一种落锤冲击试验机防二次冲击装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种落锤冲击试验机防二次冲击装置及其试验方法，特别是一种适用于岩土工程、采矿工程、土木工程中的落锤冲击实验的装置，属于工程实验设备技术领域。

背景技术

在岩石动力学实验中，使用落锤式冲击试验机对岩样进行一次或多次预冲击实验，进而分析研究岩样在不同次数预冲击下的损伤破坏情况，对岩石在不同损伤情况下的静动力学特性研究具有重要意义。

落锤式冲击试验机的原理是，将落锤提升至所需高度增加落锤重量，释放落锤做自由落体运动，使其以一定速度冲击试件，将重力势能转化为动能，以此对岩石试件造成损伤破坏。

实验过程中，落锤撞击岩石试样后会弹起，对试样造成二次或多次冲击损伤，影响实验结果中试件损伤情况的判断分析。因此需要一个防二次冲击装置，以实现防止落锤弹起或落锤弹起后与试件迅速分离的功能。现在的多数专利，机械式卡槽防止弹起对试件精准度较高，当试件尺寸在允许范围内波动时，可能会造成极迅速的、肉眼不可见的细微二次冲击，而影响到实验结果，不能保持实验准确性；单纯电磁装置在启动时间响应、落锤动能计算上间接影响实验结果的计算；弹簧式或楔形式分离、倒钩锁死式会在落锤弹起时强制使其停止上升运动，随着使用次数增加，会对一起造成磨损、损坏，影响之后使用；隔离式对于隔板或吸能板、缓冲板弹出、推出的高度有苛刻的要求，对于不同的试件，落锤弹起高度不同，当弹起高度较小时，隔板来不及推出或推出后由于高度较小，还是会对试件造成二次冲击损伤。

发明内容

本发明的目的在于针对以上装置的问题和不足，提供一种落锤冲击试验机防二次冲击装置及其试验方法，该落锤实验装置适用于不同规格试件，可更换锤头，达到不同的实验效果；防二次冲击装置具有响应快，操作简单，利用光传感器实现快速、准确捕捉落锤，将其提升，实现放锤-冲击-收锤自动化，保证试验结果的可靠性。

本发明采用的技术方案是：一种落锤冲击试验机防二次冲击装置，包括顶板14，底座1，支撑杆7、导向杆5、滑板4和控制器，底座1上安装载物台13，所述载物台13上安装垫块2，垫块2上放置试样19；底座1上部四周安装支撑杆7，支撑杆7顶部与顶板14连接，左右两侧两支撑杆7的中间安装导向杆5，导向杆5底部与底座1连接，顶部与顶板14连接，滑板4安装于两导向杆5上，滑板4下安装配重室22，配重室22内安装有配重片16，配重室22下安装锤头座3，锤头座3下安装落锤17，顶板14下端安装电磁捕捉提拉装置6，滑板4由磁性材料制成，四根支撑杆7的下端分别安装与试样19顶部齐平的红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10，红外线发射器Ⅰ12和光传感器Ⅰ8、红外线发射器Ⅱ11和光传感器Ⅱ10分别呈对角线安装，红外线发射器Ⅰ12、光传感器Ⅰ8、电磁捕捉提拉装置6均与控制器连接。

优选地，所述底座1下安装四个脚垫15，且四个脚垫15呈阵列分布。

优选地，所述滑板4与导向杆5接触处安装导向滑套18。

优选地，所述支撑杆7的顶端和末端均通过垫圈23和固定螺栓24固定在顶板14和底座1上，导向杆5顶端和末端均通过垫圈23和固定螺栓24固定在顶板14和底座1上。

优选地，所述红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10均通过卡簧Ⅰ9与支撑杆7固定。

优选地，所述配重室22正中安装固定杆21，配重片16套在固定杆21上，固定杆21上端搭配安装卡簧Ⅱ20。

优选地，所述落锤17底部设有螺纹，锤头座3上设有对应螺纹。

优选地，所述滑板4由铁磁性材料制成。

一种所述的落锤冲击试验机防二次冲击装置的试验方法，包括如下步骤：

Step1：初始状态时，电磁捕捉提拉装置6工作，滑板4与电磁捕捉提拉装置6磁吸在一起，位于导向杆5上方，红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11均为开启状态，光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10不断发出红外线光；

Step2：当控制器关闭电磁捕捉提拉装置6的同时，光传感器Ⅱ10关闭，滑板4呈自由落体运动，只有光传感器Ⅰ8接收到红外线光信号，当落锤17撞击试样19时，落锤17遮挡红外线，光传感器Ⅰ8接收不到红外线光信号，并将信号传递给控制器，此时，控制器打开光传感器Ⅱ10，当落锤17撞击后弹起，光传感器Ⅱ10接受到红外线光信号并传递信号给控制器，控制器启动电磁捕捉提拉装置6，对滑板4进行捕捉提拉，直至提拉至顶板14。

本发明的有益效果是：

1、本发明中设计配重室，可通过改变配重重量来实现不同冲击能量的设定，通过设计卡簧来避免在落锤弹起后由于惯性，配重室中的配重片随落锤弹起再落下，对配重室、落锤造成二次冲击而增大电磁对落锤捕捉提升难度。

2、本发明中防二次冲击装置操作结构简单，实验机制易实现，可对落锤进行准确捕捉，有效避免二次冲击对试样的再损坏。

3、本发明能有效降低多次试验对实验仪器的磨损，避免仪器寿命快速折减。

4、本发明适用于不同规格试样的落锤冲击试验。

附图说明

图1为本发明正面结构剖视图；

图2为本发明俯视结构剖视图；

图3为本发明红外线发射器Ⅰ与光感应器卡簧固定示意图；

图4为为本发明配重室卡簧固定示意图。

图中各标号为：1、底座；2、垫块；3、锤头座；4、滑板；5、导向杆；6、电磁捕捉提拉装置；7、支撑杆；8、光传感器Ⅰ；9、卡簧Ⅰ；10、光传感器Ⅱ10；11、红外线发射器Ⅱ；12、红外线发射器Ⅰ；13、载物台；14、顶板；15、脚垫；16、配重片；17、落锤；18、导向滑套；19、试样；20、卡簧Ⅱ；21、固定杆；22、配重室；23、垫圈；24、固定螺栓。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明具体操作、实施做进一步说明、描述。

实施例1：如图1-4所示，一种落锤冲击试验机防二次冲击装置，包括顶板14，底座1，支撑杆7、导向杆5、滑板4和控制器，底座1上安装载物台13，所述载物台13上安装垫块2，垫块2上放置试样19；底座1上部四周安装支撑杆7，支撑杆7顶部与顶板14连接，左右两侧两支撑杆7的中间安装导向杆5，导向杆5底部与底座1连接，顶部与顶板14连接，滑板4安装于两导向杆5上，滑板4下安装配重室22，配重室22内安装有配重片16，配重室22下安装锤头座3，锤头座3下安装落锤17，顶板14下端安装电磁捕捉提拉装置6，滑板4由磁性材料制成，四根支撑杆7的下端分别安装与试样19顶部齐平的红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10，红外线发射器Ⅰ12和光传感器Ⅰ8、红外线发射器Ⅱ11和光传感器Ⅱ10分别呈对角线安装，红外线发射器Ⅰ12、光传感器Ⅰ8、电磁捕捉提拉装置6均与控制器连接。

本申请中，支撑杆7、导向杆5均安装在顶板14与底座1之间，导向杆5的位置在同一侧相邻两支撑杆7中间且两导向杆5面对面安装。光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10分别接收红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11发出的红外线光。

进一步地，所述底座1下安装四个脚垫15，且四个脚垫15呈阵列分布，可以使得底座1放置的更加稳定。

进一步地，所述滑板4与导向杆5接触处安装导向滑套18。

进一步地，所述支撑杆7的顶端和末端均通过垫圈23和固定螺栓24固定在顶板14和底座1上，导向杆5顶端和末端均通过垫圈23和固定螺栓24固定在顶板14和底座1上，结构简单，拆装方便。

进一步地，所述红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10均通过卡簧Ⅰ9与支撑杆7固定，通过调节卡簧Ⅰ9，可调节红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10的高度。

进一步地，所述配重室22正中安装固定杆21，配重片16套在固定杆21上，固定杆21上端搭配安装卡簧Ⅱ20。

进一步地，所述落锤17底部设有螺纹，锤头座3上设有对应螺纹，可实现落锤头类型的更换。

进一步地，所述滑板4由铁磁性材料制成，包括铁钴镍等。

一种所述的落锤冲击试验机防二次冲击装置的试验方法，包括如下步骤：

本装置通过外接电源供电，本装置为提升高度固定，可通过改变配重室22中配重片16的重量改变冲击的动力势能。在试验时，先调节红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11、光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10的高度与试样19顶部平齐，保证红外线扫过试样19顶部后认可被光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10识别感应。

初始状态时，电磁捕捉提拉装置6工作，滑板4与电磁捕捉提拉装置6磁吸在一起，位于导向杆5上方，红外线发射器Ⅰ12、红外线发射器Ⅱ11均为开启状态，光传感器Ⅰ8、光传感器Ⅱ10不断发出红外线光，当控制器关闭电磁捕捉提拉装置6的同时，光传感器Ⅱ10关闭，滑板4呈自由落体运动，只有光传感器Ⅰ8接收到红外线光信号，当落锤17撞击试样19时，落锤17遮挡红外线，光传感器Ⅰ8接收不到红外线光信号，并将信号传递给控制器，此时，控制器打开光传感器Ⅱ10，当落锤17撞击后弹起，光传感器Ⅱ10接受到红外线光信号并传递信号给控制器，控制器启动电磁捕捉提拉装置6，对滑板4进行捕捉提拉，直至提拉至顶板14。

本装置能有效避免二次冲击的发生，工作原理简单，通过传感器对电磁开启的控制可以有效减少磁力对试验结果的影响；在试验中可以降低试验次数对落锤冲击试验机的损伤，减缓仪器使用寿命折减的速度。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本申请未做详细说明之处均为现有技术可以是实现的技术。