一种地表移动变形模拟实验平台论文和设计-戴华阳

全文摘要

本实用新型公开一种地表移动变形模拟实验平台，包括可伸缩胶膜、可进行水平方向X、Y和竖直方向Z的三维移动机构、固定底座和控制台；可伸缩胶膜安装在三维移动机构的顶端，三维移动机构安装在固定底座上，控制台的信号输出端与三维移动机构的信号输入端连接；通过控制台设置三维移动机构的顶端的下沉值和水平移动值，控制台根据预先设置好的三维移动机构的顶端的下沉值和水平移动值，向三维移动机构发出控制信号，三维移动机构的顶端带动可伸缩胶膜升降运动和水平运动，实验时即可产生模拟所需的地表移动变形，实现对地表各种移动变形过程和状态的模拟。

主设计要求

1.一种地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，包括可伸缩胶膜(200)、三维移动机构(300)、固定底座和控制台；所述可伸缩胶膜(200)安装在所述三维移动机构(300)的顶端且所述可伸缩胶膜(200)在所述三维移动机构(300)的驱动下进行水平X、Y方向和竖向Z方向的三维移动，所述三维移动机构(300)安装在所述固定底座上，所述控制台的信号输出端与所述三维移动机构(300)的信号输入端连接；通过所述控制台设置所述三维移动机构(300)的顶端的下沉值和水平移动值，所述控制台根据预先设置好的所述三维移动机构(300)的顶端的下沉值和水平移动值，向所述三维移动机构(300)发出的升降运动和\/或水平运动的控制信号，所述三维移动机构(300)的顶端带动所述可伸缩胶膜(200)升降运动和\/或水平运动，实验时即可产生模拟所需的地表移动变形，实现对地表各种移动变形过程和状态的模拟。

设计方案

2.根据权利要求1所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述三维移动机构(300)包括m*n个，按横成m行、纵成n列排列；所述三维移动机构(300)安装在所述固定底座上，组成三维移动机构组。

3.根据权利要求2所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述三维移动机构(300)行数m大于或等于3，所述三维移动机构(300)列数n大于或等于3，以便完整模拟下沉、倾斜、曲率、扭曲、水平移动、水平变形、以及剪应变的移动变形量。

4.根据权利要求1-3任一所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述三维移动机构(300)包括沿X方向移动变形机构(320)和沿Z方向移动变形机构(310)，所述可伸缩胶膜(200)在所述沿X方向移动变形机构(320)驱动下沿X方向作往复运动，所述沿X方向移动变形机构(320)在所述沿Z方向移动变形机构(310)驱动下沿Z方向作往复运动；所述沿X方向移动变形机构(320)包括沿X方向移动变形电机(321)、沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)和载物台(323)；沿Z方向移动变形机构(310)包括底座(311)、沿Z方向移动变形电机(312)、沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)和支撑架(315)；所述可伸缩胶膜(200)与所述载物台(323)上端可拆卸连接，所述载物台(323)下端与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的滑块可拆卸连接，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的机座和所述沿X方向移动变形电机(321)分别安装在所述支撑架(315)上端上，所述支撑架(315)的下端与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的滑块可拆卸连接，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的下端与所述底座(311)可拆卸连接，所述沿Z方向移动变形电机(312)安装在所述底座(311)上；所述沿X方向移动变形电机(321)与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的丝杠传动连接；所述沿Z方向移动变形电机(312)与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的丝杠传动连接。

5.根据权利要求4所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述可伸缩胶膜(200)与万向球(340)的球座可拆卸连接，所述万向球(340)的球体通过螺柱(350)与所述载物台(323)可拆卸连接。

6.根据权利要求4所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述支撑架(315)包括上底板(318)、下底板(316)和两个侧板(317)，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)安装在所述上底板(318)上板面上，所述沿X方向移动变形电机(321)安装在所述上底板(318)下板面上，所述上底板(318)与所述侧板(317)上端固定连接，所述侧板(317)下端与所述下底板(316)上板面固定连接，所述下底板(316)与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的滑块可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述底座(311)上绕所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的丝杠周向设有导向杆(314)，所述导向杆(314)的下端与所述底座(311)上板面可拆卸连接，所述导向杆(314)的上端穿过所述下底板(316)上的导向孔与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的支撑座可拆卸连接；位于所述下底板(316)上方的所述导向杆(314)上套有导向套筒(319)，所述导向套筒(319)下端与所述下底板(316)上板面固定连接。

8.根据权利要求7所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的滑块上设有沿X方向运动限位用遮光片(360)，所述上底板(318)设有沿X方向运动限位用光电开关(370)，在所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的滑块沿所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台(322)的丝杠轴向往复运动时，所述沿X方向运动限位用遮光片(360)从所述沿X方向运动限位用光电开关(370)的发射器与接收器之间穿过；邻近所述下底板(316)的所述侧板(317)内壁上设有沿Z方向运动限位用光电开关(380)，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的支撑座上设有沿Z方向运动限位用遮光片(390)，在所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的滑块沿所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台(313)的丝杠轴向往复运动时，所述沿Z方向运动限位用遮光片(390)从所述沿Z方向运动限位用光电开关(380)的发射器与接收器之间穿过。

9.根据权利要求4所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述三维移动机构(300)还包括沿Y方向移动变形机构(330)，所述沿X方向移动变形机构(320)和所述沿Z方向移动变形机构(310)在所述沿Y方向移动变形机构(330)驱动下一起沿Y方向作往复运动。

10.根据权利要求9所述的地表移动变形模拟实验平台，其特征在于，所述沿Y方向移动变形机构(330)包括沿Y方向移动变形电机(331)、沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台(332)和沿Y方向移动变形用底座，所述底座(311)与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台(332)的滑块可拆卸连接，所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台(332)和所述沿Y方向移动变形电机(331)分别安装在所述沿Y方向移动变形用底座上，所述沿Y方向移动变形电机(331)与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台(332)的丝杠传动连接；所述沿X方向移动变形电机(321)、所述沿Y方向移动变形电机(331)和所述沿Z方向移动变形电机(312)分别与控制台通信连接；所述地表移动变形模拟实验平台还包括朝上敞口的设备箱(100)，所述三维移动机构(300)安装在所述设备箱(100)内，所述设备箱(100)的底壁作为所述固定底座；在所述设备箱(100)内，位于相邻的两行所述三维移动机构组之间设有线缆收纳构件(400)，所述线缆收纳构件(400)的两端分别与所述设备箱(100)内壁固定连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及矿山开采沉陷实验设备技术领域。具体地说是一种地表移动变形模拟实验平台。

背景技术

地表沉陷，指的是有地下采空区顶板的垮落所造成的地面移动变形。而由于地表沉陷会对现有土地资源以及周边建构筑物产生直接的或间接的危害，需要研究煤矿开采过程中地表沉陷对建(构)筑物的影响。

已有的开采沉陷模拟研究手段主要有两类：数值模拟计算、相似材料模型试验。数值模拟实质是使用计算机的计算模拟，存在计算方法选择和参数不确定性，模拟结果通常只能用于定性研究。相似材料模型试验是采用砂、石灰、水等材料配比混和，配制成与岩层相似的层状模型，模拟煤层开采和岩层移动的试验。试验装置又分为二维剖面模型架和三维模型架，三维试验模型的制作、开挖、观测均很困难，不常采用。二维剖面模型被普遍采用。

相似材料模拟实验只是模拟研究岩层与地表移动状况的装置，只能模拟不同地质采矿条件及煤层开采高度、宽度的工况引起的岩层与地表移动变形。相似模型的几何比例尺一般为1：200～1：800，比例尺很小，模拟精确度较低，一般不能作为定量依据，通常只用于定性分析。

本实用新型拟提出一种试验模拟手段，用自动控制的机械装置(模拟)产生地表三维移动，在本装置上面放置各种建(构)筑物模型，通过本装置提供各种性质、不同大小的移动变形，作用于建(构)筑物模型的基础，用以研究建(构)筑物受不同性质、不同大小移动变形的影响损坏情况。

本实用新型与相似材料模型试验的不同之处：1)模拟方法不同。相似试验是用相似材料模拟岩层与地表的移动变形情况，本实用新型是用机械装置直接产生地表移动变形。2)模拟对象不同。相似试验模拟岩层到地表的剖面，得到岩层和地表的二维移动变形；本实用新型模拟产生地表的三维移动变形。3)目的不同。相似试验是为了研究煤层开采引起的岩层和地表的引起变形情况；本实用新型是为了研究地表的移动变形对地表建(构)筑物的影响情况。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种地表移动变形模拟实验平台，它借助自动控制系统和机械设备，按较大比例关系，直接产生地表的三维移动变形，使这种移动变形直接作用于预先制作的建(构)筑物模型的基础上，试验平台的几何尺寸可根据使用场地和使用目的设置，几何比例尺一般可取1：10～1：100。该平台可用于完整地模拟一个地表移动盆地，或模拟局部区域的移动变形情况。利用该平台，可为采动影响区建筑物、管线、塔体等的损坏研究和保护提供试验手段。

本实用新型提供如下技术方案：

一种地表移动变形模拟实验平台，包括可伸缩胶膜、三维移动机构、固定底座和控制台；所述可伸缩胶膜安装在所述三维移动机构的顶端且所述可伸缩胶膜在所述三维移动机构的驱动下进行水平X、Y方向和竖向Z方向的三维移动，所述三维移动机构安装在所述固定底座上，所述控制台的信号输出端与所述三维移动机构的信号输入端连接；通过所述控制台设置所述三维移动机构的顶端的下沉值和水平移动值，所述控制台根据预先设置好的所述三维移动机构的顶端的下沉值和水平移动值，向所述三维移动机构发出的升降运动和\/或水平运动的控制信号，所述三维移动机构的顶端带动所述可伸缩胶膜升降运动和\/或水平运动，实验时即可产生模拟所需的地表移动变形，实现对地表各种移动变形过程和状态的模拟。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述三维移动机构包括m*n个，按横成m行(即沿X方向)、纵成n列(即沿Y方向)排列；所述三维移动机构安装在所述固定底座上，组成三维移动机构元组。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述三维移动机构行数m大于或等于3，所述三维移动机构列数n大于或等于3，以便完整模拟下沉、倾斜、曲率、扭曲、水平移动、水平变形、剪应变、等移动变形量。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述三维移动机构包括在水平面X、沿Y方向移动变形机构和竖直方向沿Z方向移动变形机构，所述可伸缩胶膜在所述沿X方向移动变形机构驱动下沿X、沿Y方向作往复运动，所述沿X方向移动变形机构在所述沿Z方向移动变形机构驱动下沿沿Z方向作往复运动；所述沿X方向移动变形机构包括沿X方向移动变形电机、沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台和载物台；沿Z方向移动变形机构包括底座、沿Z方向移动变形电机、沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台和支撑架；所述可伸缩胶膜与所述载物台上端可拆卸连接，所述载物台下端与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块可拆卸连接，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的机座和所述沿X方向移动变形电机分别安装在所述支撑架上端上，所述支撑架的下端与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块可拆卸连接，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的下端与所述底座可拆卸连接，所述沿Z方向移动变形电机安装在所述底座上；所述沿X方向移动变形电机与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠传动连接；所述沿Z方向移动变形电机与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠传动连接。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述可伸缩胶膜与万向球的球座可拆卸连接，所述万向球的球体通过螺柱与所述载物台可拆卸连接。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述支撑架包括上底板、下底板和两个侧板，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台安装在所述上底板上板面上，所述沿X方向移动变形电机安装在所述上底板下板面上，所述上底板与所述侧板上端固定连接，所述侧板下端与所述下底板上板面固定连接，所述下底板与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块可拆卸连接。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述底座上绕所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠周向设有导向杆，所述导向杆的下端与所述底座上板面可拆卸连接，所述导向杆的上端穿过所述下底板上的导向孔与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的支撑座可拆卸连接；位于所述下底板上方的所述导向杆上套有导向套筒，所述导向套筒下端与所述下底板上板面固定连接。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块上设有沿X方向运动限位用遮光片，所述上底板设有沿X方向运动限位用光电开关，在所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块沿所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠轴向往复运动时，所述沿X方向运动限位用遮光片从所述沿X方向运动限位用光电开关的发射器与接收器之间穿过；邻近所述下底板的所述侧板内壁上设有沿Z方向运动限位用光电开关，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的支撑座上设有沿Z方向运动限位用遮光片，在所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块沿所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠轴向往复运动时，所述沿Z方向运动限位用遮光片从所述沿Z方向运动限位用光电开关的发射器与接收器之间穿过。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述三维移动机构还包括沿Y方向移动变形机构，所述沿X方向移动变形机构和所述沿Z方向移动变形机构在所述沿Y方向移动变形机构驱动下一起沿沿Y方向作往复运动。

上述地表移动变形模拟实验平台，所述沿Y方向移动变形机构包括沿Y方向移动变形电机、沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台和沿Y方向移动变形用底座，所述底座与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台的滑块可拆卸连接，所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台和所述沿Y方向移动变形电机分别安装在所述沿Y方向移动变形用底座上，所述沿Y方向移动变形电机与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠传动连接；所述沿X方向移动变形电机、所述沿Y方向移动变形电机和所述沿Z方向移动变形电机分别与控制台通信连接；所述地表移动变形模拟实验平台还包括朝上敞口的设备箱，所述三维移动机构安装在所述设备箱内，所述设备箱的底壁作为所述固定底座；在所述设备箱内，位于相邻的两行所述三维移动机构组之间设有线缆收纳构件，所述线缆收纳构件的两端分别与所述设备箱内壁固定连接。

本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：在本实用新型中，三维移动机构作为地表移动变形模拟的移动点，可伸缩胶膜作为地表移动变形模拟的移动面，以移动点带动移动面产生上下或水平方向的移动变形，同时通过移动面对其上的构筑物和\/或建筑物底部施加移动变形的面摩擦力，从而能够很好地模拟地表移动变形对地上建筑物和\/或构筑物的损害。本实用新型利用三维移动变形机构对地表的运动状态进行模拟，不仅可以从整体上模拟地表的运动形态，还可以对地表上建筑物和\/或构筑物的受力情况进行模拟，通过对沿X方向移动变形机构、沿Y方向移动变形机构和沿Z方向移动变形机构设定不同的移动距离，可以对复杂地质环境的地表运动形态进行模拟，有利于人们根据具体的地表沉陷形态模拟对煤矿开采进行科学研究与分析，从而有利于降低实际开采过程中的事故。

附图说明

图1为本实用新型地表移动变形模拟实验平台的结构示意图；

图2为本实用新型地表移动变形模拟实验平台的三维移动机构的结构示意图；

图3为图2中A部分放大图；

图4为本实用新型中三维移动机构(包括沿Y方向移动变形机构)的结构示意图；

图5为图4中B部分放大图。

图中附图标记表示为：100-设备箱；200-可伸缩胶膜；300-三维移动机构，310-沿Z方向移动变形机构，311-底座，312-沿Z方向移动变形电机，313-沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台，314-导向杆，315-支撑架，316-下底板，317-侧板，318-上底板，319-导向套筒，320-沿X方向移动变形机构，321-沿X方向移动变形电机，322-沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台，323-载物台,330-沿Y方向移动变形机构，331-沿Y方向移动变形电机，332-沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台，340-万向球，350-螺柱，360-沿X方向运动限位用遮光片，370-沿X方向运动限位用光电开关，380-沿Z方向运动限位用光电开关，390-沿Z方向运动限位用遮光片；400-线缆收纳构件。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型地表移动变形模拟实验平台，包括可伸缩胶膜200、三维移动机构300、固定底座和控制台；所述可伸缩胶膜200安装在所述三维移动机构300的顶端且所述可伸缩胶膜200在所述三维移动机构300的驱动下进行水平X、Y方向和竖向Z方向的三维移动，所述三维移动机构300安装在所述固定底座上，所述控制台的信号输出端与所述三维移动机构300的信号输入端连接；通过所述控制台设置所述三维移动机构300的顶端的下沉值和水平移动值，所述控制台根据预先设置好的所述三维移动机构300的顶端的下沉值和水平移动值，向所述三维移动机构300发出的升降运动和\/或水平运动的控制信号，所述三维移动机构300的顶端带动所述可伸缩胶膜200升降运动和\/或水平运动，实验时即可产生模拟所需的地表移动变形，实现对地表各种移动变形过程和状态的模拟。

其中，所述三维移动机构300按照横成行、竖成列的方式安装在所述固定底座组成移动变形驱动单元组，每行所述三维移动机构300个数为4个，每列所述三维移动机构300个数为6个。所述三维移动机构300包括沿X方向移动变形机构320和沿Z方向移动变形机构310，所述可伸缩胶膜200在所述沿X方向移动变形机构320驱动下沿沿X方向作往复运动，所述沿X方向移动变形机构320在所述沿Z方向移动变形机构310驱动下沿沿Z方向作往复运动。所述沿X方向移动变形机构320包括沿X方向移动变形电机321、沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322和载物台323；沿Z方向移动变形机构310包括底座311、沿Z方向移动变形电机312、沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313和支撑架315；所述可伸缩胶膜200与所述载物台323上端可拆卸连接，所述载物台323下端与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的滑块可拆卸连接，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的机座和所述沿X方向移动变形电机321分别安装在所述支撑架315上端上，所述支撑架315的下端与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的滑块可拆卸连接，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的下端与所述底座311可拆卸连接，所述沿Z方向移动变形电机312安装在所述底座311上；所述沿X方向移动变形电机321与所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的丝杠传动连接；所述沿Z方向移动变形电机312与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的丝杠传动连接。本实施例中，所述沿X方向移动变形机构和所述沿Z方向移动变形机构可以沿Y方向作往复运动。

所述支撑架315包括上底板318、下底板316和两个侧板317，所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322安装在所述上底板318上板面上，所述沿X方向移动变形电机321安装在所述上底板318下板面上，所述上底板318与所述侧板317上端固定连接，所述侧板317下端与所述下底板316上板面固定连接，所述下底板316与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的滑块可拆卸连接。所述底座311上绕所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的丝杠周向设有4根导向杆314，所述导向杆314的下端与所述底座311上板面可拆卸连接，所述导向杆314的上端穿过所述下底板316上的导向孔与所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的支撑座可拆卸连接；位于所述下底板316上方的所述导向杆314上套有导向套筒319，所述导向套筒319下端与所述下底板316上板面固定连接。所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的滑块上设有沿X方向运动限位用遮光片360，所述上底板318设有沿X方向运动限位用光电开关370，在所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的滑块沿所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的丝杠轴向往复运动时，所述沿X方向运动限位用遮光片360从所述沿X方向运动限位用光电开关370的发射器与接收器之间穿过；邻近所述下底板316的所述侧板317内壁上设有沿Z方向运动限位用光电开关380，所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的支撑座上设有沿Z方向运动限位用遮光片390，在所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的滑块沿所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的丝杠轴向往复运动时，所述沿Z方向运动限位用遮光片390从所述沿Z方向运动限位用光电开关380的发射器与接收器之间穿过。

为了便于本实用新型所述地表移动变形模拟实验平台中的地表移动变形模拟主要功能部分(即由所述可伸缩胶膜200和所述三维移动机构300组装而成的功能部分)的移动，本实施例中，所述地表移动变形模拟实验平台还包括朝上敞口的设备箱100，所述三维移动机构300安装在所述设备箱100内，所述设备箱100的底壁作为所述固定底座；在所述设备箱100内，位于相邻的两行所述三维移动机构组之间设有线缆收纳构件400，所述线缆收纳构件400的两端分别与所述设备箱100内壁固定连接。

本实用新型中，在所述沿Z方向移动变形机构310驱动所述沿X方向移动变形机构320沿沿Z方向运动以及所述沿X方向移动变形机构320驱动所述可伸缩胶膜200沿沿X方向运动的情况下，与所述载物台323相连接的所述可伸缩胶膜200所作运动为沿Z方向运动与沿X方向运动复合后的运动，而且在不同所述三维移动机构300进行不同的沿Z方向移动变形和沿X方向移动变形的情况下，所述可伸缩胶膜200的局部运动会受到不同所述三维移动机构300移动变形方向以及位移量的影响，从而使所述可伸缩胶膜200的局部运动与地表移动变形中地表的局部运动相仿，实现对地表移动变形的模拟。本实用新型地表移动变形模拟实验平台通过将不同方向以及不同位移量的运动进行复合，使得所述可伸缩胶膜200的局部形变与煤矿开采过程中地表局部形变相仿，从而实现对煤矿开采过程中岩层及地表移动随开采时间与空间的变化的模拟，进而有利于科学准确地分析煤炭开采对地表沉陷的影响。

为了使充当地表和岩层的所述可伸缩胶膜200上与所述载物台323连接处的可伸缩胶膜200变形更为接近实际地表沉陷变形，本实施例中，将所述可伸缩胶膜200与万向球340的球座可拆卸连接，所述万向球340的球体通过螺柱350与所述载物台323可拆卸连接，所述万向球340球座底面为平台面。当不同的所述三维移动机构300的运动方向和位移量均不相同时，与所述可伸缩胶膜200相连接的所述万向球340球座会在拉力的作用下出现不同程度的翻转，从而使所述可伸缩胶膜200变形更为接近地表沉陷过程中地表的移动变形。

为了避免相邻的两个所述运动单元之间的相互干扰，即所述沿X方向移动变形电机321驱动所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322之间滑块发生碰撞，在相邻的两个所述三维移动机构300之间设有间隙。

在实际模拟实验过程中，需要控制所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322中滑块的位移量和所述沿Z方向运动用丝杆直线导轨滑台313中滑块的位移量，即通过所述控制台控制所述三维移动机构300的升降运动和水平运动的位移量，本实用新型中通过所述控制台通过预设好的升降运动和水平运动的位移量数据对所述沿X方向移动变形电机321和所述沿Z方向移动变形电机312进行控制，可以实现本实用新型中所有的所述沿X方向移动变形电机321和所述沿Z方向移动变形电机312同步调控，从而使得对地表移动变形模拟更为精准。

根据实际模拟的需要，可以在所述沿X方向移动变形机构320和所述沿Z方向移动变形机构310之间加装沿Y方向移动变形机构，所述沿X方向移动变形机构320通过基座安装在沿Y方向移动变形机构上，所述沿X方向移动变形机构320和沿Y方向移动变形机构一起安装在下底板316上，这样由下底板316带着所述沿X方向移动变形机构320和沿Y方向移动变形机构一起上下运动，而所述沿X方向移动变形机构320整体在沿Y方向移动变形机构的作用下沿Y方向运动。

实施例2

本实施例中的地表移动变形模拟实验平台与实施例1中的地表移动变形模拟实验平台的区别在于：所述三维移动机构300还包括沿Y方向移动变形机构330，所述沿X方向移动变形机构320和所述沿Z方向移动变形机构310在所述沿Y方向移动变形机构330驱动下一起沿Y方向作往复运动。其中，所述沿Y方向移动变形机构330包括沿Y方向移动变形电机331、沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台332和沿Y方向移动变形用底座，所述底座311与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台332的滑块可拆卸连接，所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台332和所述沿Y方向移动变形电机331分别安装在所述沿Y方向移动变形用底座上，所述沿Y方向移动变形用底座安装在所述固定底座上，所述设备箱100底壁作为所述固定底座使用，所述沿Y方向移动变形电机与所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台的丝杠传动连接。并且，所述沿X方向移动变形电机321、所述沿Y方向移动变形电机331和所述沿Z方向移动变形电机312分别与控制台通信连接。

在地表沉陷过程中，受采矿方法和顶板管理方法、岩性、采深、采厚、采空区大小及形状、矿层倾角、重复开采次数、地质构造、地层结构、水文地质条件及地形等各种因素的影响，地表、岩层或煤层受到构造应力的作用会发生移动和变形，而且这些移动和变形由于局部的地质构造、地层结构、水文地质条件等因素的影响会存在较为明显的差异，利用现有的地表沉陷模拟实验装置仅能对地表、岩层或煤层整体的变形进行模拟，无法在对地表、岩层或煤层整体变形的基础上体现地表、岩层或煤层局部变形之间的差异，而所述沿X方向移动变形机构320、所述沿Y方向移动变形机构330和所述沿Z方向移动变形机构310的独立运动，不仅可以对地表、岩层或煤层的变形进行整体模拟分析，还可以对地表、岩层或煤层局部变形进行模拟分析。

本实用新型中，所述沿Z方向移动变形机构310在所述沿Y方向移动变形机构330驱动下沿沿Y方向运动，所述沿X方向移动变形机构320在所述沿Z方向移动变形机构310驱动下沿沿Z方向运动，所述可伸缩胶膜200在所述沿X方向移动变形机构320驱动下沿沿X方向运动，此处所述可伸缩胶膜200指的是以与所述万向球330底座311连接的连接点为中心的所述可伸缩胶膜200的局部，三个方向上的运动复合后即为所述可伸缩胶膜200实际的运动情况，而且利用所述沿X方向移动变形电机321、所述沿Y方向移动变形电机331和所述沿Z方向移动变形电机312的独立运行，不仅可以地表、岩层或煤层的变形进行整体模拟分析，还可以对地表、岩层或煤层局部变形进行模拟分析。其中，所述沿Y方向运动用丝杠直线导轨滑台332的滑块在沿Y方向上的位置变化量、所述沿Z方向运动用丝杠直线导轨滑台313的滑块在沿Z方向上的位置变化量和所述沿X方向运动用丝杠直线导轨滑台322的滑块在沿X方向上的位置变化量组合可以从三维上反映出地表、岩层或煤层的整体变形和局部变形。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

设计图

一种地表移动变形模拟实验平台论文和设计

一种地表移动变形模拟实验平台论文和设计-戴华阳

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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