【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石摩擦试验，具体涉及一种岩石高速滑动摩擦试验装置及其试验方法。
技术介绍
1、高速岩质滑坡是一种突发性地质灾害，常常具有体积大、速度快、滑程远和破坏强的特点。岩石动摩擦系数是指岩体沿滑动面滑动时岩石摩擦接触面上的动摩擦力和正压力之间的比值，准确测量岩体在不同运动状态下的动摩擦系数对于高速岩质滑坡的运动机理等研究有着重要意义。但由于高速岩质滑坡滑体运动过程的复杂性，很难直接获取滑动面摩擦力等物理力学数据，这使得物理模型试验被广泛应用于高速远程滑坡的运动机理研究中。
2、目前，现有的模拟岩石摩擦的试验机存在一些不足。
3、其一，现有的岩石摩擦试验装置，仅能开展常速、常压下的岩石摩擦试验，难以模拟大型高速岩质滑坡中巨型滑体与滑床间的高速滑动摩擦过程，且一次摩擦试验仅能测得一组数据，获得不同相对运动速度或正压力下的动摩擦系数需进行多次试验，较为繁琐。
4、其二，现有的试验装置加载方式多为简单的弹簧加载以及液压加载装置，试验过程中通常需要手动进行加载，使得试验过程中难以精确控制加载力的大小。且在高速摩擦实验过程中加载力通常会由于岩石试件的磨损而减小，造成误差。
5、其三，现有的试验装置对岩石摩擦试件的样品形状及规格要求十分严格，往往需要精良的岩石加工工艺，增加了试验经费。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术上的不足而提供一种基于动能定理、电磁加载、能够测试岩石摩擦接触面在不同法向载荷、不同相对运动速度下的动摩擦
2、本专利技术的目的是这样实现的：一种岩石高速滑动摩擦试验装置，包括用于进行高速滑动摩擦试验的高速摩擦箱、为动摩擦上试件模块提供巨大弹射初速度的弹射箱、以及回收动摩擦上试件模块的回收箱。
3、进一步的，所述高速摩擦箱包括由四面(上、下、前、后)玻璃钢板合围的长方体形摩擦箱本体、设置在摩擦箱本体中的滑动摩擦系统、加载系统、平衡系统、传感检测系统及设置摩擦箱本体右侧棱边上的合页一。其中，所述滑动摩擦系统包括摩擦上试件模块与摩擦下试件模块；所述加载系统包括设置在摩擦箱本体顶部的电磁铁一与设置在摩擦上试件夹具顶部的条形永久磁铁二；所述平衡系统包括设置在摩擦箱本体前后两侧的永久磁铁一与设置在试件夹具前后两侧的永久磁铁三；所述传感检测系统包括平行且对称设置于摩擦箱本体前后两侧中下部的两排矩形开口，且每一个矩形开口中均设置一组红外线测速模块；所述合页一设置在摩擦箱本体右侧棱边上方便于高速摩擦箱右端面与弹射箱左端面连接。
4、进一步的，所述弹射箱包括：由五面(上、下、前、后、右)玻璃钢板合围的长方体形弹射箱本体、设置在弹射箱本体内的支架系统与反压加载系统。其中支架系统包括：弹射箱本体内表面设置的矩形镂空隔板、光滑滚珠以及弹性缓冲垫一；所述矩形镂空隔板固定设置于弹射箱本体的左端开口部和居中部，使得所述弹射箱本体的内部形成互通的第一腔体和第二腔体；所述光滑滚珠平面均布镶嵌设置于第一腔体的上下内壁表面；所述弹性缓冲垫一固定安装于第一腔体左端矩形镂空隔板一的右表面；其中反压加载系统包括：弹射筒、弹力装置、加载装置和传力装置；所述弹射筒包括由五面(上下前后右)不锈钢板合围的长方体形弹射筒本体以及竖向固定设置于弹射筒本体最右侧内表面的弹性缓冲垫二；所述弹射筒本体的上下平面与第一腔体上下内表面设置的两面光滑滚珠分别密贴，弹射筒本体与光滑滚珠构成类似直线轴承结构；所述弹力装置包括多根沿弹射筒的轴线平行分布的高强弹簧，所有高强弹簧的两端分别固定连接于弹射筒右侧外表面与第一腔体右端矩形镂空隔板二的左表面；所述加载装置包括沿弹射筒本体轴线方向平行且上下对称固定设置于第二腔室左端矩形镂空隔板二右表面的两个电动同步千斤顶。所述传力装置包括：条形钢板、传力直杆以及圆饼状电磁铁二；所述条形钢板竖向设置于第二腔体且左表面与两个电动同步千斤顶的外伸端固定连接；所述传力直杆为圆形截面的不锈钢直杆，传力直杆沿弹射筒本体轴线方向贯穿于第一、二腔室且传力直杆右端面与条形钢板左表面焊接；所述电磁铁二为圆形截面的短柱状电磁铁，电磁铁二中轴线与弹射筒本体轴线重合竖向位于第一腔体内，且电磁铁二右端面与传力直杆左端面固定焊接；
5、进一步的，所述回收箱包括由五面(上、下、前、后、左)玻璃钢板合围的长方体形回收箱本体、设置在回收箱本体内左侧与底面的海绵垫，以及设置在回收箱本体右侧棱边上用于连接高速摩擦箱左端面的合页二。
6、更进一步的，所述摩擦上试件模块包括摩擦上试件与试件夹具。其中，摩擦上试件为圆形截面的短柱状岩石，试件夹具包括圆形截面的玻璃钢框架、镶嵌在玻璃钢框架顶部的圆饼状永久磁铁二与镶嵌在玻璃钢框架侧面圆环状永久磁铁三，试件夹具的内部凹腔直径略大于摩擦上试件的直径，试件夹具的外直径小于摩擦箱本体的内部宽度；
7、更进一步的，所述摩擦下试件模块包括摩擦下试件与试件抽屉，其中摩擦下试件为长条矩形岩板，试件抽屉为设置于高速摩擦箱摩擦箱本体底部用于安装摩擦下试件的抽屉；
8、更进一步的，弹射筒本体底部的内表面与矩形镂空隔板一的底部内表面以及摩擦箱本体中摩擦下试件的上表面位于同一水平面；
9、更进一步的，永久磁铁一，永久磁铁三均为条形块状磁铁，永久磁铁一固定镶嵌于摩擦箱本体的前后内壁表面且介于电磁铁一与红外线测速模块之间，与永久磁铁三宽度相同且位于同一水平高度，永久磁铁一与永久磁铁三的平行相对面磁极相同，两组大小相同的水平排斥力作用在摩擦上试件模块上构成平衡系统保证摩擦上试件模块在高速摩擦箱内做直线运动；
10、更进一步的，所述设置在摩擦箱本体上部的电磁铁一以及设置于弹射箱本体内部的电磁铁二的电磁力大小可调节，其实现方式：调节连接电磁铁一、电磁铁二电源的输出功率；
11、更进一步的，所述电动同步千斤顶具有自动伸长加载和缩短复位的功能，可通过调节其电源输出功率控制液压进而精准控制其伸长加载以及收缩复位的行程。所述电动同步千斤顶收缩复位过程为：首先启动电动同步千斤顶收缩复位功能，两个电动同步千斤顶的外伸端同步收缩拉动传力装置向左运动，直至电磁铁二左端面紧贴于弹射筒本体右侧外壁，此时电动同步千斤顶达到复位状态；所述电动同步千斤顶伸长加载过程为：电动同步千斤顶处于复位状态时，先打开电磁铁二的电源开关使电磁铁二吸附住弹射筒本体，并调节连接电磁铁二电源的输出功率至电磁铁二的电磁力大于弹射箱中高强弹簧预定提供的弹射力，然后启动电动同步千斤顶伸长加载功能，两个电动同步千斤顶的外伸端同步伸长带动传力装置、弹射筒本体向右运动，与此同时弹射筒本体向右压缩高强弹簧直至达到弹射箱中高强弹簧预定提供的弹射力，此时为弹射箱蓄力准备就绪状态，之后只需断开电磁铁二的电源开关即可解锁高强弹簧并发射弹射筒中的摩擦上试件模块。实验前通过控制电动同步千斤顶的不同伸长加载行程，可调整并标定所述弹射箱中高强弹簧提供的弹射力。
12、更进一步的，摩擦上试件模块获取弹射初速度后，便在高速摩擦箱内部通道内做本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，包括用于进行高速滑动摩擦试验的高速摩擦箱(11)、为动摩擦上试件模块(26)提供巨大弹射初速度的高速弹射箱(21)、以及回收动摩擦上试件模块(26)的回收箱(31)。
2.根据权利要求1所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述高速摩擦箱(11)包括由上、下、前、后四面玻璃钢板合围的长方体形摩擦箱本体、设置在摩擦箱本体中的滑动摩擦系统、加载系统、平衡系统、传感检测系统及设置摩擦箱本体右侧棱边上的合页一(19)；其中，所述滑动摩擦系统包括摩擦上试件模块(26)与摩擦下试件模块(14)；所述加载系统包括设置在摩擦箱本体顶部的电磁铁一(12)与设置在摩擦上试件夹具(261)顶部的条形永久磁铁二(262)；所述平衡系统包括设置在摩擦箱本体前后两侧的永久磁铁一(13)与设置在试件夹具(261)前后两侧的永久磁铁三(263)；所述传感检测系统包括平行且对称设置于摩擦箱本体前后两侧中下部的两排矩形开口(15)，且每一个矩形开口(15)中均设置一组红外线测速模块(16)，其中一组红外线测速模块(16)包括两对红外线发射器(161
3.根据权利要求2所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述高速弹射箱(21)包括：由上、下、前、后、右五面玻璃钢板合围的长方体形弹射箱本体、设置在弹射箱本体内的支架系统与反压加载系统；
4.根据权利要求3所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述回收箱(31)包括由上、下、前、后、左五面玻璃钢板合围的长方体形回收箱(31)本体、设置在回收箱(31)本体内左侧与底面的海绵垫(32)，以及设置在回收箱(31)本体右侧棱边上用于连接高速摩擦箱(11)左端面的合页二(33)。
5.根据权利要求4所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦上试件模块(26)包括摩擦上试件(264)与试件夹具(261)；
6.根据权利要求5所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，弹射筒本体底部的内表面与矩形镂空隔板一(22)的底部内表面以及摩擦箱本体中摩擦下试件(141)的上表面位于同一水平面；
7.根据权利要求6所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述设置在摩擦箱本体上部的电磁铁一(12)以及设置于弹射箱本体内部的电磁铁二(274)的电磁力大小能调节。
8.权利要求7所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，包括用于进行高速滑动摩擦试验的高速摩擦箱(11)、为动摩擦上试件模块(26)提供巨大弹射初速度的高速弹射箱(21)、以及回收动摩擦上试件模块(26)的回收箱(31)。
2.根据权利要求1所述的一种岩石高速滑动摩擦试验装置，其特征在于，所述高速摩擦箱(11)包括由上、下、前、后四面玻璃钢板合围的长方体形摩擦箱本体、设置在摩擦箱本体中的滑动摩擦系统、加载系统、平衡系统、传感检测系统及设置摩擦箱本体右侧棱边上的合页一(19)；其中，所述滑动摩擦系统包括摩擦上试件模块(26)与摩擦下试件模块(14)；所述加载系统包括设置在摩擦箱本体顶部的电磁铁一(12)与设置在摩擦上试件夹具(261)顶部的条形永久磁铁二(262)；所述平衡系统包括设置在摩擦箱本体前后两侧的永久磁铁一(13)与设置在试件夹具(261)前后两侧的永久磁铁三(263)；所述传感检测系统包括平行且对称设置于摩擦箱本体前后两侧中下部的两排矩形开口(15)，且每一个矩形开口(15)中均设置一组红外线测速模块(16)，其中一组红外线测速模块(16)包括两对红外线发射器(161)与红外线接收器(162)，且红外线发射器(161)位于摩擦箱本体前侧矩形开口(15)中，红外线接收器(162)位于摩擦箱本体后侧矩形开口(15)中；所述合页一(19)设置在摩擦箱本体右侧棱边上方便于高速摩擦箱...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘继滨，杨玲洁，刘诚，汪旭，金涛，
申请(专利权)人：中铁西南科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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