1、巖石振動激勵模擬測試系統方案一、儀器基本技術參數1儀器名稱：巖石振動激勵模擬測試系統 2型號：研制3技術參數1）基本參數旋轉速度：01000r/min，無級可變；采用800W西門子交流伺服電機，通過摩擦輪帶動沖頭旋轉，交流伺服控制系統在單片機控制主板控制下實現無級調速。3.5萬元。沖頭產生頻率范圍：12000Hz，無級可變；采用國產的超大尺寸超磁致伸縮棒，只用1根，1個換能器6.0萬元。線圈水冷系統，4KW功率制冷系統、循環水泵等，大功率制冷機對循環水進行冷卻，循環水對線圈進行冷卻1.0萬元。超磁致伸縮陣列和上下夾板及沖頭示意圖沖擊力：101000N，無級可變；如果振幅2mm, 頻率2000H

2、z, 近似按勻加速運動計算，平均速度0.002/0.0005=4m/ss=12at2 a=2St2=0.040.00000025=160000ms2 平均功率FV=1000N4m/s=4KW沖擊力的實現采用伺服驅動預應力加載系統實現。1.5萬元沖擊頭：10100mm，系列尺寸的一組沖頭。可調尺寸沖擊頭采用一組沖頭實現，材料Cr12MoV，0.5萬元大位移低頻率振動的實現:振動幅度10mm，無級調頻10-1000Hz，沖擊力100-1000N采用普通線圈激振方式實現，上下夾板中心開孔，讓電磁線圈銜鐵穿過，并與沖頭預應力接觸。1.0萬元圖1.高低頻激振總體結構示意圖2）試樣要求巖樣形狀：規則和不規

3、則巖樣規則巖樣尺寸范圍：方形0300(長)mm0300(寬)mm0400(高)mm，圓柱形300mm400mm；不規則巖樣尺寸范圍：最大直徑0 mm 400 mm；試樣夾持裝置，能方便夾持各種形狀和尺寸的試樣，采用多道減震簧片夾持機構實現夾緊。0.5萬元3）控制模式沖擊力加載方式：恒壓加載；精密絲杠驅動彈簧壓縮加載恒壓加載含義是什么？沖擊作用下壓力是不斷變化的。操作方式：人工設定、計算機自動控制工控機一臺，執行電路控制柜一只。2萬元。4）測量系統采樣頻率：每通道最高1MHz；振動測量范圍：510000Hz；高速數據采集卡一塊1.0萬元，振動測量加速度傳感器2只0.5萬元。電荷放大器2只1萬元。

4、頻率采集板卡一塊0.5萬元。壓力傳感器：量程2Mpa、精度0.1%；壓力傳感器0.5萬元。加速度傳感器：位移傳感器：量程425mm、精度0.05%；光柵位移傳感器以及信號變換裝置一套1.0萬元轉速傳感器：量程0-600r/min、精度0.01 r/min；增量式光電碼盤1000Pulse/轉，0.3萬元扭矩傳感器：量程2000N.m、精度0.2%。扭矩傳感器以及信號轉換電路板0.5萬元數據采集、記錄與計算：計算機自動采集、記錄與計算記錄動態曲線：（1）鉆壓-鉆時 （2）轉速-鉆時（3）吃入深度-鉆時 （4）扭矩-鉆時（5）吃入深度-鉆壓鉆頭 （1）鉆壓-鉆時 （2）轉速-鉆時（3）深度-鉆時

5、（4）扭矩-鉆時數據采集和分析軟件軟件編程費用2.5萬元。按需求進行相關計算4隨機配件：數據采集和分析軟件。5主要功能：振動現象廣泛存在各種物質介質中，如金屬材料(鋼鐵、鋁、各種有色金屬)和非金屬材料(巖石、陶瓷、玻璃、水泥)等。巖石振動激勵模擬測試系統是一種包括振動激勵模擬和測試分析的試驗系統。該系統可以用來分析金屬材料和非金屬材料的振動特性。其主要功能主要包括兩個方面：其一是使巖石產生各種激勵信號，如低頻高振幅和高頻低振幅的激勵信號，使巖石發生各種各樣狀態的振動，通過調節激勵可以激發巖石等材料進入共振狀態，并記錄共振頻率、共振幅度、系統阻尼等參數；另一方面是測試分析金屬材料和非金屬材料的振

6、動特性，對存在振動的試驗樣品進行振動特性進行采集及各參數分析。6儀器優勢：巖石振動激勵模擬測試系統，產生頻率范圍寬，振幅幅度大，失真度小，測試精確可靠；同時該系統是研發共振鉆井技術的平臺。共振鉆井破巖技術一門剛剛興起的全新的破巖技術，具有廣泛的應用前景。系統工作原理 系統中采用PWM脈沖調制的數字控制具有許多顯著的優點，如易于與計算機連接，系統價格低廉、抗污染和抗干擾能力強等。目前國內大多采用電磁鐵作為驅動器，因此閥的切換速度慢；壓電晶體型驅動器雖然提高了切換速度和頻率，但所需電壓高，消耗功率大。因此有必要研制新型的振動激勵裝置。近年來，國內外對于稀土鐵化物超磁致伸縮效應的應用研究受到重視。所

7、謂的磁致伸縮效應，是指鐵磁材料和亞鐵磁材料在磁場的作用下將導致其體積和長度發生微小變化的現象。把Ni和Co加Fe到稀土中所形成的一些化合物和非晶合金，因具有很大的磁致伸縮系數而稱作超磁致伸縮(giant magnetostrictive material簡寫為GMM)，比較有代表性的為Terfenol-D。采用這種材料制成的線性驅動器具有多種用途，其中作為液壓控制閥的電機械轉換裝置，具有切換速度快，頻率高，能量消耗少等特點。 超磁致伸縮材料棒為美國產的TbDYFe(60200)，其下端用夾具固定，上端通過伸縮傳遞軸和彈簧給磁致伸縮材料加上預應力。磁致伸縮材料的周圍是產生驅動場的激勵線圈和冷卻線圈用的銅水管。外圍是磁軛(碳鋼)，它與磁致伸縮材料一起構成封閉磁路，以防漏磁。伸縮傳遞軸等其它零件均由非磁性不銹鋼制成。超磁致伸縮材料內部應變與激勵磁場強度、材料特性常數、應力狀態等直接相關，其外部位移、力輸出實為磁場彈性場相互耦合的結果。所以，適當配置機械和電氣的結構參數(主要是預壓縮應力和偏置磁場)，可使超磁致伸縮材料處于最優的機電耦合狀態，提高能量轉換效率。當采用交流電激磁時，超磁致伸縮材料在正負磁場的作用下都為伸長，其產生機械運動的頻率是外加電流頻率的兩倍，這便是所謂的“倍頻現象”。為使驅動器機械運動在線性區間，通常采用加一偏置磁場來消除此現象。但是，當驅動器采用PWM脈沖電壓激磁