变角度散体充填材料试验装置

技术领域

本发明涉及充填体的承压性能试验领域，具体为一种变角度散体充填材料试验装置。

背景技术

充填体的承压性能是充填开采控制岩层移动与地表沉陷的关键因素。承压性能越好，压缩率越小，对岩层移动与地表的沉陷变形控制越好。现有的充填材料承压性能测试试验装置进行的是水平条件下的钢筒压实试验，具有一定的参考价值，但实际煤层赋存多为有一定角度的倾斜状态，经过充填开采后的散体充填材料处于倾斜受压条件。为研究倾斜煤层充填开采后散体充填材料的承压力学性能，需要研究一种变角度的散体充填材料试验装置。

经过检索，现有授权公告号为CN109883838B的中国专利，公开了一种变角度散体充填材料试验装置，包括变角结构、压实箱体、底座三个部分。变角结构包括由导杆、齿插板、承压变角板构成的主动角度设定装置，以及由变角压头和夹持套块组成的从动角度施压装置两部分。

因此，基于上述检索以及结合现有的充填材料试验装置，只能改变材料整体角度，即材料上下表面的角度同时变化，但是材料的受力方向固定，压力角度和材料角度同步变化，无法实现当材料角度固定，而压力角度变化的情况下，材料的受力情况，检测效果单一，并且装置中缺少保护装置，如果设备内部压力过大会造成设备损坏，还存在上下料不便的情况，完成一次检测后，再进行一次的检测时，不便于将先前的材料排出，给连续使用造成影响，尤其是对材料角度做出变化时，需要人力变化，重复操作，因此，基于上述问题，本申请提供了一种变角度散体充填材料试验装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了变角度散体充填材料试验装置，具备材料本身角度和材料受力角度分别变化等优点，解决了检测效果单一等系列问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：变角度散体充填材料试验装置，包括变角度底架组件及其上安装的材料填充装置，所述变角度底架组件包括固定在地面的矩形底架，所述矩形底架一体化连接有斜底架，所述斜底架底端固定连接有支撑柱，所述矩形底架和斜底架的侧壁上分别穿设有水平滑槽和斜滑槽，所述矩形底架的中间设置有底座，所述水平滑槽内滑动安装有滑块，所述水平滑槽内设置有滚轮，所述滑块和滚轮均和底座转动连接，所述材料填充装置包括固定在底座上端的底框，所述底框上端固定设置有伸缩底座，所述伸缩底座上端固定连接有料筒，所述料筒表面的上下侧分别连接有投料口和排料口。

优选地，所述斜底架的上端安装有电机，所述电机的输出端连接有卷绕盘，所述卷绕盘外表面卷绕有拉绳，所述拉绳的端部与伸缩底座固定连接。

优选地，所述料筒的前后端均固定连接有端板，所述料筒的上侧壁穿设有弧形槽，所述料筒内设置有托料板，所述托料板的中间竖直伸缩安装有压板，所述压板的上端固定连接有半圆板，所述半圆板上转动设置有压柱，所述压柱的上端固定连接有转动板，所述底框的两侧固定设置有侧支撑板，所述侧支撑板在底座上端面固定设置，所述托料板的两端中间固定连接有转动杆，所述转动杆在侧支撑板上转动设置，所述转动板置于弧形槽内。

优选地，所述转动杆的上端固定连接有连接块，所述底框两侧的侧支撑板上端分别穿设有若干第一销孔和第二销孔，所述连接块通过销轴分别与第一销孔和第二销孔连接。

优选地，所述料筒一侧的侧支撑板上相邻第一销孔之间的夹角为20°，所述料筒另一侧的侧支撑板上相邻第二销孔之间的夹角为15°。

优选地，所述伸缩底座在底框内伸缩安装，所述伸缩底座底端面和底框内底部之间连接有若干支撑弹簧。

优选地，所述底框的侧壁穿设有矩形槽和矩形孔，所述矩形槽和矩形孔连通，所述矩形槽和矩形孔共同形成T形，所述底框内的矩形槽一侧设置有移动块，所述底框外的矩形槽一侧设置有固定绳板，所述固定绳板和拉绳固定连接。

优选地，所述斜底架和矩形底架的角度为45°。

与现有技术相比，本发明提供了变角度散体充填材料试验装置，具备以下有益效果：

1、该变角度散体充填材料试验装置，滑块和滚轮及其连接的底座随着水平滑槽和斜滑槽滑动过程中，滚轮首先从水平滑槽进入到斜滑槽内，而此时的滑块仍然在水平滑槽内，处于水平状态，以滚轮和滑块之间形成一定角度，因此，固定在底座上方的整个料筒结构呈一定角度，料筒内材料倾斜，方便对不同角度下材料承压力学性能的测试，角度变化范围大且为连续的，无需人工调节。

2、该变角度散体充填材料试验装置，旋转转动杆及其连接的托料板，托料板的中间竖直伸缩安装有压板，通过旋转托料板来调节材料上表面的角度，因此，即使材料承受的压力始终在竖直方向，改变材料上表面角度后，材料受力方向也会发生变化，且不会受到底座角度改变的影响，既能够实现改变材料上部角度，检测不同压力角度情况下材料的性能，也能够改变材料下部角度，能够实现对充填体在不同受力角度下的性能检测。

3、该变角度散体充填材料试验装置，材料及其整个的材料填充装置受到压力时，料筒及其下端连接的伸缩底座被推入半圆板内，支撑弹簧不断被压缩，支撑弹簧被压缩的距离越大，表面材料受到的压力越大，为了保护整个装置，当材料受到一定压力时，支撑弹簧被压缩到一定距离时，此时下移的伸缩底座会推动底框侧壁上的移动块下移，与移动块连接的固定绳板随之下移，当移动块从矩形槽被推到矩形孔时，因为矩形孔的表面积大于移动块的表面积，以被推入矩形孔的移动块会直接脱离，与移动块连接的固定绳板和拉绳会直接与底框断开，整个材料填充装置及其下部的底座失去拉力，会沿着水平滑槽和斜滑槽下落，降低料筒内部的压力，防止设备损坏。

附图说明

图1为本发明主视角立体结构示意图；

图2为本发明后视角立体结构示意图；

图3为本发明变角度底架组件立体结构示意图；

图4为本发明材料填充装置主视角立体结构示意图；

图5为本发明材料填充装置后视角立体结构示意图；

图6为本发明材料填充装置内部结构示意图；

图7为本发明底框内部结构示意图；

图8为本发明移动块安装放大结构示意图。

图中：1、投料口；2、材料填充装置；3、排料口；4、变角度底架组件；5、电机；6、卷绕盘；7、拉绳；8、底座；9、滑块；10、矩形底架；11、水平滑槽；12、滚轮；13、斜底架；14、支撑柱；15、斜滑槽；16、弧形槽；17、料筒；18、端板；19、伸缩底座；20、底框；21、侧支撑板；22、转动杆；23、销轴；24、第一销孔；25、第二销孔；26、连接块；27、托料板；28、压板；29、半圆板；30、转动板；31、压柱；32、支撑弹簧；33、矩形孔；34、移动块；35、矩形槽；36、固定绳板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了变角度散体充填材料试验装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图8所示，变角度散体充填材料试验装置，包括变角度底架组件4及其上安装的材料填充装置2，变角度底架组件4包括固定在地面的矩形底架10，矩形底架10一体化连接有斜底架13，斜底架13底端固定连接有支撑柱14，矩形底架10和斜底架13的侧壁上分别穿设有水平滑槽11和斜滑槽15，矩形底架10的中间设置有底座8，水平滑槽11内滑动安装有滑块9，水平滑槽11内设置有滚轮12，滑块9和滚轮12均和底座8转动连接，材料填充装置2包括固定在底座8上端的底框20，底框20上端固定设置有伸缩底座19，伸缩底座19上端固定连接有料筒17，斜底架13的上端安装有电机5，电机5的输出端连接有卷绕盘6，卷绕盘6外表面卷绕有拉绳7，拉绳7的端部与伸缩底座19固定连接，料筒17表面的上下侧分别连接有投料口1和排料口3，在使用时，将需要检测的充填体材料从投料口1倒入料筒17内，将料筒17灌满，关闭投料口1和排料口3上的阀门，随后，打开电机5，电机5带动卷绕盘6旋转，并拉动拉绳7收缩，拉绳7收缩的过程中拉动整个材料填充装置2及其底部的底座8沿着水平滑槽11和斜滑槽15移动，其中，滑块9为方形块，而滚轮12为圆柱结构，因此，滑块9和滚轮12及其连接的底座8随着水平滑槽11和斜滑槽15滑动过程中，滚轮12首先从水平滑槽11进入到斜滑槽15内，而此时的滑块9仍然在水平滑槽11内，处于水平状态，以滚轮12和滑块9之间形成一定角度，因此，固定在底座8上方的整个料筒17结构呈一定角度，料筒17内材料倾斜，方便对不同角度下材料承压力学性能的测试；

滑块9只能在水平滑槽11内移动，因此，底座8及其上的料筒17的倾斜角度上限是斜底架13的倾斜角度，此时的滑块9移动至水平滑槽11和斜滑槽15的连通处，料筒17倾斜角度变化范围是水平0°到斜底架13的倾斜角度，角度调节方便，使用简单，此外，试验结束后，打开排料口3的阀门，试验材料直接从排料口3排放，随后关闭排料口3上的阀门，将需要进行试验的新的充填材料从投料口1倒入到料筒17内，上下料方便，完成一次检测后，能够快速的再进行一次检测。

作为本实施例中的一种优选实施方式，料筒17的前后端均固定连接有端板18，料筒17的上侧壁穿设有弧形槽16，料筒17内设置有托料板27，托料板27的中间竖直伸缩安装有压板28，相当于托料板27中间掏空，将压板28竖直伸缩安装在掏出的空内，充填体材料受到的是来自压板28的压力，托料板27只起到对充填体上表面角度固定的作用，压板28的上端固定连接有半圆板29，半圆板29上转动设置有压柱31，压柱31的上端固定连接有转动板30，底框20的两侧固定设置有侧支撑板21，侧支撑板21在底座8上端面固定设置，托料板27的两端中间固定连接有转动杆22，转动杆22在侧支撑板21上转动设置，转动板30置于弧形槽16内，利用底座8在水平滑槽11和斜滑槽15内移动，实现对料筒17内材料的角度变化，但是，这种改变的角度是整个料筒17的承压角度，即料筒17内材料本身的顶部角度和底部角度也同样发生变化，材料表面直接承压，压力方向始终是竖直向下的，这种情况只能检测材料在不同角度斜面上的性能，无法检测不同压力角度情况下材料的性能，因此，利用在底座8上移动的料筒17，来改变材料角度，这种角度作为材料底部角度变化，而材料上方角度变化的方式是，旋转转动杆22及其连接的托料板27，托料板27的中间竖直伸缩安装有压板28，通过旋转托料板27来调节材料上表面的角度，因此，即使材料承受的压力始终在竖直方向，改变材料上表面角度后，材料受力方向也会发生变化，且不会受到底座8角度改变的影响，另外因为充填体受到的是来自压板28的压力，而压板28受到的是来自转动板30及其连接的液压设备的压力，转动板30是转动安装的，所以不管充填体上表面的角度如何变化，托料板27及其中间压板28的角度如何变化，都能保证转动板30始终竖直向上，通过改变托料板27及其中间压板28的角度来改变充填体上表面的角度，实现转动板30对不同角度充填体进行下压，实现既能够改变材料上部角度，检测不同压力角度情况下材料的性能，也能够改变材料下部角度，能够实现对充填体在不同受力角度下的性能检测。

作为本实施例中的一种优选实施方式，转动杆22的上端固定连接有连接块26，底框20两侧的侧支撑板21上端分别穿设有若干第一销孔24和第二销孔25，连接块26通过销轴23分别与第一销孔24和第二销孔25连接，料筒17一侧的侧支撑板21上相邻第一销孔24之间的夹角为20°，料筒17另一侧的侧支撑板21上相邻第二销孔25之间的夹角为15°，材料上部角度改变的方式是旋转托料板27及其端部的转动杆22，转动杆22通过销轴23以及侧支撑板21上的销孔固定 ，其中，相邻第一销孔24之间的夹角为20°，相邻第二销孔25之间的夹角为15°，能够增大材料上部可变化的角度范围，提高检测精确度。

作为本实施例中的一种优选实施方式，伸缩底座19在底框20内伸缩安装，伸缩底座19底端面和底框20内底部之间连接有若干支撑弹簧32，底框20的侧壁穿设有矩形槽35和矩形孔33，矩形槽35和矩形孔33连通，矩形槽35和矩形孔33为T形，底框20内的矩形槽35一侧设置有移动块34，底框20外的矩形槽35一侧设置有固定绳板36，固定绳板36和拉绳7固定连接，当材料及其整个的材料填充装置2受到压力时，料筒17及其下端连接的伸缩底座19被推入底框20内，支撑弹簧32不断被压缩，支撑弹簧32被压缩的距离越大，表面材料受到的压力越大，为了保护整个装置，当材料受到一定压力时，支撑弹簧32被压缩到一定距离时，此时下移的伸缩底座19会推动底框20侧壁上的移动块34下移，与移动块34连接的固定绳板36随之下移，当移动块34从矩形槽35被推到矩形孔33时，因为矩形孔33的表面积大于移动块34的表面积，所以被推入矩形孔33的移动块34会直接脱离，与移动块34连接的固定绳板36和拉绳7会直接与底框20断开，整个材料填充装置2及其下部的底座8失去拉力，会沿着水平滑槽11和斜滑槽15下落，降低料筒17内部的压力，防止设备损坏。

作为本实施例中的一种优选实施方式，斜底架13和矩形底架10的角度为45°，是材料下部角度变化的上限。

本发明工作原理：在使用时，将需要检测的充填体材料从投料口1倒入料筒17内，将料筒17灌满，关闭投料口1和排料口3上的阀门，随后，打开电机5，电机5带动卷绕盘6旋转，并拉动拉绳7收缩，拉绳7收缩的过程中拉动整个材料填充装置2及其底部的底座8沿着水平滑槽11和斜滑槽15移动，其中，滑块9为方形块，而滚轮12为圆柱结构，因此，滑块9和滚轮12及其连接的底座8随着水平滑槽11和斜滑槽15滑动过程中，滚轮12首先从水平滑槽11进入到斜滑槽15内，而此时的滑块9仍然在水平滑槽11内，处于水平状态，所以滚轮12和滑块9之间形成一定角度，因此，固定在底座8上方的整个料筒17结构呈一定角度，料筒17内材料倾斜，方便对不同角度下材料承压力学性能的测试；

旋转转动杆22及其连接的托料板27，托料板27的中间竖直伸缩安装有压板28，通过旋转托料板27来调节材料上表面的角度，因此，即使材料承受的压力始终在竖直方向，改变材料上表面角度后，材料受力方向也会发生变化，且不会受到底座8角度改变的影响，实现既能够改变材料上部角度，检测不同压力角度情况下材料的性能，也能够改变材料下部角度，能够实现对充填体在不同受力角度下的性能检测；

当材料及其整个的材料填充装置2受到压力时，料筒17及其下端连接的伸缩底座19被推入底框20内，支撑弹簧32不断被压缩，支撑弹簧32被压缩的距离越大，表面材料受到的压力越大，为了保护整个装置，当材料受到一定压力时，支撑弹簧32被压缩到一定距离时，此时下移的伸缩底座19会推动底框20侧壁上的移动块34下移，与移动块34连接的固定绳板36随之下移，当移动块34从矩形槽35被推到矩形孔33时，因为矩形孔33的表面积大于移动块34的表面积，被推入矩形孔33的移动块34会直接脱离，与移动块34连接的固定绳板36和拉绳7会直接与底框20断开，整个材料填充装置2及其下部的底座8失去拉力，会沿着水平滑槽11和斜滑槽15下落，料筒17失去支撑力，料筒17内上方的转动板30失去支托力，转动板30及其料筒17内的材料瞬间失去压力，料筒17本身侧壁受到的压力也消失，避免压力过大，导致整个装置损坏。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。