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一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及礦山支護【技術領域】，具體涉及一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺及測試方法。該試驗臺包括用于礦山支護的錨桿，還包括預緊裝置、拉伸裝置、工作測試臺、動態(tài)扭矩傳感器、靜態(tài)扭矩傳感器和負荷傳感器，錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內；預緊裝置用于對錨桿施加預緊力；拉伸裝置包括沖擊梁和拉伸頂梁，錨桿另一端固定于沖擊梁上，拉伸頂梁與沖擊梁對應設置，用于阻止沖擊梁沿錨桿的軸向移動；通過該試驗臺實現(xiàn)在實驗室模擬錨桿的安裝預緊過程，并準確測試錨桿螺母擰緊扭矩與錨桿軸向預緊力轉化，測試錨桿安裝預緊后桿體承受的扭矩，對深化錨桿支護機理研究，保證工程安全具有重要意義。
【專利說明】一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺及測試方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山支護【技術領域】，尤其涉及一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺及測試方法。

【背景技術】
[0002]目前，錨桿支護已成為煤礦巷道安全高效的主要支護方式，在我國煤礦巷道中得到大面積推廣應用。錨桿支護是將錨桿錨固于煤巖體內，擰緊桿尾螺母，對圍巖施加預應力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯動。
[0003]錨桿支護施工時，錨桿錨固后在孔口外露的錨桿尾端，安裝錨桿托盤、調心球形墊圈、減摩墊片等配套構件，并安裝擰緊錨桿尾部螺母。擰緊錨桿螺母的扭矩，一部分經(jīng)過錨桿的螺紋連接副和調心球形墊圈、錨桿托盤等傳力構件，轉化為錨桿軸向拉力，即錨桿安裝的預緊力；另一部分螺母扭矩，被螺紋摩擦副和螺母與調心球形墊圈的接觸端面消耗，形成扭矩損失。摩擦損耗的扭矩傳遞給錨桿桿體，形成桿體承受的扭矩。螺母扭矩損失增加，桿體承受的扭矩增大，錨桿實際預緊力將降低；桿體承受的扭矩，使錨桿的實際受力狀態(tài)惡化，錨桿承載能力下降。研究錨桿安裝預緊時的受力，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0004]目前，研究錨桿安裝預緊時受力情況的方法主要有兩大類:井下試驗與實驗室試驗。
[0005]井下試驗主要通過安裝測力計或液壓枕等測試儀器，測試錨桿軸向受力，評價錨桿的工作狀態(tài)。井下試驗獲得的數(shù)據(jù)為現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，能夠真實反映井下錨桿工作狀況。但是，井下試驗的缺點是:不能準確測試擰緊螺母的扭矩，也不能確定螺母扭矩與錨桿預緊力的轉化關系，也無法測試錨桿桿體承受的安裝扭矩。由于井下特殊的環(huán)境，一些先進的監(jiān)測方法與儀器的應用也受到限制，而且能夠監(jiān)測的錨桿數(shù)量有限，代表性不足，不能準確有效地測試出錨桿安裝預緊時的受力情況。
[0006]實驗室試驗目前主要進行錨桿桿體試件的拉伸、彎曲、扭轉、剪切及材料沖擊的單項試驗。實驗室試驗測試的數(shù)據(jù)準確，能夠反映錨桿材料的基本力學性能。但是，實驗室試驗缺點是:室內單項試驗只反映錨桿材料在單一受力條件下的力學指標，因缺少模擬錨桿實際安裝的試驗臺，不能準確測試螺母扭矩與錨桿預緊力的轉化關系，也無法測試安裝過程錨桿桿體承受的扭矩。
[0007]因此，針對以上不足，需要一種能夠在實驗室內模擬錨桿安裝預緊的試驗臺及應用該試驗臺準確有效地測試錨桿安裝預緊時受力的方法。


【發(fā)明內容】

[0008](一 )要解決的技術問題
[0009]本發(fā)明要解決的技術問題是提供了一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺及測試方法，使得能夠在實驗室內模擬錨桿安裝預緊施工時的受力情況，準確有效地測試出錨桿在安裝預緊時的受力。
[0010](二)技術方案
[0011]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿，其還包括預緊裝置、拉伸裝置、工作測試臺、負荷傳感器、動態(tài)扭矩傳感器和靜態(tài)扭矩傳感器，所述工作測試臺內設有鉆孔模型，所述錨桿的一端錨固于鉆孔模型中，所述拉伸裝置包括沖擊梁和拉伸頂梁，所述預緊裝置通過擰緊錨桿外露端的螺母以使所述錨桿經(jīng)托盤固定于沖擊梁的端面上；所述拉伸頂梁與沖擊梁對應設置，用于阻止沖擊梁沿錨桿軸向移動；所述負荷傳感器用于測試所述拉伸頂梁與沖擊梁之間的壓力，所述動態(tài)扭矩傳感器用于測試所述螺母承受的扭矩，所述靜態(tài)扭矩傳感器用于測試所述錨桿承受的扭矩。
[0012]其中，所述預緊裝置上安裝有液壓馬達，所述液壓馬達通過安裝套筒與螺母連接，通過驅動安裝套筒以使所述螺母繞所述錨桿的軸線旋轉。
[0013]其中，所述動態(tài)扭矩傳感器安裝于液壓馬達與安裝套筒之間。
[0014]其中，所述靜態(tài)扭矩傳感器與所述鉆孔模型的模型固定套管固定連接。
[0015]其中，所述錨桿的一端穿過沖擊梁、拉伸頂梁，并錨固在鉆孔模型中，所述沖擊梁在所述錨桿的帶動下，沿所述錨桿的軸向壓緊作用于拉伸頂梁。
[0016]其中，所述負荷傳感器位于所述拉伸頂梁與所述沖擊梁之間。
[0017]其中，所述錨桿通過錨固劑與所述鉆孔模型的煤巖體物理模型粘結。
[0018]一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺的測試方法，包括如下步驟:
[0019]S1、將待測錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內；
[0020]S2、在錨桿錨固后，通過預緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預緊力；
[0021]S3、錨桿承受的預緊力使拉伸裝置產生壓力，而且壓力的大小與預緊力的大小相同；
[0022]S4、通過負荷傳感器測試所述壓力；通過動態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時螺母承受的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時錨桿桿體承受的扭矩。
[0023]其中，步驟S2包括:液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調節(jié)液壓馬達的輸出扭矩。
[0024]其中，步驟S2包括:液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制比例調速閥動作，改變液壓馬達的進油量以調節(jié)馬達輸出轉速。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明的上述技術方案具有以下有益效果:本發(fā)明用于錨桿安裝預緊的試驗臺可實現(xiàn)在實驗室內對錨桿安裝預緊過程的受力測試，為錨桿支護理論研究和錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例用于錨桿安裝預緊的試驗臺的剖視圖。
[0028]其中，2:工作測試臺；5:錨桿；6:拉伸裝置；9:錨固裝置；32:預緊裝置；61:拉伸頂梁；62:沖擊梁；92:模型固定套管；93:煤巖體物理模型；101a:動態(tài)扭矩傳感器；101b:靜態(tài)扭矩傳感器；103:負荷傳感器；321:第二馬達；323:安裝套筒。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；除非另有說明，“缺口狀”的含義為除截面平齊外的形狀。術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0031]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺，包括用于支護礦山的錨桿5，該試驗臺還包括預緊裝置32、拉伸裝置6、工作測試臺2、負荷傳感器103、動態(tài)扭矩傳感器1la和靜態(tài)扭矩傳感器1lb,工作測試臺2內設有鉆孔模型,錨桿5的一端錨固于鉆孔模型中，拉伸裝置6包括沖擊梁62和拉伸頂梁61，預緊裝置32用于擰緊錨桿5外露端的螺母，以使錨桿5固定在沖擊梁62的端面上；拉伸頂梁61與沖擊梁62對應設置，用于阻止沖擊梁62沿錨桿5軸向移動；負荷傳感器103用于測試拉伸頂梁61與沖擊梁62之間的壓力，動態(tài)扭矩傳感器1la用于測試預緊裝置32對螺母施加的扭矩，靜態(tài)扭矩傳感器1lb用于測試擰緊螺母時作用于錨桿5的扭矩。
[0033]該試驗臺的預緊裝置32采用液壓馬達321驅動工作機構施加旋轉扭矩，在錨桿5錨固后預緊時擰緊錨桿5尾部螺母，實現(xiàn)對安裝動作進行劃分，采用模塊化動作模式，響應頻率高、不存在過載問題。
[0034]在預緊裝置32上安裝有液壓馬達321，液壓馬達321通過安裝套筒323與螺母連接，通過驅動安裝套筒323以使螺母繞錨桿5的軸線旋轉，實現(xiàn)對錨桿5施加預緊力。
[0035]動態(tài)扭矩傳感器1la安裝于液壓馬達321輸出軸與安裝套筒323之間，用于測試預緊裝置32對螺母施加的扭矩；靜態(tài)扭矩傳感器1lb與鉆孔模型的模型固定套管92固定連接，用于測試擰緊螺母時作用于錨桿5的扭矩；并將測試數(shù)據(jù)傳輸給計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測試數(shù)據(jù)經(jīng)程序軟件處理后，獲得錨桿5擰緊螺母的扭矩與桿體承受的扭矩。
[0036]其中，錨桿5的一端穿過沖擊梁62、拉伸頂梁61，并錨固在鉆孔模型中，沖擊梁62在錨桿5的帶動下，沿錨桿5的軸向壓緊于拉伸頂梁61。在沖擊梁62、拉伸頂梁61之間產生正壓力。
[0037]負荷傳感器103位于拉伸頂梁61與沖擊梁62之間，用于測試沖擊梁62、拉伸頂梁61之間的正壓力，測試數(shù)據(jù)傳輸給計算機，經(jīng)程序軟件處理后，獲得螺母扭矩與錨桿軸力的轉化關系。
[0038]錨桿5通過錨固劑與鉆孔模型的煤巖體物理模型93粘結。煤巖體物理模型93優(yōu)選為真實的煤或巖石，煤巖體物理模型93也可為與煤或巖石相似的其他工程材質制成的鉆孔物理模型，錨固劑是工程中采用的真實材料，可以優(yōu)選為樹脂錨固劑，樹脂錨固劑由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀材料，使用聚酯薄膜分隔包裝，呈圓柱狀藥卷，具有常溫攪拌后固化快，粘接強度高，錨固力可靠和耐久性好等優(yōu)良性能，從而保證了試驗檢測數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。
[0039]此外，該試驗臺利用控制系統(tǒng)控制液壓馬達321的供液系統(tǒng)壓力或流量，以改變錨桿5安裝時的工藝參數(shù)。
[0040]液壓馬達321進油路上安裝有壓力傳感器和先導比例減壓閥，壓力傳感器測試液壓馬達321的供液系統(tǒng)壓力，通過計算機控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作改變供液系統(tǒng)的壓力，從而實現(xiàn)調節(jié)液壓馬達321的輸出扭矩，實現(xiàn)對螺母扭矩的控制。
[0041]液壓馬達321進油路上安裝有控制流量的比例調速閥，通過計算機控制系統(tǒng)控制比例調速閥動作，以調節(jié)馬達進油量，從而改變馬達輸出轉速，實現(xiàn)對錨桿螺母轉速的控制。
[0042]本發(fā)明還提供一種用于錨桿安裝預緊受力的測試方法，包括如下步驟:
[0043]S1、將待測錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內；
[0044]S2、在錨桿錨固后，通過預緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預緊力；液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調節(jié)液壓馬達的輸出扭矩。液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制比例調速閥動作，改變液壓馬達的進油量以調節(jié)馬達輸出轉速。
[0045]S3、錨桿承受的預緊力使拉伸裝置產生壓力，而且壓力的大小與預緊力的大小相同；
[0046]S4、通過負荷傳感器測試壓力；通過動態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時擰緊螺母的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時錨桿桿體承受的扭矩。
[0047]本發(fā)明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發(fā)明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權利要求】
1.一種用于錨桿安裝預緊的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿(5)，其特征在于，還包括預緊裝置(32)、拉伸裝置(6)、工作測試臺(2)、負荷傳感器(103)、動態(tài)扭矩傳感器(1la)和靜態(tài)扭矩傳感器(101b)，所述拉伸裝置(6)包括沖擊梁(62)和拉伸頂梁(61)，所述錨桿(5)的一端錨固于工作測試臺(2)的鉆孔模型內，所述預緊裝置(32)通過擰緊錨桿(5)外露端的螺母以使所述錨桿(5)固定于沖擊梁(62)的端面上；所述拉伸頂梁(61)與沖擊梁(62)對應設置，用于阻止沖擊梁(62)沿錨桿(5)軸向移動；所述負荷傳感器(103)用于測試所述拉伸頂梁(61)與沖擊梁(62)之間的壓力，所述動態(tài)扭矩傳感器(1la)用于測試所述螺母承受的扭矩，所述靜態(tài)扭矩傳感器(1lb)用于測試所述錨桿(5)承受的扭矩。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述預緊裝置(32)上安裝有液壓馬達(321)，所述液壓馬達(321)通過安裝套筒(323)與螺母連接，通過驅動安裝套筒(323)以使所述螺母繞所述錨桿(5)的軸線旋轉。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述動態(tài)扭矩傳感器(1la)安裝于液壓馬達(321)與安裝套筒(323)之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述靜態(tài)扭矩傳感器(1lb)與所述鉆孔模型的模型固定套管(92)固定連接。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述錨桿(5)的一端穿過沖擊梁(62)、拉伸頂梁(61)，并錨固在鉆孔模型中，所述沖擊梁(62)在所述錨桿(5)的帶動下，沿所述錨桿(5)的軸向壓緊作用于拉伸頂梁(61)。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述負荷傳感器(103)位于所述拉伸頂梁(61)與所述沖擊梁(62)之間。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺，其特征在于，所述錨桿(5)通過錨固劑與所述鉆孔模型的煤巖體物理模型(93)粘結。
8.一種根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的用于錨桿安裝預緊的試驗臺的測試方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將待測錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內； 52、在錨桿錨固后，通過預緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預緊力； 53、錨桿承受的預緊力使拉伸裝置產生壓力，而且壓力的大小與預緊力的大小相同； 54、通過負荷傳感器測試所述壓力；通過動態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時螺母承受的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預緊時錨桿桿體承受的扭矩。
9.根據(jù)權利要求8所述的測試方法，其特征在于，步驟S2包括:液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調節(jié)液壓馬達的輸出扭矩。
10.根據(jù)權利要求8所述的測試方法，其特征在于，步驟S2包括:液壓馬達通過控制系統(tǒng)控制比例調速閥動作，改變液壓馬達的進油量以調節(jié)馬達輸出轉速。
【文檔編號】G01M13/00GK104075835SQ201410307753
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】康紅普, 林健, 楊景賀, 吳擁政, 呂華文, 高富強, 邵培森 申請人:天地科技股份有限公司