(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211313419.3 (22)申请日 2022.10.25 (71)申请人 西南交通大 学 地址 611756 四川省成 都市郫都区犀安路 999号 (72)发明人 金涛　胡卸文　周永豪　龚学强　 刘刚　罗刚　韩玫　吴建利　 周瑞宸　张瑜　段雯超　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 邓永红 (51)Int.Cl. G01N 3/307(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种用于冲击试验的岩石发射装置及应用 方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于冲击试验的岩石发 射装置及应用方法， 包括支架系统、 发射系统、 牵 引动力系统和电路系统； 支架系统起到整个装置 支撑受力与安装调整的作用； 岩石发射装置的发 射原理为： 开始试验时， 电机 带动主动齿轮旋转， 然后带动从动齿轮， 迫使齿状卡带向后移动， 从 而压缩高强弹簧， 借用棘轮机构固定齿状卡带积 累弹性势能。 当弹簧压缩到预定位置时， 关闭电 机， 通过旋柄将从动齿轮从主动齿轮和齿状卡带 之间抽离 出来， 进而规避从动齿轮对岩石弹拖释 放的影响。 通过电磁铁， 进行高强弹簧弹性势能 的释放， 从而对岩石进行加速。 对不同质量岩样 的速度标定， 模拟真实情况下， 不同质量岩石的 冲击效果， 灵活可调， 自动化程度高、 经济适用、 方便实施。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 115541418 A 2022.12.30 CN 115541418 A 1.一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 包括支架系统、 发射系统、 动力系 统和供电系统； 所述支架系统： 试验台(11)； 所述试验台(11)上开设有条型槽， 所述发射系统部分设置 在条型槽内的一端， 所述发射系统滑动连接条型槽； 位于试验台(11)的条型槽另一端处开 设有柱形凹槽， 所述柱形凹槽用于安置动力系统， 所述试验台(11)内设置有置物板(13)， 所 述置物板(13)安装在试验台(11)内， 所述供电系统安装在置物板(13)上； 所述供电系统供 电于动力系统， 所述动力系统驱动所述发射系统发射； 所述发射系统包括： 载物台(21)、 实验岩样(23)、 高强弹簧(24)、 弹簧底座(25)、 滑动机 构； 所述载物台(21)包括后缘板(212)、 侧缘板(213)和岩石弹拖(214)； 所述滑动机构安装 在条型槽内并于岩石弹拖(214)刚性相连； 所述实验岩样(23)放置在岩石弹拖(214)上， 所 述侧缘板(213)安装在岩石弹拖(214)的运动方向两侧， 所述后缘板(212)安装在岩石弹拖 (214)的弹簧蓄力运动方向面上， 所述弹簧底 座(25)固定安装在试验台(11)上， 所述高强弹 簧(24)的一端安装在后缘板(212)上， 另一端安装在弹簧底座(25)上。 2.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述滑动机 构包括： 钢珠(22)和钢珠轨槽(12)； 所述钢珠轨槽(12)安装在条型槽两侧用于钢珠(22)运 动， 所述钢珠(2 2)与岩石弹拖(214)刚性连接 。 3.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述弹簧底 座(25)沿条型槽的轴线左右对称分布， 所述高强弹簧(24)的一端安装在后缘板(212)靠近 两端的位置上； 所述试验台(11)上还设置有： 弹性桩(15)， 所述弹性桩(15)安装在靠近发射 系统初始位置处的两侧， 并于弹簧底 座(25)处于同一条水平线上， 用于在后缘板(212)恢复 初始状态运动时， 对其进行限位并抵消弹力， 在初始状态时， 所述发射系统的岩石弹拖 (214)位于条型槽的左侧， 高强弹簧(24)处于无力状态； 在发射状态时， 所述发射系统的岩 石弹拖(214)位于条 型槽的右侧， 高强 弹簧(24)处于 压缩状态。 4.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述动力系 统包括： 齿状卡带(31)、 卡齿(321)、 弹簧(322)、 电磁铁(331)、 电磁铁供电线(332)、 铁片 (333)、 从动齿轮(341)、 从动齿轮旋转轴(342)、 直线轴承(35)、 螺纹杆(361)、 旋柄(362)、 主 动齿轮(37)、 轴承(38)； 所述齿状卡带(31)位于试验台(11)表面， 一端与后缘板(212)相连， 所述卡齿(321)位于齿状卡带(31)下侧， 卡齿(321)本身连有一根刚性杆， 刚性杆另一端连 接铁片(333)， 铁片(333)下侧间隔安装有电磁铁(331)， 所述电磁铁(331)通电吸附铁片 (333)， 带动卡齿(321)脱离齿状卡带(31)， 所述弹簧(322)一端与卡齿(321)相连， 另一端固 定在试验台(1 1)内； 主动齿轮(37)与从动齿轮(341)啮合， 从动齿轮转轴(342)穿过从动 齿轮(341)， 螺纹杆 (361)与从动齿轮转轴(342)采用轴承(38)连接， 螺纹杆(361)与轴承(38)内环刚接， 从动齿 轮转轴(342)与轴承(38)外环刚接， 从动齿轮转轴(342)另一端采用直线轴承(35)固定， 螺 纹杆(361)外侧安装有旋柄(3 62)。 5.根据权利要求4所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述卡齿 (321)、 弹簧(32 2)、 电磁铁(3 31)、 电磁铁供电线(3 32)和铁片(3 33)分布在试验台(1 1)内。 6.根据权利要求4所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述从动齿 轮(341)安装在柱形凹槽内并与齿状卡带(31)啮合， 驱动齿状卡带(31)运动， 并对高强弹簧权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115541418 A 2(24)进行压缩， 所述主动齿轮(37)安装在试验台(1 1)内部。 7.根据权利要求4述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述供电系统 包括： 电机(411)、 电机转轴(412)、 电机供电线(413)、 电机支架(42)、 控制面板(43)、 电线 (44)和电箱(45)； 所述电机支架(42)固定连接电机(411)， 所述电机转轴(412)穿过主动齿 轮(37)中心， 所述电箱(45)通过电机供电线(413)、 电磁铁供电线(332)和电线(44)分别给 电机(411)、 电磁铁(331)和控制面板(43)供电， 其中， 所述控制面板(43)设置于试验台(11) 表面， 所述电机(41 1)、 电机转轴(412)和电箱(45)安装在置物板(13)上。 8.根据权利要求7所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 电机(411) 通过电机转轴(412)为主动齿轮(37)提供动力， 主动齿轮(37)通过齿合迫使从动齿轮(341) 转动， 从动齿轮(341)再带动齿状卡带(31)移动， 岩石弹拖(214)向后移动， 高强弹簧(24)受 压缩蓄能， 岩石弹拖(214)移动到预定位置， 关闭电机(411)， 利用旋柄(362)旋转螺纹杆 (361)改变从动齿轮(341)位置， 使从动齿轮(341)与齿状卡带(31)分离， 规避岩石弹拖释放 过程中从动齿轮(341)的影响； 电磁铁(331)通电吸附铁片(333)， 带动卡齿(321)脱离齿状 卡带(31)， 岩石弹拖(214)在高强弹簧(24)作用下无阻碍向前运动； 岩石弹拖(214)到达轨 道终点， 高强弹簧(24)势能释放完毕， 岩石弹拖(214)撞到弹性桩(15)停下， 实验岩样(23) 在惯性作用下被发射出去， 设置在试验台(11)表 面的测速仪(16)可测得实验岩样(23)的发 射速度。 9.根据权利要求4所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 其特征在于， 所述柱形凹 槽贯通试验台(11)内部， 所述柱形凹槽内壁的两侧还开设有 圆柱形凹槽(14)， 所述从动齿 轮(341)分布在柱形凹槽内， 所述螺纹杆(361)穿过一侧的圆柱形凹槽(14)后通过安装轴承 (38)与从动齿轮旋转转轴(342)连接， 所述 从动齿轮旋转转轴(342)插入另一侧的圆柱形凹 槽(14)内采用直线轴承(3 5)固定。 10.一种用于冲击试验的岩石发射装置的应用方法， 其特征在于， 应用于权利要求1 ‑9 中所述的一种用于冲击试验的岩石发射装置， 所述方法包括： S1、 实验前标定： 通过实验， 标定岩样的标准速度大小； 通过齿轮带动齿状卡带移动， 改 变高强弹簧压缩长度； 通过测速仪测量岩样发射的初速度； 从而标定岩样达到发射速度所 需要的弹簧压缩长度， 进 而在控制面板上设置好相应的电流电压； S2、 实验前准备： 启动供电系 统， 调节岩石弹拖位于最左端初始位置， 调节卡齿固定住 齿状卡带， 并转动螺纹杆旋柄使从动齿轮到 达预定位置； S3、 放置实验岩样： 将实验岩样放置在岩石弹拖载物台上， 岩样需放置平稳， 贴近岩石 弹拖后缘板， 同时岩石弹拖两侧设有挡板， 防止岩样发射过程中发生相对位移， 脱离岩石弹 拖； S4、 调节发射位置： 在控制面板中按下电机控制按钮， 启动动力系统， 主动齿轮带动从 动齿轮开始 转动， 从动齿轮转动使得齿状卡带向后移动， 发射系统压缩弹簧， 直至弹簧压缩 到标定位置， 关闭动力系统， 弹簧停止 压缩， 发射系统在卡齿的