【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于落石冲击试验，具体涉及一种分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置。
技术介绍
1、落石是一种常见的自然灾害，广泛分布于全球各国山区地带，具有快速、突发和随机性强等特点。相较于滑坡，虽然落石发生规模较小，但对周围建筑设施、人员及车辆危害不容小觑。为了降低落石危害，拟定经济可靠的减灾措施，首先要探明滚石沿坡面的空间运动径迹。
2、落石在坡面的活动常被建模为滚滑联动、自由下落及冲击反弹等几种运动模式的组合，而其中冲击反弹运动扮演着至关重要角色，也是滚石事件估测研究的焦点和难点。根据落石冲击坡面后的状态：可分为无缺损和破裂两种情况。无缺损情况下落石冲击前后的能量损失常通过冲击回弹系数来表征，破裂情况下落石的碎裂特征则通过岩石碎片大小(分布)特征、轨迹(分布)特征、形态(分布)特征及破裂岩片个数等指标来表征。目前对于两种情况下的落石冲击运动特征虽然已经进行了一些研究，也取得了一些进展，但距离还原实际落石冲击特征还存在一定距离。
3、现有的相关落石冲击运动特征调查中所采用试块绝大多数为小尺度球形或者类球形试块，这与真实边坡区域大尺度、非球形的、不规则落石存在巨大差异，因此，这些研究中所获得相关规律、机制以及建立的相关预测模型很难在实际工程防护中提供可靠参考依据。另外，实际落石在沿坡面运动过程中，其与坡面的接触姿态是千变万化的，而不同姿态下落石与坡面的冲击回弹机制及碎裂特征存在着显著差异，这将对落石的后续运动行为及轨迹产生重要影响，进而关系着相关落石防护措施制定。目前相关调查中针对该问题仍然处于初步的探索阶
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其设计新颖、能够控制大尺度落石试件与坡面板的碰撞姿态，精准调控落石碰撞速度，高度还原实际落石冲击过程。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，包括自动控制系统、轨道运载加减速系统、分离式碰撞姿态调整系统、坡角调节系统；
4、所述坡角调节系统包括角度可调的坡面板；
5、所述轨道运载加减速系统包括轨道以及运行于所述轨道上的板车；所述板车自有动力；所述坡面板架设在所述轨道上方，所述坡面板下方仅预留板车通过的高度；所述板车由自动控制系统控制在轨道上加速到预定速度后保持匀速行驶直至从板车从坡面板下方穿过；
6、所述分离式碰撞姿态调整系统设置于板车的车板上，包括用于从侧面夹持落石试件的夹持组件以及用于改变所述夹持组件夹持状态的调整组件；所述夹持组件包括若干从两侧支撑落石试件的夹持杆以及从落石试件前进方向的后方支撑落石试件的顶杆；落石试件放置在车板上并在自动控制系统控制下由夹持组件夹持，直至板车至坡面板的距离达到预定距离时，在自动控制系统控制下调整组件控制夹持组件的状态改变至避让所述坡面板的状态。
7、进一步的，所述夹持组件包括铰接在车板左右两侧边上的侧架以及铰接在所述车板后边上的后翻转架，所述侧架和所述后翻转架与所述车板上表面的最小夹角为直角；所述侧架和所述后翻转架的自由端连接有翻转拉簧，所述翻转拉簧的另一端连接至外伸安装在所述车板外侧的安簧杆的外端；若干个所述夹持杆滑动穿设在所述侧架上，且所述夹持杆的两端设置有防止所述夹持杆脱出所述侧架的端头部，靠内的所述端头部与所述侧架之间的夹持杆上穿设有压缩弹簧；所述后翻转架上固定有若干限位螺柱，所述顶杆螺纹穿设于所述限位螺柱中。
8、进一步的，所述车板上固定有若干电磁铁，侧架和所述后翻转架对应所述电磁铁的位置固定有若干磁吸片；当所述夹持组件夹持落石试件时，所述自动控制系统控制电磁铁通电，所述电磁铁吸引所述磁吸片，锁定夹持组件于垂直于车板的位置；当改变所述夹持组件的状态时，所述自动控制断电所述电磁铁，电磁铁释放所述磁吸片，缺乏电磁铁约束的所述侧架和后翻转架随即在所述翻转拉簧的拉力作用下向下转动以避让所述坡面板。
9、进一步的，所述调整组件包括设置在所述后翻转架和所述侧架上的锁杆，以及对应所述锁杆设置在所述车板上的动作部件，所述动作部件具有旋转的输出端，所述输出端传动连接有锁舌；当所述夹持组件夹持落石试件时，所述锁舌挡在所述锁杆的外侧锁定夹持组件于垂直于车板的位置；当改变所述夹持组件的状态时，所述自动控制控制所述动作部件转动，使锁舌转动至避让所述锁杆，缺乏锁舌约束的所述侧架和后翻转架随即在所述翻转拉簧的拉力作用下向下转动以避让所述坡面板。
10、进一步的，所述车板上设置有若干撑石轴承，所有所述撑石轴承的上端齐平；落石试件放置在所述撑石轴承上。
11、进一步的，落石试件与所述撑石轴承之间垫设有垫板。
12、进一步的，落石试件的底部局部位置铺设有可塑胶泥，用于辅助落石试件姿态固定，避免落石试件释放后姿态变动。
13、进一步的，所述预定速度为0.5m/s～20m/s,所述预定距离为0.2m～0.8m；所述自动控制系统根据激光测距仪、接触式信号激发部件或非接触式信号激发部件发出的预定距离到位信号控制所述调整组件改变所述夹持组件的状态。
14、进一步的，所述坡角调节系统包括坡面支撑架，所述坡面支撑架分别设置在所述轨道的两侧；所述坡面支撑架的中部设置有转动支撑孔，所述转动支撑孔内转动安装有下横杆，所述坡面支撑架相对面的上部设置有弧形滑槽，所述弧形滑槽内滑动连接有上横杆，所述上横杆的端部设置有可锁定上横杆位置的卡位件；所述上横杆和下横杆上固定有坡面安置槽，所述坡面板固定在所述坡面安置槽内；所述上横杆在所述弧形滑槽内滑动使得所述坡面板的倾角θ在30°～90°内变化；所述坡面支撑架上还设置有用于高速摄像机镜头伸入的观察孔。
15、进一步的，所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置还包括安全围护系统，设置在所述坡面板的外围，用于收集并隔离落石碰后飞溅的碎片；所述安全维护系统上预留有用于高速摄像机镜头伸入的图像捕捉观测孔。
16、本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术适用于大尺度、不规则落石任意姿态的落石冲击试验，通过分离式碰撞姿态调整系统能够实现任意姿态落石的姿态的调整，使落石以预定的姿态和预定速度与坡面板碰撞，极大的提高落石姿态的可控度与试验精度，高度还原实际落石冲击(破裂)过程；
18、本专利技术采用轨道运载加减速系统可实现小空间范围内落石试件的速度控制，使得落石以预定速度碰撞坡面板，实现落石速度的便捷精确调控，使得落石冲击(破裂)速度可控。
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1.一种分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：包括自动控制系统、轨道运载加减速系统、分离式碰撞姿态调整系统、坡角调节系统；
2.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述夹持组件包括铰接在车板(27)左右两侧边上的侧架(31)以及铰接在所述车板(27)后边上的后翻转架(34)，所述侧架(31)和所述后翻转架(34)与所述车板(27)上表面的最小夹角为直角；所述侧架(31)和所述后翻转架(34)的自由端连接有翻转拉簧(36)，所述翻转拉簧(36)的另一端连接至外伸安装在所述车板(27)外侧的安簧杆(37)的外端；若干个所述夹持杆(32)滑动穿设在所述侧架(31)上，且所述夹持杆(32)的两端设置有防止所述夹持杆(32)脱出所述侧架(31)的端头部，靠内的所述端头部与所述侧架(31)之间的夹持杆(32)上穿设有压缩弹簧(33)；所述后翻转架(34)上固定有若干限位螺柱(38)，所述顶杆(35)螺纹穿设于所述限位螺柱(38)中。
3.根据权利要求2所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述车板(27)
4.根据权利要求2所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述调整组件包括设置在所述后翻转架(34)和所述侧架(31)上的锁杆，以及对应所述锁杆设置在所述车板(27)上的动作部件，所述动作部件具有旋转的输出端，所述输出端传动连接有锁舌(39)；当所述夹持组件夹持落石试件(100)时，所述锁舌(39)挡在所述锁杆的外侧锁定夹持组件于垂直于车板(27)的位置；当改变所述夹持组件的状态时，所述自动控制控制所述动作部件转动，使锁舌(39)转动至避让所述锁杆，缺乏锁舌(39)约束的所述侧架(31)和后翻转架(34)随即在所述翻转拉簧(36)的拉力作用下向下转动以避让所述坡面板(4)。
5.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述车板(27)上设置有若干撑石轴承(24)，所有所述撑石轴承(24)的上端齐平；落石试件(100)放置在所述撑石轴承(24)上。
6.根据权利要求5所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：落石试件(100)与所述撑石轴承(24)之间垫设有垫板(25)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：落石试件(100)的底部局部位置铺设有可塑胶泥(26)，用于辅助落石试件(100)姿态固定，避免落石试件(100)释放后姿态变动。
8.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述预定速度为0.5m/s～20m/s,所述预定距离为0.2m～0.8m；所述自动控制系统根据激光测距仪、接触式信号激发部件或非接触式信号激发部件发出的预定距离到位信号控制所述调整组件改变所述夹持组件的状态。
9.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述坡角调节系统包括坡面支撑架(41)，所述坡面支撑架(41)分别设置在所述轨道(1)的两侧；所述坡面支撑架(41)的中部设置有转动支撑孔(42)，所述转动支撑孔(42)内转动安装有下横杆(44)，所述坡面支撑架(41)相对面的上部设置有弧形滑槽(45)，所述弧形滑槽(45)内滑动连接有上横杆(43)，所述上横杆(43)的端部设置有可锁定上横杆(43)位置的卡位件；所述上横杆(43)和下横杆(44)上固定有坡面安置槽(47)，所述坡面板(4)固定在所述坡面安置槽(47)内；所述上横杆(43)在所述弧形滑槽(45)内滑动使得所述坡面板(4)的倾角θ在30°～90°内变化；所述坡面支撑架(41)上还设置有用于高速摄像机镜头伸入的观察孔(46)。
10.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：还包括安全围护系统，设置在所述坡面板(4)的外围，用于收集并隔离落石碰后飞溅的碎片；所述安全维护系统上预留有用于高速摄像机镜头伸入的图像捕捉观测孔。
...【技术特征摘要】
1.一种分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：包括自动控制系统、轨道运载加减速系统、分离式碰撞姿态调整系统、坡角调节系统；
2.根据权利要求1所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述夹持组件包括铰接在车板(27)左右两侧边上的侧架(31)以及铰接在所述车板(27)后边上的后翻转架(34)，所述侧架(31)和所述后翻转架(34)与所述车板(27)上表面的最小夹角为直角；所述侧架(31)和所述后翻转架(34)的自由端连接有翻转拉簧(36)，所述翻转拉簧(36)的另一端连接至外伸安装在所述车板(27)外侧的安簧杆(37)的外端；若干个所述夹持杆(32)滑动穿设在所述侧架(31)上，且所述夹持杆(32)的两端设置有防止所述夹持杆(32)脱出所述侧架(31)的端头部，靠内的所述端头部与所述侧架(31)之间的夹持杆(32)上穿设有压缩弹簧(33)；所述后翻转架(34)上固定有若干限位螺柱(38)，所述顶杆(35)螺纹穿设于所述限位螺柱(38)中。
3.根据权利要求2所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述车板(27)上固定有若干电磁铁(3)，侧架(31)和所述后翻转架(34)对应所述电磁铁(3)的位置固定有若干磁吸片；当所述夹持组件夹持落石试件(100)时，所述自动控制系统控制电磁铁(3)通电，所述电磁铁(3)吸引所述磁吸片，锁定夹持组件于垂直于车板(27)的位置；当改变所述夹持组件的状态时，所述自动控制断电所述电磁铁(3)，电磁铁(3)释放所述磁吸片，缺乏电磁铁(3)约束的所述侧架(31)和后翻转架(34)随即在所述翻转拉簧(36)的拉力作用下向下转动以避让所述坡面板(4)。
4.根据权利要求2所述的分离式姿态可调大尺度落石冲击试验装置，其特征在于：所述调整组件包括设置在所述后翻转架(34)和所述侧架(31)上的锁杆，以及对应所述锁杆设置在所述车板(27)上的动作部件，所述动作部件具有旋转的输出端，所述输出端传动连接有锁舌(39)；当所述夹持组件夹持落石试件(100)时，所述锁舌(39)挡在所述锁杆的外侧锁定夹持组件于垂直于车板(27)的位置；当改变所述夹持组件的状态时，所述自动控制控制所述动作部件转动，使锁舌(39)转动至避让所述锁杆，缺乏锁舌(39)约束的所...
【专利技术属性】
技术研发人员：姬中民，王庭辉，李振华，伍法权，周淼，陈旭，沈玲燕，田永超，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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