在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置

摘要

本发明公开了一种在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置，属于教学装置技术领域，包括升降平台，所述升降平台上设有工作面，所述工作面通过角度调节装置能与升降平台产生倾斜角度，工作面上固设有两个支撑板，两个支撑板之间设有第一伸缩杆和和第二伸缩杆，工作面上设有模拟装置和模型装置；模拟装置包括第一液压支架模型和施压装置；模型装置包括夹持装置和第二液压支架模型。本发明的教学效果好，一种教学装置能模拟不同的开采方法和多种不同的失稳状态，还能模拟不同的煤层倾角，操作方便，观察直观，适用于所有模拟不同煤层倾角的教学装置。

说明书

技术领域

本发明属于教学用具技术领域，涉及一种测试液压支架模型稳定性地教学装置，具体地说是一种在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置。

背景技术

教学模型在教学领域是不可或缺的用具，使用教学模型进行授课，能让学生直观地了解科学原理和工作过程，尤其是在工况复杂的煤层开采领域中，单纯的理论知识并不能满足授课要求。

现有技术中，各煤矿高等院校大都利用大型地下三维仿真工作面、巷道布置模型或多元数值仿真技术进行教学，大型地下三维仿真工作面真实还原了工作面的布置，但仅能将某一煤层倾角的工作面巷道布置表现清楚，无法同时模拟不同煤层倾角条件下工作面巷道布置及液压支架模型失稳时的多种姿态，并且大型三维地下仿真采煤系统建造复杂，造价高，不适用于教学，巷道布置模型与大型三维地下仿真采煤系统一样，均是只能模拟一种煤层倾角，实用性能差；多元数值仿真技术不能根据需要实时控制煤层倾角、工作面伪斜角度及液压支架失稳姿态，具有一定局限性，功能单一。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置，以达到操作简便，能模拟不同煤层倾角下工作面的巷道布置，能模拟第一液压支架模型在下不同受载条件和不同开采方法下的动态失稳状态及过程，能长时间直观地观察多种不同的静止失稳状态的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置，包括升降平台，所述升降平台上设有工作面，所述工作面通过角度调节装置能与升降平台产生倾斜角度，所述工作面上固设有两个支撑板，两个支撑板之间设有能伸缩的第一伸缩杆和和第二伸缩杆，所述工作面上可拆卸地设有多个用于模拟不同开采方法的模拟装置和可拆卸地设有多个用于观察不同失稳状态的模型装置；

所述模拟装置包括设于工作面上的第一液压支架模型和设于第一伸缩杆上用于为第一液压支架模型施加压力的施压装置；

所述模型装置包括设于第二伸缩杆上能调节角度的夹持装置和固设于夹持装置上的第二液压支架模型。

作为对本发明的限定：所述第一液压支架模型和第二液压支架模型的结构相同，均包括相互连接的底板、第一连接板、第二连接板和顶板，并形成一端开口的U型结构。

作为对本发明的进一步限定：所述施压装置包括固设于第一伸缩杆上的滑块、固设于滑块上的千斤顶、设于千斤顶上的万向头和设于万向头上与第一液压支架模型的顶板接触的传压板，所述千斤顶上设有压力传感器。

作为对本发明的另一种限定：所述夹持装置包括卡接在第二伸缩杆上的夹体、连接于夹体上用于使第二液压支架模型转动的转动旋钮、用于紧固夹体和第二伸缩杆的锁紧旋钮。

作为对本发明的限定：所述工作面上固设有滑轴，所述滑轴上套接有牛舌滑块，所述第二伸缩杆固设于牛舌滑块上。

作为对本发明的进一步限定：所述工作面上设有两个用于限定第一液压支架模型的方管，所述方管内设有用于将方管吸附在工作面上的磁铁。

作为对本发明的第三种限定：其特征在于：所述工作面上设有用于记录工作面倾斜角度的数显倾角仪。

作为对本发明的限定：所述工作面上设有用于记录第一液压支架模型沿工作面放置倾斜角度的数显角度尺，所述数显角度尺的一个尺边与工作面产生夹角的边平行，另一尺边与多个第一液压支架模型开口端的连线平行。

作为对本发明的进一步限定：所述传压板为柔性材质。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果在于：

（1）本发明实用性强，工作面的升降，能模拟不同的煤层倾角，第一伸缩杆能伸长和缩短，通过调整第一液压支架模型与工作面短边之间的角度，模拟不同的开采方法，第一液压支架模型上的施压装置能加载不同的压力，使第一液压支架模型的顶板承受不同的压力，产生不用的失稳姿态，能够直观的观察模第一液压支架模型的顶梁在不同受载条件下的动态失稳过程，并通过调整第二液压支架模型的状态，形成不同的失稳模型，便于学生长时间的观察和研究，可以将实验和模型对应观察，功能多，教学效果好；

（2）本发明夹持装置上的转动旋钮能使第二液压支架模型转动，调节第二液压支架模型的开口方向，使其对应不同的开采方法，锁紧旋钮能调节第二液压支架模型的前倾或后倾程度，使其对应不用受载情况下的失稳状态，使第二液压支架模型能有多种不同的失稳状态，便于学生观察；

（3）本发明数显角度尺能更加直观的调节第一液压支架模型与工作面短边支架的夹角，数显倾角仪能更加直观的调节工作面与升降平台支架的夹角，用于模拟不同的煤层倾角；

（4）本发明柔性材质的传压板能使其完全贴合第一液压支架模型的顶板，灵活性能更高。

综上所述，本发明的教学效果好，一种教学装置能模拟不同的开采方法和多种不同的失稳状态，还能模拟不同的煤层倾角，操作方便，观察直观，适用于所有模拟不同煤层倾角的教学装置。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为发明实施例的立体结构示意图；

图2为发明实施例的第一液压支架模型5的安装结构示意图；

图3为发明实施例的第一液压支架模型5与施压装置6安装的结构示意图；

图4为发明实施例的第二伸缩杆11与牛舌滑块13的连接结构示意图；

图5为发明实施例的第二液压支架模型10安装在第二伸缩杆11上的静止失稳状态结构示意图。

图中：1-升降平台，2-工作面，3-支撑板，4-第一伸缩杆，5-第一液压支架模型，51-顶板，52-第一连接板，53-第二连接板，54-底板，6-施压装置，61-滑块，62-千斤顶，63-万向头，7-压力传感器， 8-传压板，9-夹持装置，91-夹体，92-转动旋钮，93-锁紧旋钮，10-第二液压支架模型，11-第二伸缩杆，12-滑轴，13-牛舌滑块，14-数显倾角仪，15-数显角度尺，16-方管，17-磁铁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置为优选实施例，仅用于说明和解释本发明，并不构成对本发明的限制。

实施例 在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置

本实施例如图1-5所示，一种在不同煤层倾角下测试液压支架模型稳定性的教学装置，包括升降平台1，所述升降平台1采用现有技术，即升降平台1能上下升降高度，便于适应不同的授课人群。所述升降平台1上设有工作面2，所述工作面2通过角度调节装置能与升降平台1产生倾斜角度，所述调节装置采用气缸，所述气缸固定在升降平台1内，气缸的伸缩杆与工作面2连接，如图1所示，所述工作面2的前面和升降平台1的前面转动连接，所述工作面2的后面通过气缸的升降能带动工作面2升降，与升降平台1之间产生夹角，记为α，用α的大小模拟煤层的倾角，通过调节工作面2倾斜的α角来模拟不同的煤层倾角。所述工作面2上设有用于记录工作面2倾斜角度的数显倾角仪14，所述数显倾角仪14用于记录工作面2的倾斜角度，便于直接观察。

所述工作面2的前后固设有两个支撑板3，两个支撑板3相对的一面均设有凹槽，所述凹槽内滑动连接有的第一伸缩杆10，所述第一伸缩杆10采用伞的主杆结构，能伸长或缩短，所述工作面2上可拆卸地设有五个模拟装置，并且可拆卸地设有四个用于观察不同失稳状态的模型装置，所述模拟装置用来模拟失稳过程中的动态状态，所述模型装置用来模拟某一个静置失稳状态，方便教学，也有利于学生对其观察和研究。所述模拟装置位于工作面2的左侧，所述模型装置位于工作面2的右侧，方便对比观察，也方便调节。

所述模拟装置包括设于工作面2上的第一液压支架模型5和设于第一伸缩杆10上用于为第一液压支架模型5施加压力的施压装置6，所述第一液压支架模型5包括相互连接的底板54、第一连接板52、第二连接板53和顶板51，所述底板54和顶板51平行设置，所述第一连接板52和第二连接板53将底板54和顶板51连接起来，并形成一端开口的U型结构，所述底板54放置在工作面2上。所述施压装置6包括依次连接的滑块61、千斤顶62、万向头63和传压板8，所述滑块61通过螺栓固定在第一伸缩杆10上，所述传压板8贴合在第一液压支架模型5的顶板51上，所述传压板8为柔性材质，能很好的与顶板51贴合，且不对顶板51造成伤害。所述千斤顶62上设有压力传感器7，用于记录千斤顶62对第一液压支架模型5施加的压力。

五个第一液压支架模型5的底板54在放置时形成一条线，当五个第一液压支架模型5的底板54连线向右倾斜时，即图1中的直线AD，当五个第一液压支架模型5的底板54连线向左倾斜时，即图1中的直线AB，在A处做与工作面2短边平行的直线AC，将直线AD与AC形成的夹角∠CAD，记为β，用于模拟第一液压支架模型5与煤层之间形成的伪俯斜角，将直线AB与AC形成的夹角∠CAB，记为γ，用于模拟第一液压支架模型5与煤层之间形成的伪仰斜角，所述工作面2上设有数显角度尺15，所述数显角度尺15的一个尺边与直线AC平行，另一尺边与直线AD平行，当需要改变β的角度时，先调节好数显角度尺15的夹角数值，然后将五个第一液压支架模型5的底板54沿数显角度尺15的尺边排开，所述第一液压支架模型5的开口端朝向β角，同理，调节γ角的大小。所述施压装置6位于第一液压支架模型5顶板51的中心，将每个第一液压支架模型5的顶板51上均设置施压装置6，然后调整第一伸缩杆10，使其长度能将五个滑块61串联起来，并适应第一液压支架模型5顶板51形成的角度。

所述工作面2上固设有两个滑轴12，所述两个滑轴12位于两个支撑板3之间，且前后放置，所每个滑轴12上均套接有牛舌滑块13，两个牛舌滑块13之间连接有第二伸缩杆11，即第二伸缩杆11和第一伸缩杆4的结构相同，均能伸缩，所述第二伸缩杆11的两端分别固定在两个牛舌滑块13上，所述模型装置包括设于第二伸缩杆11上能调节角度的夹持装置9和固设于夹持装置9上的第二液压支架模型10，所述第二液压支架模型10的结构与第一液压支架模型5的结构相同。所述夹持装置9包括卡接在第二伸缩杆11上的夹体91、转动连接于夹体91上的转动旋钮92、用于紧固夹体91和第二伸缩杆11的锁紧旋钮93，所述夹体91卡接在第二伸缩杆11上，通过锁紧旋钮93固定，并能绕第二伸缩杆11转动，用于模拟第二液压支架模型10的前倾和后倾的角度，所述转动旋钮92能使第二液压支架模型10进行360度的转动，用于调节第二液压支架模型10的开口方向，是第二液压支架模型10能固定多种不同的状态。

所述工作面2上设有两个用于限定第一液压支架模型5的方管16，所述方管16内设有用于将方管16吸附在工作面2上的磁铁17，所述第一液压支架模型5设置在两个方管16之间，防止第一液压支架模型5与支撑板3接触，不利于调节角度。所述方管16的固定方式采用磁吸，当工作面2上设有四个或者三个第一液压支架模型5时，使两个方管16相互靠近，防止第一液压支架模型5沿工作面2的倾斜角度下滑。

本实施例的工作原理为：当需要模拟不同的煤层倾角时，升降气缸，调节工作面2与升降平台1之间的α角度，通过数显倾角仪14观察角度，达到需要的角度时即停止气缸的升降，将工作面2固定到一个需要的角度，然后固定数显角度尺15，使一个尺边与工作面2的短边平行，另一个尺边通过显示的角度，固定在一个需要的数值，然后固定第一液压支架模型5，使多个第一液压支架模型5的底板54连线与数显角度尺15的另一个尺边平行，以确定β角，用于模拟伪俯斜开采方法，当多个第一液压支架模型5的底板54连线向左方倾斜时，两个数显角度尺15的边形成γ角，用于模拟伪仰斜的开采方法，同时调节每个第一液压支架模型5上的千斤顶62，对第一液压支架模型5的顶板51施加压力，观察每个第一液压支架模型5的动态失稳程度。右侧的第二液压支架模型10用于模拟某一个静止的失稳状态，用于教学和研究。

本实施例中需要注意的是：以第一液压支架模型5的开口方向为推进方向，当五个第一液压支架模型5的底板54连线（直线AD）位于与工作面2的短边平行的直线AC右侧时，即回风巷超前于运输巷时，为伪俯斜开采方法，即在煤层厚度和煤层倾角较大，煤质松软容易片帮或瓦斯含量较大的情况下，宜采用伪俯斜的开采方法。当五个第一液压支架模型5的底板54连线（直线AD）位于与工作面2的短边平行的直线AC左侧时，即回风巷滞后于运输巷时，为伪仰斜开采方法，即在顶板51比较稳定、煤质较硬、顶板51淋水较大或煤层易自燃，需在采空区进行注浆的情况下，宜采用伪仰斜的开采方法。