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原文传递视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置及方法

专利名称：	视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置及方法
摘要：	视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，包括顶部敞口的混凝土固定槽，混凝土固定槽内上部设置有成模箱，成模箱的顶部与固定板之间设置有上定位封堵系统，上定位封堵系统上设置有切割取样系统，成模箱的底部与混凝土固定槽底部之间设置有下加压系统，成模箱的左侧部与混凝土固定槽左侧壁之间设置有左加压系统，成模箱的前侧部与混凝土固定槽前侧壁之间设置有前加压系统。本发明还公开了视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法。本发明的三轴压制过程更符合原地层的受力状态，且型煤压制过程中样品所受应力分布更均匀；型煤压制过程中可监控煤样视密度变化，从而可以控制不同煤样的压制程度；最大限度的减小脱模过程中煤样的损伤。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	潘结南;牟朋威;王凯;葛涛元;王珂;王相龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910597638.0
公开号：	CN110132703A
代理机构：	郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	朱俊峰
分类号：	G01N1/36(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	454000 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，其特征在于：包括顶部敞口的混凝土固定槽（2），混凝土固定槽（2）内底部预埋有四根呈矩形阵列布置的承重立柱（3），四根承重立柱（3）上端伸出混凝土固定槽（2）并水平设有一块固定板（14）；混凝土固定槽（2）内上部设置有整体呈长方体形状的成模箱（1），成模箱（1）的右侧面和后侧面均浇筑在混凝土固定槽（2）的右侧壁和后侧壁内，四根承重立柱（3）垂直穿过成模箱（1）的侧壁并与成模箱（1）固定连接，成模箱（1）的顶部、底部、左侧部和前侧部均设置有一个矩形孔，成模箱（1）内部的压模腔（18）的横截面、顶部的矩形孔和底部的矩形孔大小相等且上下对应，成模箱（1）的顶部与固定板（14）之间设置有上定位封堵系统，上定位封堵系统上设置有切割取样系统，成模箱（1）的底部与混凝土固定槽（2）底部之间设置有下加压系统，成模箱（1）的左侧部与混凝土固定槽（2）左侧壁之间设置有左加压系统，成模箱（1）的前侧部与混凝土固定槽（2）前侧壁之间设置有前加压系统。 2.根据权利要求1所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，其特征在于：上定位封堵系统包括多级液压缸（24）、活动板（13）和上四棱柱塞（19），多级液压缸（24）的缸体上端固定在固定板（14）的下表面，活动板（13）平行于固定板（14）且滑动连接在四根承重立柱（3）上，多级液压缸（24）的伸缩杆下端与活动板（13）上表面连接，上四棱柱塞（19）上端固定连接在活动板（13）下表面，上四棱柱塞（19）下端部对应伸入到成模箱（1）顶部的矩形孔内，上四棱柱塞（19）下端侧部四周与成模箱（1）顶部的矩形孔孔壁之间具有0.5-1mm的间隙。 3.根据权利要求2所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，其特征在于：切割取样系统包括切样液压缸（22）、法兰盘（21）和切割刀片（30），切样液压缸（22）设置有两个，切割刀片（30）设置有四块，法兰盘（21）中部开设有用于穿过上四棱柱塞（19）的透孔，法兰盘（21）位于活动板（13）下方，法兰盘（21）平行于活动板（13）且滑动连接在四根承重立柱（3）上，两个切样液压缸（22）分别设置在上四棱柱塞（19）的左侧和右侧，切样液压缸（22）的缸体固定连接在活动板（13）下表面，切样液压缸（22）的伸缩杆下端连接在法兰盘（21）的上表面，四块切割刀片（30）分别设置在上四棱柱塞（19）的四周，每块切割刀片（30）上端均连接有一块L型连接板（20），L型连接板（20）通过固定螺丝（26）连接在法兰盘（21）下表面，每块切割刀片（30）的内表面均与上四棱柱塞（19）的外侧面接触，每块切割刀片（30）下端部均伸入到所述的间隙内，每块切割刀片（30）下端边缘设置有切割刃。 4.根据权利要求3所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，其特征在于：下加压系统包括下加压液压缸（12）、下水平导板（29）和下四棱柱塞（9），下加压液压缸（12）的缸体下端固定在混凝土固定槽（2）底部，下水平导板（29）滑动连接在四根承重立柱（3）上，下加压液压缸（12）的伸缩杆上端连接在下水平导板（29）下表面，下四棱柱塞（9）下端固定连接在下水平导板（29）上表面，下四棱柱塞（9）的横截面与成模箱（1）底部的矩形孔相适配，下四棱柱塞（9）上端部伸入到成模箱（1）底部的矩形孔内；左加压系统包括左加压液压缸（10）、左竖向导板（27）、左四棱柱塞（7）和四根左定位导柱（15），四根左定位导柱（15）均沿左右方向水平设置，左定位导柱（15）的左端浇筑在混凝土固定槽（2）的左侧壁内，左定位导柱（15）的右端与成模箱（1）的左侧壁固定连接，左竖向导板（27）滑动连接在在四根左定位导柱（15）上，左加压液压缸（10）的缸体左端固定在混凝土固定槽（2）左侧壁上，左加压液压缸（10）的伸缩杆右端与左竖向导板（27）左侧面连接，左四棱柱塞（7）左端固定连接在左竖向导板（27）右侧面，左四棱柱塞（7）的横截面与成模箱（1）左侧部的矩形孔相适配，左四棱柱塞（7）左端部伸入到成模箱（1）左侧部的矩形孔内；前加压系统包括前加压液压缸（11）、前竖向导板（28）、前四棱柱塞（8）和四根前定位导柱（16），四根前定位导柱（16）均沿前后方向水平设置，前定位导柱（16）的前端浇筑在混凝土固定槽（2）的前侧壁内，前定位导柱（16）的后端与成模箱（1）的前侧壁固定连接，前竖向导板（28）滑动连接在在四根前定位导柱（16）上，前加压液压缸（11）的缸体前端固定在混凝土固定槽（2）前侧壁上，前加压液压缸（11）的伸缩杆后端与前竖向导板（28）前侧面连接，前四棱柱塞（8）前端固定连接在前竖向导板（28）后侧面，前四棱柱塞（8）的横截面与成模箱（1）前侧部的矩形孔相适配，前四棱柱塞（8）后端部伸入到成模箱（1）前侧部的矩形孔内。 5.根据权利要求4所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置，其特征在于：混凝土固定槽（2）内底部设置有下红外位移传感器（17），混凝土固定槽（2）内左侧部设置有邻近左加压系统的左红外位移传感器（5），混凝土固定槽（2）内前侧部设置有邻近前加压系统的前红外位移传感器（4）。 6.采用如权利要求5所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）先对煤粉称重，再加入粘结剂，搅拌均匀后成为煤样；（2）将煤样装入到成模箱（1）的压模腔（18）内；（3）预压煤样；（4）压制煤样，制成型煤试样；（5）取出型煤试样；（6）清理成模箱（1）的压模腔（18）内的废料。 7.根据权利要求6所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为：根据所要压制的型煤密度计算出所需煤粉的质量，计算公式如下：其中：为煤粉与粘结剂的总质量（g），为实验设置密度(g/cm3)，V为成模箱成模部分体积(cm3)，压模腔（18）的体积为，在称好的煤粉中倒入一定量的粘结剂，粘结剂的质量为煤粉质量的5%-6%，搅拌均匀后备用。 8.根据权利要求7所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法，其特征在于：步骤（2）的具体过程为：启动多级液压缸（24），多级液压缸（24）收缩，使活动板（13）沿承重立柱（3）向上移动，同时启动切样液压缸（22），切样液压缸（22）收缩至最短，上四棱柱塞（19）下端向上离开成模箱（1）顶部的矩形孔，直至留出足够的空间通过成模箱（1）顶部的矩形孔向压模腔（18）装入煤样；启动左加压液压缸（10），使左加压液压缸（10）收缩至最短，此时左四棱柱塞（7）的右端面刚好位于成模箱（1）左侧部的矩形孔的外端口处；启动前加压液压缸（11），使前加压液压缸（11）收缩至最短，此时前四棱柱塞（8）的后端面刚好位于成模箱（1）前侧部的矩形孔的外端口处；启动下加压液压缸（12），使下加压液压缸（12）收缩至最短，此时下四棱柱塞（9）的上端面刚好位于成模箱（1）底部的矩形孔的外端口处；将称好的搅拌均匀的煤样从成模箱（1）顶部的矩形孔倒入压模腔（18）内部，边倒边将煤粉整平，直至煤粉全部装入压模腔（18）内。 9.根据权利要求8所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为：启动切样液压缸（22），使切割刀片（30）下边沿与上四棱柱塞（19）下端面齐平，然后启动多级液压缸（24），多级液压缸（24）伸长，驱动上四棱柱塞（19）和切割刀片（30）的下端完全刚好充满成模箱（1）顶部的矩形孔，同时将下红外位移传感器（17）、左红外位移传感器（5）和前红外位移传感器（4）的读数全部归0；启动下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10），下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10）伸长，分别驱动下四棱柱塞（9）、前四棱柱塞（8）和左四棱柱塞（7）向压模腔（18）移动，对煤样进行初步压制，下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10）的压力达到10MPa，并使下红外位移传感器（17）、左红外位移传感器（5）和前红外位移传感器（4）的读数保持一致，维持该压力10min，此过程中尽可能地保证煤样成型并排出煤样内空气防止压样不均匀，计算此时煤样密度，在t 时刻煤样视密度的计算公式如下：其中：为t 时刻煤样视密度（cm3），为计算样品总质量（g），为下红外位移传感器（17）测得的下加压液压缸（12）的位移数值（cm），为左红外位移传感器（5）测得的左加压液压缸（10）的位移数值（cm）；为前红外位移传感器（4）测得的前加压液压缸（11）的位移数值（cm）；步骤（4）的具体过程为：依据上述计算公式在线计算煤样视密度，继续启动下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10）伸长，驱动下四棱柱塞（9）、前四棱柱塞（8）和左四棱柱塞（7）以相同的速率向压模腔（18）推进，直至监测密度达到指定密度，此时调节下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10），维持下红外位移传感器（17）、左红外位移传感器（5）和前红外位移传感器（4）的读数不再改变，维持该位移条件60min不变；再启动下加压液压缸（12）、前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10）缓慢卸压直至三者压力均为10MPa时，停止卸压。 10.根据权利要求8所述的视密度可控的构造煤块状型煤三轴制样装置的制样方法，其特征在于：步骤（5）的具体过程为：启动切样液压缸（22），驱动切割刀片（30）缓慢下降直至切割刀片（30）完全切入压模腔（18），此时切样液压缸（22）停止加压；启动前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10），卸掉前后和左右方向的压力；启动下加压液压缸（12），驱动使下四棱柱塞（9）上升，同步启动多级液压缸（24）使得活动板（13）、上四棱柱塞（19）、切割刀片（30）、下四棱柱塞（9）、下水平导板（29）连同切成的型煤样品同步缓慢上升，直至下四棱柱塞（9）完全进入成模箱（1）内部，下加压液压缸（12）停止加压，关闭多级液压缸（24），卸掉其中相邻两侧面的切割刀片（30），即拆下固定螺丝（26），拆除L型连接板（20）和切割刀片（30），再次启动多级液压缸（24），使活动板（13）和上四棱柱塞（19）继续上升至适当高度，取出型煤煤样；步骤（6）的具体过程为：启动下加压液压缸（12）使其缩至最短，启动前加压液压缸（11）和左加压液压缸（10），使前四棱柱塞（8）和左四棱柱塞（7）完全进入成模箱（1），此时前四棱柱塞（8）的后端面与压模腔（18）的前侧壁齐平，左四棱柱塞（7）的右端面与压模腔（18）的左侧壁齐平，接着启动下加压液压缸（12）使下四棱柱塞（9）向上完全进入成模箱（1），下四棱柱塞（9）上端伸出压模腔（18），从下四棱柱塞（9）上端面取出煤样废料，并清理下四棱柱塞（9）的上端面，完成废料清理作业。
所属类别：	发明专利