一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置，包括支托部，支撑部和数据采集部，支撑部一端连接支托部，另一端连接配重；支托部与数据采集部连接。本发明专利技术对煤层厚度及几何相似比适应范围广，可以满足不同厚度煤层开采的二维平面物理模拟实验，尤其是对于煤层厚度较薄和小几何相似比的情况。本发明专利技术采用杠杆结构替代超小型电机和液压缸提供支护力，大大降低了制造成本，并且结构简单有利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置
本专利技术涉及一种二维平面物理模拟实验用液压支架及顶板压力测量装置，尤其是一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置。
技术介绍
由于地下采矿很难直观的观测，因此，二维平面物理模拟实验是研究煤矿地下开采的一种重要研究手段，并且应用广泛。二维平面物理模拟实验需要在考虑几何、容重、动力等相似比的基础上进行实验。由于相似比一般为1:20~1:200，对应的液压支架也相应的缩小20~200倍，这样小的液压支架很难制作，并且成本很高，尤其是当煤层较薄的情况下，更难制造，这从客观上造成了工作面顶板压力的测量困难。对于煤矿地下开采来说，研究最多的是支架与顶板的关系，最常用的方法是二维平面物理模拟实验。目前，在煤矿实际生产中，液压支架和单体液压支柱的压力曲线为先增阻再恒阻，而现有二维平面物理模拟实验中大部分的支架都是急增阻的，不能真实反映实验中顶板压力变化情况。另外，现有二维平面物理模拟实验用支架也无法实现真实支架“限定变形”和“给定载荷”的工作状态。为了解决上述急增阻支架无法反应真实支架真实支架工作状态的情况，研究人员开始研究恒阻支架及压力测量装置。目前，对于二维平面物理模拟实验中的恒阻支架及压力测量装置的研究主要有两类：一种用电机正反转实现恒阻功能液压，另一种用小尺寸的液压缸实现恒阻功能。但是上述装置存在以下几个方面的缺点：（1）适应性弱，上述装置因为液压缸和电机的尺寸较大在应用上受到极大限制，无法实现小相似比和煤层较薄的的情况；（2）成本高，电机和液压缸越小制造难度越大，成本越高，甚至达到几万元一架；（3）使用困难，装置的超小型化，使得支柱活量较小，很容易造成难以取出及接顶不实的问题。而在降低制作低成本方面，公开号为CN203412599U的专利“一种用于相似模拟试验的可伸缩恒阻支架”，提供了一种低成本用于相似模拟试验的可伸缩恒阻支架，降低了制造成本。但是，该装置存在以下几个方面问题：（1）无法实现顶板压力的测量；（2）模拟定量的板存在接顶不良的问题；（3）存在底部放置困难的问题；（4）支撑的横杠与支架稳定，造成给顶板提供的支护阻力不稳定；（4）在实际过程中，因前方为观测区域，平衡号砝码存在无法放置的问题。针对现有二维平面物理模拟实验模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置所面临的问题，二维平面物理模拟实验各领域的使用者亟需一种经济、可靠、适用性广的二维平面物理模拟实验用恒阻支架及顶板压力测量装置。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置，要解决的具体技术问题是在二维平面物理模拟实验中，如何经济可靠的模拟恒阻支架支护顶板及顶板压力测量问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置，包括支托部，支撑部和数据采集部，支撑部一端连接支托部，另一端连接配重；支托部与数据采集部连接；所述支托部由支托顶梁、传感器托板、调节弹簧、定位杆组成，所述支托顶梁上分别设有两个定位孔，定位杆穿过定位孔与支托顶梁连接，定位杆上设有调节弹簧，定位杆的顶部设有传感器托板，传感器托板上设有传感器，传感器的位置通过调节弹簧来调整；所述支撑部包括支撑横杆、支撑竖杆、支托顶梁连接构件、力矩调价构件及固定装置，支撑横杆一端设有长条孔，通过支托顶梁连接构件与支托顶梁连接，另一端通过柔性线连接配重，支撑横杆中间连接力矩调价构件，力矩调价构件能沿支撑横杆滑动；支撑横杆和支撑竖杆通过力矩调价构件垂直连接；所述的支托顶梁连接构件包括调节垫板和盖板，调节垫板中部设有半圆形凹槽，调节垫板下方设有盖板，盖板中部设有半圆形凹槽，调节垫板与盖板的半圆形凹槽组成的圆形空间内设有轴，支撑横杆端部与轴连接；所述力矩调价构件包括滑行块、紧固螺栓、连接销，滑行块中部设有长方形孔，支撑横杆从该长方形孔中穿过，滑行块能沿支撑横杆滑动，在滑行块上部与长方形孔垂直方向设有螺栓孔，滑行块底部设有U型槽以便于与支撑竖杆连接，U型槽内设有连接销以固定支撑竖杆；所述固定装置包括一个长条状U型钢材制成的卡座，卡座的截面为U型，U型卡座的底面和两个平行面上均设有限位孔，支撑竖杆从两个平行面的限位孔中穿过，U型卡座的底面限位孔内设有支撑竖杆紧固螺栓，U型卡座的端部设有通孔，通孔内设有螺栓，将该固定装置紧固到二维平面物理模拟实验台上；所述的数据采集部由压力传感器和数据采集装置组成。上述方案中，所述支托部的定位杆为伸缩杆，所述传感器托板上平面的中部设有凸台，传感器放置在该凸台上。上述方案中，所述支撑部的支撑竖杆长度能调节；支撑竖杆由两节及以上不同尺寸的方形长管和杆组成，各节之间可以相对滑动且可以用限位螺栓固定，支撑竖杆总长度约为2~3个二维平面物理模拟实验台所用槽钢的宽度之和。上述方案中，所述支撑竖杆的顶部为圆弧形，与滑行块底部的U型槽配合。上述方案中，所述支撑横杆是长条形薄钢板。上述方案中，所述支托顶梁连接构件中，调节垫板和盖板上分别设有螺栓孔，支托顶梁连接构件通过螺栓固定在支托顶梁下方。上述方案中，所述支撑横杆的端部设有U形槽，支托顶梁连接构件的盖板的宽度小于该U形槽宽度，轴穿过支撑横杆的U形槽两端，并位于调节垫板和盖板之间。上述方案中，所述的配重为砝码或者盛装水或者砂的细长容器。上述方案中，在支撑横杆与配重连接端，设置连接孔并在尾部开限位槽，方便柔性线连接的同时，减小误差提高精度。本专利技术中，所述的支托顶梁的宽度根据液压支架的顶梁长度除以几何相似比（相似比一般为1:20~1:200）确定，长度与二维平面物理模拟实验的厚度相等，支托顶梁上与定位杆对应位置钻有定位孔，定位孔的直径略大于定位杆的最大直径。本专利技术提供的一种二维平面物理模拟实验用液压支架及顶板压力测量装置，与现有装置相比具有以下的优点和积极效果：（1）本专利技术对煤层厚度及几何相似比适应范围广，可以满足不同厚度煤层开采的二维平面物理模拟实验，尤其是对于煤层厚度较薄和小几何相似比的情况。（2）本专利技术的连接部位都是可调节的，适用于不同厚度的二维平面物理模拟实验，并且固定后可以提高整个结构的稳定性，使得顶板压力数据测量准确。（3）本专利技术设置了采用可调力矩的杠杆结构和定位弹簧可以增加接顶及及支柱活量，防止顶板垮落时压死支架。（4）本专利技术采用杠杆结构替代超小型电机和液压缸提供支护力，大大降低了制造成本，并且结构简单有利于推广应用。附图说明图1是本专利技术总装置的结构示意图。图2是支托部的结构示意图。图3是支撑部的结构示意图。图4是支托顶梁连接构件的结构示意图。图5是支托顶梁连接构件与支撑横杆连接结构示意图。图6是力矩调节构件的结构示意图。图7是固定装置的结构示意图。图8是总装置的使用状态示意图。图中：1、支托部；2、支撑部；3、顶板；4、数据采集部；5、定位孔；6、支托顶梁；7、传感器托板；8、调节弹簧；9、定位杆；10、支撑横杆；11、支撑竖杆；12、支托顶梁连接构件；13、力矩调节构件；14、固定装置；15、柔性线；16、配重；17、压力传感器；18、数据采集装置；19、长条孔；20、连接孔；21、限位槽；22、限位螺栓；23、调节垫板；24、轴；25、盖板；26、滑行块；27、紧固螺栓；28、连接销；29、U型槽；30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置，其特征在于：包括支托部，支撑部和数据采集部，支撑部一端连接支托部，另一端连接配重；支托部与数据采集部连接；所述支托部由支托顶梁、传感器托板、调节弹簧、定位杆组成，所述支托顶梁上分别设有两个定位孔，定位杆穿过定位孔与支托顶梁连接，定位杆上设有调节弹簧，定位杆的顶部设有传感器托板，传感器托板上设有传感器，传感器的位置通过调节弹簧来调整；所述支撑部包括支撑横杆、支撑竖杆、支托顶梁连接构件、力矩调价构件及固定装置，支撑横杆一端设有长条孔，通过支托顶梁连接构件与支托顶梁连接，另一端通过柔性线连接配重，支撑横杆中间连接力矩调价构件，力矩调价构件能沿支撑横杆滑动；支撑横杆和支撑竖杆通过力矩调价构件垂直连接；所述的支托顶梁连接构件包括调节垫板和盖板，调节垫板中部设有半圆形凹槽，调节垫板下方设有盖板，盖板中部设有半圆形凹槽，调节垫板与盖板的半圆形凹槽组成的圆形空间内设有轴，支撑横杆端部与轴连接；所述力矩调价构件包括滑行块、紧固螺栓、连接销，滑行块中部设有长方形孔，支撑横杆从该长方形孔中穿过，滑行块能沿支撑横杆滑动，在滑行块上部与长方形孔垂直方向设有螺栓孔，滑行块底部设有U型槽以便于与支撑竖杆连接，U型槽内设有连接销以固定支撑竖杆；所述固定装置包括一个长条状U型钢材制成的卡座，卡座的截面为U型，U型卡座的底面和两个平行面上均设有限位孔，支撑竖杆从两个平行面的限位孔中穿过，U型卡座的底面限位孔内设有支撑竖杆紧固螺栓，U型卡座的端部设有通孔，通孔内设有螺栓，将该固定装置紧固到二维平面物理模拟实验台上；所述的数据采集部由压力传感器和数据采集装置组成。...

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟煤矿开采的液压支架及顶板压力测量装置，其特征在于：包括支托部，支撑部和数据采集部，支撑部一端连接支托部，另一端连接配重；支托部与数据采集部连接；所述支托部由支托顶梁、传感器托板、调节弹簧、定位杆组成，所述支托顶梁上分别设有两个定位孔，定位杆穿过定位孔与支托顶梁连接，定位杆上设有调节弹簧，定位杆的顶部设有传感器托板，传感器托板上设有传感器，传感器的位置通过调节弹簧来调整；所述支撑部包括支撑横杆、支撑竖杆、支托顶梁连接构件、力矩调节构件及固定装置，支撑横杆一端设有长条孔，通过支托顶梁连接构件与支托顶梁连接，另一端通过柔性线连接配重，支撑横杆中间连接力矩调节构件，力矩调节构件能沿支撑横杆滑动；支撑横杆和支撑竖杆通过力矩调节构件垂直连接；所述的支托顶梁连接构件包括调节垫板和盖板，调节垫板中部设有半圆形凹槽，调节垫板下方设有盖板，盖板中部设有半圆形凹槽，调节垫板与盖板的半圆形凹槽组成的圆形空间内设有轴，支撑横杆端部与轴连接；所述力矩调节构件包括滑行块、紧固螺栓、连接销，滑行块中部设有长方形孔，支撑横杆从该长方形孔中穿过，滑行块能沿支撑横杆滑动，在滑行块上部与长方形孔垂直方向设有螺栓孔，滑行块底部设有U型槽以便于与支撑竖杆连接，U型槽内设有连接销以固定支撑竖杆；所述固定装置包括一个长条状U型钢材制成的卡座，卡座的截面为U型，U型卡座的底面和两个平行面上均设有限位孔，支撑竖杆从两个平行面的限位孔中穿过，U型卡座的底面限位孔内设有支撑竖杆紧固螺栓，U型卡座的端部设有通孔，通孔内设有螺栓，将该固定装置紧固到二维平面物理模拟实验台上；所述的数据采集部由...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，张玉江，郭峰，郭育霞，章敏，白锦文，郭军，李振，戚庭野，康立勋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14