【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石类材料动态冲击力学实验测试装备，尤其涉及带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统。
技术介绍
1、地下洞室在开挖及使用过程中遭受的冲击应力波会对围岩产生剧烈的扰动影响，而在低应变率荷载和高应变率荷载作用下，岩石材料力学特性的变化规律差别很大，尤其是抗剪强度存在明显的差异，表现出一定的应变率效应。但是，由于高应变率剪切荷载施加的复杂性，加之岩石材料自身的非匀质性，开展岩石的冲击剪切试验存在一定的困难，关于冲击剪切荷载作用下岩石的抗剪力学特性的研究还远未满足实际工程的需求，因此，迫切需要深入探索高应变率下岩石材料的抗剪力学性，以指导和解决岩体工程问题。
2、分离式霍普金森杆试验系统是测试高应变率下岩石类材料力学特性应用最为广泛的试验系统，其中最常见的就是分离式霍普金森压杆和分离式霍普金森拉杆。但是岩石类材料试样尺寸普遍较大，在一维冲击压缩或者冲击拉伸条件下的高应变率力学响应测试中无法克服径向惯性效应和试样端面摩擦的弊端，而分离式霍普金森扭杆不需要试样进行径向运动，避免了霍普金森压杆和霍普金森拉杆测试中的固有缺陷，最为符合分离式霍普金森杆基本原理中一维应力波理论的要求，成为研究岩石类材料冲击剪切力学行为的重要实验系统。
3、申请号为202010311668.3的专利技术专利申请文件中公开了一种机电组合加载式霍普金森杻杆，在扭转脉冲输出轴中产生一个瞬态的扭转脉冲，实现了霍普金森扭杆冲击测试；但是上述方案中，储能装置的轴向运动势必会在入射杆中产生一定的轴向应力波，进而干扰瞬态冲击扭转波，导致最终测试结果出
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，在入射杆与储能装置之间创新性的引入滤波装置，消除轴向应力波对霍普金森扭转测试的影响；通过储能锤与轨道杆上轨道的相互配合，精确控制扭转脉冲的产生，最大限度的降低杂波对扭转波的影响；实现了岩石类材料在一维应力状态下动态抗剪力学行为的科学有效测试。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，包括入射杆和透射杆，所述入射杆与所述透射杆相互靠近的一端均设有试样固定组件；其特征在于：所述实验系统还包括扭矩施加组件，所述扭矩施加组件与所述入射杆之间设有滤波器。
4、进一步的，所述扭矩施加组件包括驱动电机和储能锤，所述驱动电机的输出端通过伸缩杆与所述储能锤活动连接，所述储能锤的中心套设有轨道杆，所述轨道杆的两端均贯穿所述储能锤，且所述轨道杆的两端分别设有用于支撑所述轨道杆的轨道杆前支座和轨道杆后支座，所述轨道杆的一端与所述滤波器连接。
5、进一步的，所述储能锤包括连接盘和锤体，所述连接盘上开设有与所述卡销转盘相匹配的第一卡槽，且所述连接盘和所述锤体的中心开设有与所述轨道杆相匹配的滚动通孔，所述滚动通孔的侧壁上呈中心对称的开设有两个撞击槽，且所述滚动通孔的侧壁上还安装有两组第一滚珠组件，所述撞击槽位于两组所述第一滚珠组件之间。
6、进一步的，所述轨道杆前支座包括第一支座框架，所述第一支座框架内转动连接有外轴承，所述外轴承内转动套设有内轴承，所述轨道杆远离所述滤波器的一端套设在所述内轴承内，所述外轴承上开设有多个与所述卡销转盘相匹配的第一通孔。
7、进一步的，所述轨道杆后支座包括第二支座框架，所述第二支座框架内转动连接有支撑轴承，所述轨道杆靠近所述滤波器的一端套设在所述支撑轴承内。
8、进一步的，所述轨道杆包括依次连接的第一光圆段、滑轨段和第二光圆段，所述第一光圆段套设在所述内轴承内，所述第二光圆段套设在所述支撑轴承内，所述第一光圆段的端部固设有左限位台，所述第二光圆段的端部固设有右限位偏心台，所述右限位偏心台上沿轴向固设有多根传力柱。
9、进一步的，所述滑轨段上开设有螺旋形的轨道，所述轨道的深度沿第一光圆段至第二光圆段的方向逐渐变深；且所述滑轨段内沿径向设有可伸缩的撞击台，所述撞击台与所述撞击槽相匹配。
10、进一步的，所述滤波器包括第一法兰盘，所述第一法兰盘上固设有多个与所述传力柱相匹配的传力套筒，且所述传力柱活动套设在对应的传力套筒内，每个所述传力套筒外均套设有第一吸能弹簧，所述第一吸能弹簧的两端分别与所述第一法兰盘和所述右限位偏心台连接。
11、进一步的，所述试样固定组件包括注胶套筒和固设在所述注胶套筒上的外收束套筒、内收束套筒，所述内收束套筒套设在所述外收束套筒内，所述注胶套筒靠近试样的一端开设有与试样相匹配的环形槽口，所述环形槽口内设有一圈限位凸台，所述注胶套筒上还开设有与所述环形槽口连通的注胶口。
12、进一步的，所述外收束套筒包括四个弧形且具有弹性的外螺纹片，所述外螺纹片的外径沿扭杆到试样的方向由小变大，四个所述外螺纹片外螺纹连接有外收束转盘；
13、所述内收束套筒包括四个弧形且具有弹性的内螺纹片，所述内螺纹片的内径沿扭杆到试样的方向由大变小，四个所述内螺纹片内螺纹连接有内收束转盘，所述内收束转盘内螺纹连接有旋进螺栓，所述旋进螺栓与所述注胶套筒转动连接。
14、本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术的改进之处在于，
15、1、本专利技术中的实验系统在入射杆与储能装置之间创新性的引入滤波器，通过滤波器与轨道杆之间的第一吸能弹簧可以消除轨道杆传递到滤波器上的轴向应力波，从而保证了最终传递到入射杆上的波只有扭矩波，避免了轴向应力波对霍普金森扭转测试的影响，实现了岩石类材料在一维应力状态下动态抗剪力学行为的科学有效测试。
16、2、本专利技术中的实验系统通过储能锤与轨道杆的相互配合，使储能锤能够在轨道杆上顺利滚动，轨道杆上的轨道深度沿第一光圆段至第二光圆段的方向逐渐变深；轨道前一段的深度较浅，使高速转动的储能锤有一定调整适应轨道的缓冲段，此后轨道深度逐渐增大，储能锤稳定转动；轨道段内沿径向设有可伸缩的撞击台，当储能锤内右侧的第一滚珠组件通过撞击台后，撞击台弹出，与储能锤中的撞击槽碰撞，一次碰撞后立即收回，防止产生多次碰撞出现杂波，撞击台与撞击槽碰撞后，会带动轨道杆产生一定的扭矩，带动轨道杆发生轻微的转动，进而通过滤波器将扭矩波传递至入射杆，而在滤波器传递波的过程中，可以对轴向应力波进行吸收，最大限度的降低杂波对扭转波的影响。
17、3、本专利技术中的实验系统中驱动电机通过伸缩杆带动卡销转盘转动，卡销转盘卡入储能锤的量连接板中时，可以带动储能锤同步转动，同时，通过伸缩杆的作用还可以给予储能锤向前运动的作用力；然后卡销转盘与储能锤脱离，可以使储能锤在轨道杆上自由转动，避免了其他作用力对储能锤的影响。
18、4、本专利技术中的试样固定组件将机械固定和胶水粘接相结合，通过转动外收束转盘可以对扭杆的外本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，包括入射杆（1）和透射杆（2），所述入射杆（1）与所述透射杆（2）相互靠近的一端均设有试样固定组件（9）；其特征在于：所述实验系统还包括扭矩施加组件，所述扭矩施加组件与所述入射杆（1）之间设有滤波器（3）。
2.根据权利要求1所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述扭矩施加组件包括驱动电机（4）和储能锤（5），所述驱动电机（4）的输出端通过伸缩杆（401）与所述储能锤（5）活动连接，所述储能锤（5）的中心套设有轨道杆（6），所述轨道杆（6）的两端均贯穿所述储能锤（5），且所述轨道杆（6）的两端分别设有用于支撑所述轨道杆（6）的轨道杆前支座（7）和轨道杆后支座（8），所述轨道杆（6）的一端与所述滤波器（3）连接。
3.根据权利要求2所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述储能锤（5）包括连接盘（501）和锤体（502），所述连接盘上开设有与所述卡销转盘（402）相匹配的第一卡槽（5011），且所述连接盘（501）和所述锤体（502）的中心开设有与所述轨道杆（6）相匹配的滚动通孔（503），
4.根据权利要求3所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述轨道杆前支座（7）包括第一支座框架（701），所述第一支座框架（701）内转动连接有外轴承（702），所述外轴承（702）内转动套设有内轴承（703），所述轨道杆（6）远离所述滤波器（3）的一端套设在所述内轴承（703）内，所述外轴承（702）上开设有多个与所述卡销转盘（402）相匹配的第一通孔（7021）。
5.根据权利要求4所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述轨道杆后支座（8）包括第二支座框架（801），所述第二支座框架（801）内转动连接有支撑轴承（802），所述轨道杆（6）靠近所述滤波器（3）的一端套设在所述支撑轴承（802）内。
6.根据权利要求5所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述轨道杆（6）包括依次连接的第一光圆段（601）、滑轨段（602）和第二光圆段（603），所述第一光圆段（601）套设在所述内轴承（703）内，所述第二光圆段（603）套设在所述支撑轴承（802）内，所述第一光圆段（601）的端部固设有左限位台（604），所述第二光圆段（603）的端部固设有右限位偏心台（605），所述右限位偏心台（605）上沿轴向固设有多根传力柱（606）。
7.根据权利要求6所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述滑轨段（602）上开设有螺旋形的轨道（6021），所述轨道（6021）的深度沿第一光圆段（601）至第二光圆段（603）的方向逐渐变深；且所述滑轨段（602）内沿径向设有可伸缩的撞击台（6022），所述撞击台（6022）与所述撞击槽（504）相匹配。
8.根据权利要求6所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述滤波器（3）包括第一法兰盘（301），所述第一法兰盘（301）上固设有多个与所述传力柱（606）相匹配的传力套筒（302），且所述传力柱（606）活动套设在对应的传力套筒（302）内，每个所述传力套筒（302）外均套设有第一吸能弹簧（303），所述第一吸能弹簧（303）的两端分别与所述第一法兰盘（301）和所述右限位偏心台（605）连接。
9.根据权利要求1所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述试样固定组件（9）包括注胶套筒（903）和固设在所述注胶套筒（903）上的外收束套筒（901）、内收束套筒（902），所述内收束套筒（902）套设在所述外收束套筒（901）内，所述注胶套筒（903）靠近试样的一端开设有与试样相匹配的环形槽口（9031），所述环形槽口（9031）内设有一圈限位凸台（9032），所述注胶套筒（903）上还开设有与所述环形槽口（9031）连通的注胶口（9033）。
10.根据权利要求9所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述外收束套筒（901）包括四个弧形且具有弹性的外螺纹片（9011），所述外螺纹片（9011）的外径沿扭杆到试样的方向由小变大，四个所述外螺纹片（9011）外螺纹连接有外收束转盘（9012）；
...【技术特征摘要】
1.带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，包括入射杆（1）和透射杆（2），所述入射杆（1）与所述透射杆（2）相互靠近的一端均设有试样固定组件（9）；其特征在于：所述实验系统还包括扭矩施加组件，所述扭矩施加组件与所述入射杆（1）之间设有滤波器（3）。
2.根据权利要求1所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述扭矩施加组件包括驱动电机（4）和储能锤（5），所述驱动电机（4）的输出端通过伸缩杆（401）与所述储能锤（5）活动连接，所述储能锤（5）的中心套设有轨道杆（6），所述轨道杆（6）的两端均贯穿所述储能锤（5），且所述轨道杆（6）的两端分别设有用于支撑所述轨道杆（6）的轨道杆前支座（7）和轨道杆后支座（8），所述轨道杆（6）的一端与所述滤波器（3）连接。
3.根据权利要求2所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述储能锤（5）包括连接盘（501）和锤体（502），所述连接盘上开设有与所述卡销转盘（402）相匹配的第一卡槽（5011），且所述连接盘（501）和所述锤体（502）的中心开设有与所述轨道杆（6）相匹配的滚动通孔（503），所述滚动通孔（503）的侧壁上呈中心对称的开设有两个撞击槽（504），且所述滚动通孔（503）的侧壁上还安装有两组第一滚珠组件（505），所述撞击槽（504）位于两组所述第一滚珠组件（505）之间。
4.根据权利要求3所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述轨道杆前支座（7）包括第一支座框架（701），所述第一支座框架（701）内转动连接有外轴承（702），所述外轴承（702）内转动套设有内轴承（703），所述轨道杆（6）远离所述滤波器（3）的一端套设在所述内轴承（703）内，所述外轴承（702）上开设有多个与所述卡销转盘（402）相匹配的第一通孔（7021）。
5.根据权利要求4所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系统，其特征在于：所述轨道杆后支座（8）包括第二支座框架（801），所述第二支座框架（801）内转动连接有支撑轴承（802），所述轨道杆（6）靠近所述滤波器（3）的一端套设在所述支撑轴承（802）内。
6.根据权利要求5所述的带滤波设备的动态冲击扭杆实验系...
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