[发明专利]一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置及其工作方法

权利要求书

1.一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，包括立式压力机，其特征在于，所述滚刀破岩试验装置还包括滚刀装置、导轨装置、移动岩样装置、连接装置、传感元件和监控设备；

所述立式压力机包括基座、机架和液压装置，所述机架设置在基座上方并与基座固定连接组成一个容纳液压装置、滚刀装置、移动岩样装置和连接装置的中空腔体结构，液压装置固定连接在机架的上段；

所述导轨装置包括导轨座、水平导轨和水平液压缸，导轨座呈L型结构，导轨座较长的一边贯穿中空腔体结构并水平设置在基座上表面，导轨座较短的一边竖直设置在导轨座的首端，水平导轨设置在导轨座的上表面，水平液压缸安装在水平导轨的首端；导轨座以及水平导轨的首端和/或尾端水平向外伸出基座；

所述移动岩样装置包括模拟岩样、岩样盒和移动工作台，岩样盒内装载模拟岩样，岩样盒的底部与移动工作台的上表面固定连接，移动工作台与水平导轨设置为滑动式连接，移动工作台在水平液压缸的驱动下沿水平导轨的长度方向滑动；

所述滚刀装置包括刀架和盘形滚刀，所述刀架呈开口朝下的门字形结构，其顶部通过连接装置与压力机的液压装置固连，盘形滚刀通过与其轴向方向一致的滚刀轴可转动式连接在刀架相对的两侧壁上，盘形滚刀的轴向方向与水平导轨的长度方向垂直；

所述连接装置包括相互连接的上板和下板，其中上板通过螺栓与液压装置固连，下板通过螺栓与刀架的顶部固连，上板和下板之间设置传感元件；所述传感元件设置在盘形滚刀的正上方并与监控设备通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述机架包括上台架和四根立柱，四根立柱作为支撑设置在上台架和基座之间，分别沿轴向固连在上台架的下表面四角上和基座上表面四角上。

3.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述液压装置为垂直液压缸，包括缸体Ⅰ和活塞杆Ⅰ，缸体Ⅰ固定在机架的上段，活塞杆Ⅰ远离缸体Ⅰ的一端与连接装置的上板固连，以使液压装置连接刀架并驱动刀架带动盘形滚刀垂直向下移动和施加向下的力。

4.根据权利要求3所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述垂直液压缸为双活塞杆式液压缸。

5.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述传感元件为三向力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述滚刀装置的滚刀轴上设置有应变片。

7.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述水平液压缸为单活塞杆式液压缸，包括缸体Ⅱ和活塞杆Ⅱ，缸体Ⅱ固定在水平导轨的首端，活塞杆Ⅱ远离缸体Ⅱ的一端与移动工作台固连。

8.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述岩样盒为上端开口的方体结构，岩样盒相对的两侧壁的顶部边缘向下凹陷形成U形槽，岩样盒的侧壁上开设有若干个贯穿岩样盒侧壁的螺纹孔，每个螺纹孔匹配一个与螺纹孔相适配的定位螺栓，模拟岩样置于岩样盒内，并与其上方的盘形滚刀相对。

9.根据权利要求1所述的一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述监控设备为PC电脑。

10.根据权利要求1～9所述一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括如下步骤：

设水平导轨的长度方向为X方向，盘形滚刀的轴向为Y方向，立式压力机的高度方向为Z方向；

S1、在立式压力机上的基座上依次安装导轨座、水平导轨和水平液压缸，使水平液压缸能提供稳定的水平推力；在水平导轨上安装移动工作台，根据实验要求确定需试验的滚刀装置的数量，通过连接装置和传感元件将滚刀装置与垂直液压缸的活塞杆Ⅰ通过螺栓固连，组成滚刀破岩试验装置；

S2、确定模拟岩样和岩样盒的大小，将岩样盒固连在移动工作台上，将模拟岩样置入岩样盒内；

S3、启动监控设备并与传感元件通讯连接，完成传感元件的调试；

S4、通过立式压力机的液压装置调整盘形滚刀的高度，盘形滚刀与模拟岩样在X方向上相距第一活动行程，盘形滚刀与模拟岩样在Z方向上相距第二活动行程；

S5、启动水平液压缸推动移动工作台往靠近盘形滚刀的方向移动，以缩短第一活动行程；

S6、启动立式压力机，在垂直液压缸的驱动下，以每次1mm的行程使盘形滚刀下降，以缩短第二活动行程；

S7、当第一活动行程和第二活动行程均等于零时，使盘形滚刀转动，开始滚压模拟实验，观察三向力传感器的输出信号，若无应力输出，重复步骤5和/或步骤6；

S8、当三向力传感器存在应力输出时，垂直液压缸以每次2.5mm的行程使盘形滚刀下降，以缩短第二活动行程；水平液压缸以每次2.5mm的行程推动模拟岩样，以缩短第一活动行程；

S9、滚压模拟实验结束，关闭水平液压缸和垂直液压缸，取出模拟岩样对其破坏程度进行分析，记录三向应力随时间的变化图线，保存实验数据；

S10、按照实验设计，调整岩样盒往Y方向移动并固定，并重复步骤2～9。