试样的尺度达到了“米”级，导致模型试样与作动器压头之间的接触面积也由传统的“厘米”级升高到“米”级，而在“米”级尺度下的聚四氟乙烯薄膜的减摩效果也就变得越来越差。

由于减摩效果变差，通过大型三维物理模型试验所取得的试验结果的可靠性也随之降低，因此，为了保证大型三维物理模型试验结果的可靠性，亟需寻找一种全新的减摩手段。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于大型三维物理模型试验的滚动摩擦减摩器，摒弃了传统滑动摩擦的减摩方式，可在模型试样与作动器压头之间建立起滚动摩擦减摩层，有效保证了在“米”级尺度下的模型试样与作动器压头之间的减摩效果，进而保证了大型三维物理模型试验结果的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于大型三维物理模型试验的滚动摩擦减摩器，包括压头转接板、微动芯体、芯体外套、模型试样压板及减摩滚珠；所述微动芯体位于芯体外套内，微动芯体一端延伸至芯体外套外侧，且微动芯体的外伸端与压头转接板相固连，所述减摩滚珠安装在微动芯体另一端；所述模型试样压板固装在芯体外套上，所述减摩滚珠位于微动芯体与模型试样压板之间。

所述芯体外套的内腔设为两级式内腔，第一级内腔为圆柱形，第二级内腔为圆锥形，且第二级内腔的大径端与第一级内腔相接；所述微动芯体采用三级式柱体结构，第一级柱体为圆柱形结构，第二级柱体为圆锥形结构，第三级柱体为圆柱形结构，第二级柱体的大径端与第一级柱体相接，第二级柱体的小径端与第三级柱体相接；所述第一级内腔的直径大于第一级柱体的直径，第二级内腔的锥度与第二级柱体的锥度相等，第二级内腔的小径端直径大于第三级柱体的直径；在所述第一级柱体的端部开设有减摩滚珠安装槽，所述减摩滚珠位于减摩滚珠安装槽内，减摩滚珠在减摩滚珠安装槽内可自由转动；所述压头转接板与第三级柱体相固连。