一种多功能煤岩单齿截割试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种多功能煤岩单齿截割试验装置及方法，该装置包括基架、加载系统、平移系统和状态监测系统，状态监测系统包括位移测量系统、动态磨损监测系统、裂纹萌生与扩展监测系统、煤岩崩落监测系统、煤岩磨损区温度监测系统、煤岩磨损区附近应力测量系统。本发明能够实现截割过程动态加载，通过三轴力传感器记录正压力、截割切向力和侧向力，利用高速摄像机动态记录煤岩崩落情况，利用激光位移传感器监测煤岩-截齿合金头之间的相对位移以及煤岩磨损区磨痕轮廓，利用热成像仪监测截割过程中煤岩截割区热场变化，利用声发射传感器监测煤岩截割过程中裂纹萌生与扩展规律，利用薄膜压力传感器监测煤岩截割过程中煤岩磨损区附近的应力分布。

主权项

一种多功能煤岩单齿截割试验装置，包括基架、加载系统、平移系统和状态监测系统，其特征在于：所述基架包括底座(16)、对称设置在底座上的两个支撑立柱(28)和水平固定在两个支撑立柱(28)上部的承载梁(29)；所述加载系统包括固定在承载梁(29)下端面的伺服油缸(27)、固定在伺服油缸(27)伸出活塞上的中间平板(8)、设置在中间平板(8)下部的可移动平板(9)、固定在可移动平板(9)下部的三轴力传感器(10)、设置在三轴力传感器(10)下部的截齿夹具(11)和固定在截齿夹具(11)上的截齿合金头(12)；所述平移系统包括A平移系统和B平移系统，所述A平移系统包括固定在底座(16)上的固定平台(17)、设置在固定平台(17)一端的A步进电机(45)、与A步进电机(45)连接的A弹性联轴器(43)、与A弹性联轴器(43)连接的A丝杠(42)、对称设置A丝杠(42)两侧的A圆柱直线滑轨(19)和设置在A圆柱直线滑轨(19)上的A移动平台(20)，A移动平台(20)底部与A丝杠(42)螺纹连接，所述B平移系统包括设置在A移动平台(20)一端的B步进电机(21)、与B步进电机连接的B弹性联轴器(37)、与B弹性联轴器(37)连接的B丝杠(35)、对称设置在B丝杠(35)两侧的B圆柱直线滑轨(15)和设置在B圆柱直线滑轨(15)上的B移动平台(14)，在B移动平台(14)上的煤岩夹具中固定煤岩试样(13)，B移动平台(14)底部与B丝杠(35)螺纹连接；所述状态监测系统包括位移测量系统、动态磨损监测系统、裂纹萌生与扩展监测系统、煤岩崩落监测系统、煤岩磨损区温度监测系统、煤岩磨损区附近应力测量系统；所述位移测量系统包括设置在煤岩试样(13)一侧的A激光位移传感器(25)；所述动态磨损监测系统包括C平移系统和B激光位移传感器，所述C平移系统包括安装在两侧支撑立柱(28)上的夹块、固定于夹块上的立板(1)、固定在立板(1)上的C圆柱直线滑轨(3)、固定在立板(1)上的电机座(6)、固定在电机座(6)上的C步进电机(7)、连接于C步进电机(7)上的C弹性联轴器(5)、与C弹性联轴器(5)连接的C丝杠(4)、设置在C圆柱直线滑轨(3)上并与C丝杠(4)螺纹连接的C丝杠套(26)，所述B激光位移传感器(2)固定于C丝杠套(26)上；所述裂纹萌生与扩展监测系统包括安装于煤岩试样(13)侧面上的声发射传感器(24)；所述煤岩崩落监测系统包括安装在支撑立柱(28)上的A夹块(34)、与A夹块(34)连接的A杆(33)、与A杆(33)铰接的B杆(32)、与B杆(32)铰接的C杆(31)、固定在C杆(31)上的高速摄像机(30)；所述煤岩磨损区温度监测系统包括安装在支撑立柱(28)上的B夹块(23)、与B夹块连接的D杆(39)、与D杆(39)铰接的E杆(40)、与E杆(40)铰接的F杆(41)，固定于F杆(41)上的小型热成像仪(22)；所述煤岩磨损区附近应力测量系统包括埋在煤岩试样(13)表面安装孔内的薄膜压力传感器(36)。