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一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及礦山支護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺及測試方法。該試驗(yàn)臺包括用于礦山支護(hù)的錨桿，還包括預(yù)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(fù)荷傳感器，錨桿一端錨固于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)；預(yù)緊裝置用于對錨桿施加預(yù)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(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁沿錨桿的軸向移動；通過該試驗(yàn)臺實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬錨桿的安裝預(yù)緊過程，并準(zhǔn)確測試錨桿螺母擰緊扭矩與錨桿軸向預(yù)緊力轉(zhuǎn)化，測試錨桿安裝預(yù)緊后桿體承受的扭矩，對深化錨桿支護(hù)機(jī)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(yù)緊的試驗(yàn)臺及測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山支護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺及測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，錨桿支護(hù)已成為煤礦巷道安全高效的主要支護(hù)方式，在我國煤礦巷道中得到大面積推廣應(yīng)用。錨桿支護(hù)是將錨桿錨固于煤巖體內(nèi)，擰緊桿尾螺母，對圍巖施加預(yù)應(yīng)力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯動。
[0003]錨桿支護(hù)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(diào)心球形墊圈、減摩墊片等配套構(gòu)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(diào)心球形墊圈、錨桿托盤等傳力構(gòu)件，轉(zhuǎn)化為錨桿軸向拉力，即錨桿安裝的預(yù)緊力；另一部分螺母扭矩，被螺紋摩擦副和螺母與調(diào)心球形墊圈的接觸端面消耗，形成扭矩?fù)p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?fù)p失增加，桿體承受的扭矩增大，錨桿實(shí)際預(yù)緊力將降低；桿體承受的扭矩，使錨桿的實(shí)際受力狀態(tài)惡化，錨桿承載能力下降。研究錨桿安裝預(yù)緊時的受力，對深化錨桿支護(hù)機(jī)理研究，提高錨桿支護(hù)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(yù)緊時受力情況的方法主要有兩大類:井下試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。
[0005]井下試驗(yàn)主要通過安裝測力計(jì)或液壓枕等測試儀器，測試錨桿軸向受力，評價(jià)錨桿的工作狀態(tài)。井下試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)為現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，能夠真實(shí)反映井下錨桿工作狀況。但是，井下試驗(yàn)的缺點(diǎn)是:不能準(zhǔn)確測試擰緊螺母的扭矩，也不能確定螺母扭矩與錨桿預(yù)緊力的轉(zhuǎn)化關(guān)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(jìn)的監(jiān)測方法與儀器的應(yīng)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(zhǔn)確有效地測試出錨桿安裝預(yù)緊時的受力情況。
[0006]實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)壳爸饕M(jìn)行錨桿桿體試件的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切及材料沖擊的單項(xiàng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠反映錨桿材料的基本力學(xué)性能。但是，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)缺點(diǎn)是:室內(nèi)單項(xiàng)試驗(yàn)只反映錨桿材料在單一受力條件下的力學(xué)指標(biāo)，因缺少模擬錨桿實(shí)際安裝的試驗(yàn)臺，不能準(zhǔn)確測試螺母扭矩與錨桿預(yù)緊力的轉(zhuǎn)化關(guān)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺及應(yīng)用該試驗(yàn)臺準(zhǔn)確有效地測試錨桿安裝預(yù)緊時受力的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺及測試方法，使得能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬錨桿安裝預(yù)緊施工時的受力情況，準(zhǔn)確有效地測試出錨桿在安裝預(yù)緊時的受力。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺，包括用于礦山支護(hù)的錨桿，其還包括預(yù)緊裝置、拉伸裝置、工作測試臺、負(fù)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(nèi)設(shè)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(yù)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(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁沿錨桿軸向移動；所述負(fù)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(yù)緊裝置上安裝有液壓馬達(dá)，所述液壓馬達(dá)通過安裝套筒與螺母連接，通過驅(qū)動安裝套筒以使所述螺母繞所述錨桿的軸線旋轉(zhuǎn)。
[0013]其中，所述動態(tài)扭矩傳感器安裝于液壓馬達(dá)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(fù)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(jié)。
[0018]一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(nèi)；
[0020]S2、在錨桿錨固后，通過預(yù)緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預(yù)緊力；
[0021]S3、錨桿承受的預(yù)緊力使拉伸裝置產(chǎn)生壓力，而且壓力的大小與預(yù)緊力的大小相同；
[0022]S4、通過負(fù)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(yù)緊時螺母承受的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預(yù)緊時錨桿桿體承受的扭矩。
[0023]其中，步驟S2包括:液壓馬達(dá)通過控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出扭矩。
[0024]其中，步驟S2包括:液壓馬達(dá)通過控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動作，改變液壓馬達(dá)的進(jìn)油量以調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺可實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對錨桿安裝預(yù)緊過程的受力測試，為錨桿支護(hù)理論研究和錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對深化錨桿支護(hù)機(jī)理研究，提高錨桿支護(hù)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(shí)施例用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(yù)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(fù)荷傳感器；321:第二馬達(dá)；323:安裝套筒。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)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(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)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(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)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(yù)緊的試驗(yàn)臺，包括用于支護(hù)礦山的錨桿5，該試驗(yàn)臺還包括預(yù)緊裝置32、拉伸裝置6、工作測試臺2、負(fù)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(nèi)設(shè)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(yù)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(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁62沿錨桿5軸向移動；負(fù)荷傳感器103用于測試?yán)祉斄?1與沖擊梁62之間的壓力，動態(tài)扭矩傳感器1la用于測試預(yù)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(yàn)臺的預(yù)緊裝置32采用液壓馬達(dá)321驅(qū)動工作機(jī)構(gòu)施加旋轉(zhuǎn)扭矩，在錨桿5錨固后預(yù)緊時擰緊錨桿5尾部螺母，實(shí)現(xiàn)對安裝動作進(jìn)行劃分，采用模塊化動作模式，響應(yīng)頻率高、不存在過載問題。
[0034]在預(yù)緊裝置32上安裝有液壓馬達(dá)321，液壓馬達(dá)321通過安裝套筒323與螺母連接，通過驅(qū)動安裝套筒323以使螺母繞錨桿5的軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對錨桿5施加預(yù)緊力。
[0035]動態(tài)扭矩傳感器1la安裝于液壓馬達(dá)321輸出軸與安裝套筒323之間，用于測試預(yù)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(jì)算機(jī)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(chǎn)生正壓力。
[0037]負(fù)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(jì)算機(jī)，經(jīng)程序軟件處理后，獲得螺母扭矩與錨桿軸力的轉(zhuǎn)化關(guān)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(jié)。煤巖體物理模型93優(yōu)選為真實(shí)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(zhì)制成的鉆孔物理模型，錨固劑是工程中采用的真實(shí)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(jìn)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?cái)嚢韬蠊袒欤辰訌?qiáng)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(yàn)檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。
[0039]此外，該試驗(yàn)臺利用控制系統(tǒng)控制液壓馬達(dá)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(dá)321進(jìn)油路上安裝有壓力傳感器和先導(dǎo)比例減壓閥，壓力傳感器測試液壓馬達(dá)321的供液系統(tǒng)壓力，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動作改變供液系統(tǒng)的壓力，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)321的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)對螺母扭矩的控制。
[0041]液壓馬達(dá)321進(jìn)油路上安裝有控制流量的比例調(diào)速閥，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動作，以調(diào)節(jié)馬達(dá)進(jìn)油量，從而改變馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對錨桿螺母轉(zhuǎn)速的控制。
[0042]本發(fā)明還提供一種用于錨桿安裝預(yù)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(nèi)；
[0044]S2、在錨桿錨固后，通過預(yù)緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預(yù)緊力；液壓馬達(dá)通過控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出扭矩。液壓馬達(dá)通過控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動作，改變液壓馬達(dá)的進(jìn)油量以調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速。
[0045]S3、錨桿承受的預(yù)緊力使拉伸裝置產(chǎn)生壓力，而且壓力的大小與預(yù)緊力的大小相同；
[0046]S4、通過負(fù)荷傳感器測試壓力；通過動態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預(yù)緊時擰緊螺母的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預(yù)緊時錨桿桿體承受的扭矩。
[0047]本發(fā)明的實(shí)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺，包括用于礦山支護(hù)的錨桿(5)，其特征在于，還包括預(yù)緊裝置(32)、拉伸裝置(6)、工作測試臺(2)、負(fù)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(nèi)，所述預(yù)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(yīng)設(shè)置，用于阻止沖擊梁(62)沿錨桿(5)軸向移動；所述負(fù)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(quán)利要求1所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺，其特征在于，所述預(yù)緊裝置(32)上安裝有液壓馬達(dá)(321)，所述液壓馬達(dá)(321)通過安裝套筒(323)與螺母連接，通過驅(qū)動安裝套筒(323)以使所述螺母繞所述錨桿(5)的軸線旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺，其特征在于，所述動態(tài)扭矩傳感器(1la)安裝于液壓馬達(dá)(321)與安裝套筒(323)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(quán)利要求5所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)臺，其特征在于，所述負(fù)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(quán)利要求1所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(jié)。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的用于錨桿安裝預(yù)緊的試驗(yàn)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(nèi)； 52、在錨桿錨固后，通過預(yù)緊裝置擰緊錨桿尾部的螺母，以對錨桿施加預(yù)緊力； 53、錨桿承受的預(yù)緊力使拉伸裝置產(chǎn)生壓力，而且壓力的大小與預(yù)緊力的大小相同； 54、通過負(fù)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(yù)緊時螺母承受的扭矩；通過靜態(tài)扭矩傳感器測試錨桿預(yù)緊時錨桿桿體承受的扭矩。
9.根據(jù)權(quán)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(dá)通過控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)比例減壓閥動作，改變其供液系統(tǒng)的壓力以調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出扭矩。
10.根據(jù)權(quán)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(dá)通過控制系統(tǒng)控制比例調(diào)速閥動作，改變液壓馬達(dá)的進(jìn)油量以調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)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(quán)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(qiáng), 邵培森 申請人:天地科技股份有限公司