CN117949304B - 一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锚杆测试技术领域，公开了一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，包括底座和若干组径向测量机构，底座上固定有支架，支架上水平固定有若干根插杆，以固定锚杆的竖向位置，底座上还设置有在轴向固定恒阻器的轴向定位机构，以固定锚杆的轴向位置。径向测量机构包括同轴固定的套板一和套板二以及径向位移检测单元，套板一和套板二均为环形板状，且套板一与套板二之间形成安装间隙，且安装间隙内周向分布若干个径向位移检测单元。本发明通过上述结构能够方便在恒阻器的外侧安装多个径向测量机构，并且径向测量机构中的径向位移监测单元位置可调，从而方便对恒阻器外壳周向、轴向不同位置进行更广范围的检测，使得测量结构更加准确可靠。

Description

一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及锚杆测试技术领域，尤其涉及一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置及方法。

背景技术

过去的采矿一般限于浅部，所以地质环境较为简单，当前支护技术满足安全需求，但随着采矿进入深部，地质环境变得恶劣、力学状态更为复杂，影响安全的因素增多，不利于安全生产要求。例如，随着井下开采深度的增加，高温、高湿、高地应力也相继而来，导致岩体产生大的变形，如巷道顶板的开裂、侧帮的变形以及底鼓现象的产生，都对巷道中的人员和设备构成威胁，同时露天矿方面，大角度边坡的开采使很多边坡有潜在滑动的隐患，当受到爆破振动、降雨等影响时，会突然的滑动，对人员和设备造成伤害。基于此，研究一种具有高强度、高韧性、高延伸率的锚杆尤为重要。

CRLD锚索由恒阻器、恒阻体以及高强度钢绞线3种结构相互组合而成，钢绞线为拉力承载结构，当所受拉力达到其破断力值的80%～90%时，钢绞线会将恒阻器内的恒阻体拉动，当恒阻体在恒阻器内滑移时它们之间会产生一定的摩擦力（摩擦力即为恒阻力），为了保证恒阻效果，需设计CRLD锚索结构体的几何尺寸，使恒阻力保持在一定范围内，因此本发明提供一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置及方法，以利于设计CRLD锚杆。

发明内容

为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，包括底座和若干组径向测量机构。

底座上固定有支架，支架上水平固定有若干根插杆，以固定锚杆的竖向位置，底座上还设置有在轴向固定恒阻器的轴向定位机构，以固定锚杆的轴向位置。

径向测量机构包括同轴固定的套板一和套板二以及径向位移检测单元，套板一和套板二均为环形板状，且套板一与套板二之间形成安装间隙，且安装间隙内周向分布若干个径向位移检测单元，径向位移检测单元用于检测恒阻器的径向位移，且径向位移检测单元的位置可调。所述插杆能够和套板一与套板二可拆卸连接。

作为上述方案的进一步改进，径向位移检测单元包括微型电机、安装块以及位移传感器，其中，微型电机安装在套板二的内侧，安装块与微型电机的输出轴连接，位移传感器设置在安装块的一侧，且位移传感器的测量端用于和恒阻器外壳抵触。

作为上述方案的进一步改进，安装块远离位移传感器的另一侧还固定有若干根安装顶杆，安装顶杆的末端设置有滚珠，套板二的内侧还安装有径向驱动件，径向驱动件的输出端和微型电机的外壳连接，微型电机的外壳与套板二的内侧径向滑动连接。

作为上述方案的进一步改进，套板二的侧面分布若干个连接孔，套板一的侧面分布若干根连接杆，连接杆和连接孔之间采用螺旋连接，且连接杆和套板一之间可通过轴承转动连接。

作为上述方案的进一步改进，套板一和套板二上周向开设若干个穿孔，插杆能够穿过穿孔，且插杆与径向测量机构之间通过定位测量机构固定位置。

作为上述方案的进一步改进，套板一、套板二的内圈沿周向分布若干个定位孔，定位测量机构包括开设在插杆外表面的凹槽、设置在凹槽处的定位单元，且凹槽处的插杆为空心结构。

作为上述方案的进一步改进，定位单元包括活动贯穿凹槽底面的定位销杆，位于凹槽内的定位销杆上设置有电磁铁二，凹槽的底面设有电磁铁一，电磁铁一和电磁铁二能够产生磁性力，从而使得定位销杆沿着凹槽的深度方向滑动，且定位销杆的外端能够和套板一或套板二上的定位孔插接，从而固定径向测量机构的位置。

作为上述方案的进一步改进，轴向定位机构包括开设在底座上的斜槽，滑动连接于斜槽的限位架，其中，限位架的底端与斜槽的内壁滑动连接，且限位架的顶端能够抵触在恒阻器的端面上，限位架上还设有定位螺栓，定位螺栓的末端用于和底座连接，以固定限位架的位置。

作为上述方案的进一步改进，底座上分布有若干个稳定机构，以稳定恒阻器的位置，稳定机构包括开设在底座上的安装槽、活动连接于安装槽的支撑板，支撑板的顶面为圆弧曲面，其能够和恒阻器的外壁贴合，且支撑板的相对两侧均转动安装有旋转轴，旋转轴上开设有螺纹孔，螺纹孔处螺旋安装有销杆，安装槽四周的底座的顶面开设有与销杆配合的定位槽。

作为上述方案的进一步改进，安装槽的相对两内壁均纵向滑动连接有滑块，滑块的底部通过弹簧和安装槽的内底面连接，支撑板的底部通过销轴和两个滑块转动连接。

本发明还提出了一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验方法，其采用上述试验装置，具体包括如下步骤：

将若干组径向测量机构分别套装在锚杆的外侧，并且固定住径向测量机构的轴向位置；

将插杆和径向测量机构中的套板一与套板二固定，此时在竖向固定住了锚杆的位置；

然后利用轴向定位机构固定锚杆的轴向位置

最后，通过锚索逐渐施加试验载荷，记录加载过程中的拉力和位移数据。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提出的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，包括底座和若干组径向测量机构，底座上固定有支架，支架上水平固定有若干根插杆，以固定锚杆的竖向位置，底座上还设置有在轴向固定恒阻器的轴向定位机构，以固定锚杆的轴向位置。

本发明提出的径向测量机构包括同轴固定的套板一和套板二以及径向位移检测单元，套板一和套板二均为环形板状，且套板一与套板二之间形成安装间隙，且安装间隙内周向分布若干个径向位移检测单元，位移传感器用于检测恒阻器的径向位移，且径向位移检测单元的位置可调。

本发明通过上述结构能够方便在恒阻器的外侧安装多个径向测量机构，并且径向测量机构中的径向位移监测单元位置可调，从而方便对恒阻器外壳周向、轴向不同位置进行更广范围的检测，使得测量结构更加准确可靠。

附图说明

图1为本发明提供的试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明图1的A处放大图；

图3为本发明提出的径向测量机构的立体图；

图4为本发明提出的套板二的结构示意图；

图5为本发明提出的径向测量机构的原理图；

图6为本发明的图5中的C处放大图；

图7为本发明在图5的基础上增加径向测量机构数量后的原理图；

图8为本发明的图1中的局部放大图。

主要符号说明：

图中：底座1、支架2、插杆3、径向测量机构4、测量单元401、恒阻器5、锚索6、安装顶杆7、微型电机8、安装块10、位移传感器11、径向驱动件12、凹槽13、电磁铁一14、电磁铁二15、定位销杆16、套板一17、套板二18、穿孔19、连接孔21、连接杆22、斜槽23、限位架24、支撑板25、旋转轴26、销杆27、滑块28、弹簧29、安装槽30、定位槽31、旋转中心点32、第一边33、第二边34、第三边35、变形线一36、变形线二37。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

参照图1-8，一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，包括底座1以及若干组径向测量机构4。

底座1上固定有支架2，支架2上水平固定有若干根插杆3，以固定恒阻器5的竖向位置，底座1上还设置有在轴向固定恒阻器5的轴向定位机构，以固定锚杆的轴向位置。插杆3和支架2之间可才有螺旋连接，这样更方便安装使用。

在本方案中，参照图1和图3，径向测量机构4包括同轴固定的套板一17和套板二18以及径向位移检测单元，套板一17和套板二18均为环形板状，且套板一17与套板二18之间形成安装间隙，且安装间隙内周向分布若干个径向位移检测单元，位移传感器11用于检测恒阻器5的径向位移，且径向位移检测单元的在恒阻器外侧的相对位置可以调节。

在本方案中，径向位移检测单元包括微型电机8、安装块10以及位移传感器11，其中的位移传感器11可采用现有的位移传感器，从而方便测量恒阻器在拉拔试验时径向位置的位移，以便于测量恒阻器的性能，其中，微型电机8安装在套板二18的内侧，安装块10与微型电机8的输出轴连接，位移传感器11设置在安装块10的一侧，且位移传感器11的测量端用于和恒阻器5外壳抵触，从而实现恒阻器外壳5在发生变形时，能够被位移传感器检测到。

值得一提的是，为了方便安装径向位移检测单元，安装块10远离位移传感器11的另一侧还固定有若干根安装顶杆7，安装顶杆7的末端设置有滚珠，套板二18的内侧还安装有径向驱动件12，径向驱动件12的输出端和微型电机8的外壳连接，微型电机8的外壳与套板二18的内侧径向滑动连接。

当安装径向测量机构时，微型电机驱动安装块旋转，使得安装顶杆的末端朝向套板一17的内侧轴心，这样将套板一和套板二套装在恒阻器外侧时，能够方便安装，并且当各个径向测量机构安装完毕后，使得插杆3穿过套板一17和套板二18上的穿孔19，然后再使得插杆3的另一端和支架2固定，此时再逐个使得微型电机8工作，带动各个安装块旋转，最终使得各个位移传感器11的测量端用于和恒阻器5外壳抵触，从而方便后续测量恒阻器外壳的形变。

在本方案中，套板二18的侧面分布若干个连接孔21，套板一17的侧面分布若干根连接杆22，连接杆22和连接孔21之间采用螺旋连接，且连接杆22和套板一17之间可通过轴承转动连接。通过上述结构能够使得套板一和套板二连接成一体。

套板一17和套板二18上周向开设若干个穿孔19，插杆3能够穿过穿孔19，且插杆3与径向测量机构4之间通过定位测量机构固定位置。

作为本发明一可选地实施方式，套板一17、套板二18的内圈沿周向分布若干个定位孔，定位测量机构包括开设在插杆3外表面的凹槽13、设置在凹槽13处的定位单元，且凹槽13处的插杆3为空心结构。

参照图2，本方案中的定位单元包括活动贯穿凹槽13底面的定位销杆16，位于凹槽13内的定位销杆16上设置有电磁铁二15，凹槽13的底面设有电磁铁一14，电磁铁一14和电磁铁二15能够产生磁性力，从而使得定位销杆16沿着凹槽13的深度方向滑动，且定位销杆16的外端能够和套板一17或套板二18。

本方案在工作时，参照图5，图6，以旋转中心点32为位移传感器的旋转中心进行安装，初始时恒阻器5的外壳为圆形，则位移传感器的测量端抵触于恒阻器5外表面的一点（二者的接触点即为测量点），根据三角形的边长计算公式，已知三角形的第一边33以及第二边34的长度以及第二边34（第二边始终与位移传感器的测量端延长线共线）与第一边的夹角，因此可以计算出此时第三边35的长度，其中，第一边33的长度值为恒阻器的外壳半径值与旋转中心点32与恒阻器的外壳最短距离值之和，第二边34的长度值可以通过位移传感器11测量得到（即实时的位移传感器的测量端的末端距离旋转中心点32的距离），因此，在拉拔试验前能够得到一个初始的第三边35的长度，记为K0，在初始时K0的值等于恒阻器5的半径。

当测试时恒阻器外壳的形变为变形线一36时，此时的第二边34的长度为y1，能够得到此时的第三边35的长度，记为K1；则此时该测量点的位移值为K1-K0。

当测试时恒阻器外壳的形变为变形线二37时，此时的第二边34的长度为y2，能够得到此时的第三边35的长度，记为K2，则此时该测量点的位移值为K2-K0。

因此，通过本方案，利用可以旋转的位移传感器，能够尽可能在不重新安装拆卸径向测量机构的位置的前提下，更多地对恒阻器外壳周向位置上的多点进行位移监测，使得观测结果更加准确，更加能够反映恒阻器的径向位移变化规律，从而体现恒阻器的性能。

参照图1，轴向定位机构包括开设在底座1上的斜槽23，滑动连接于斜槽23的限位架，其中，限位架24的底端与斜槽23的内壁滑动连接，且限位架24的顶端能够抵触在恒阻器的端面上，限位架24上还设有定位螺栓，定位螺栓24的末端用于和底座1连接，以固定限位架24的位置。

具体参照图8，底座1上分布有若干个稳定机构，以稳定恒阻器5的位置，稳定机构包括开设在底座1上的安装槽30、活动连接于安装槽30的支撑板25，支撑板25的顶面为圆弧曲面，其能够和恒阻器的外壁贴合，且支撑板25的相对两侧均转动安装有旋转轴26，旋转轴26上开设有螺纹孔，螺纹孔处螺旋安装有销杆27，安装槽30四周的底座1的顶面开设有与销杆27配合的定位槽31。

安装槽30的相对两内壁均纵向滑动连接有滑块28，滑块28的底部通过弹簧29和安装槽30的内底面连接，支撑板25的底部通过销轴和两个滑块28转动连接。

实施例2

本发明还提出了一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验方法，其采用上述试验装置，具体包括如下步骤：

将若干组径向测量机构分别套装在锚杆的外侧，并且固定住径向测量机构的轴向位置；

将插杆和径向测量机构中的套板一与套板二固定，此时在竖向固定住了锚杆的位置；

然后利用轴向定位机构固定锚杆的轴向位置；

最后，通过锚索6逐渐施加试验载荷，记录加载过程中的拉力和位移数据。

且本实施例提出的恒阻锚杆拉拔的试验方法，在实施例1中存在详细的介绍，在此不做赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，包括

底座，所述底座上固定有支架，所述支架上水平固定有若干根插杆，以固定锚杆的竖向位置，所述底座上还设置有在轴向固定恒阻器的轴向定位机构，以固定锚杆的轴向位置；

若干组径向测量机构，所述径向测量机构包括同轴固定的套板一和套板二以及径向位移检测单元，套板一和套板二均为环形板状，且套板一与套板二之间形成安装间隙，且安装间隙内周向分布若干个径向位移检测单元，所述径向位移检测单元用于检测恒阻器的径向位移，且径向位移检测单元的位置可调；

所述插杆能够和套板一与套板二可拆卸连接；

所述径向位移检测单元包括微型电机、安装块以及位移传感器，其中，所述微型电机安装在套板二的内侧，所述安装块与微型电机的输出轴连接，所述位移传感器设置在安装块的一侧，且位移传感器的测量端用于和恒阻器外壳抵触；

所述安装块远离位移传感器的另一侧还固定有若干根安装顶杆，所述安装顶杆的末端设置有滚珠，所述套板二的内侧还安装有径向驱动件，所述径向驱动件的输出端和微型电机的外壳连接，微型电机的外壳与套板二的内侧径向滑动连接；

以旋转中心点为位移传感器的旋转中心进行安装，初始时恒阻器的外壳为圆形，则位移传感器的测量端抵触于恒阻器外表面的一点，二者的接触点即为测量点，根据三角形的边长计算公式，已知三角形的第一边以及第二边的长度以及第二边与第一边的夹角，第二边始终与位移传感器的测量端延长线共线，因此可以计算出此时第三边的长度，其中，第一边的长度值为恒阻器的外壳半径值与旋转中心点与恒阻器的外壳最短距离值之和，第二边的长度值可以通过位移传感器测量得到，即实时的位移传感器的测量端的末端距离旋转中心点的距离，因此，在拉拔试验前能够得到一个初始的第三边的长度，记为K0，在初始时K0的值等于恒阻器的半径；

当测试时恒阻器外壳的形变为变形线一时，此时的第二边的长度为y1，能够得到此时的第三边的长度，记为K1；则此时该测量点的位移值为K1-K0；

当测试时恒阻器外壳的形变为变形线二时，此时的第二边的长度为y2，能够得到此时的第三边的长度，记为K2，则此时该测量点的位移值为K2-K0。

2.如权利要求1所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述套板二的侧面分布若干个连接孔，套板一的侧面分布若干根连接杆，所述连接杆和连接孔之间采用螺旋连接，且连接杆和套板一之间可通过轴承转动连接。

3.如权利要求2所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述套板一和套板二上周向开设若干个穿孔，所述插杆能够穿过所述穿孔，且插杆与径向测量机构之间通过定位测量机构固定位置。

4.如权利要求3所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述套板一、套板二的内圈沿周向分布若干个定位孔，所述定位测量机构包括开设在插杆外表面的凹槽、设置在所述凹槽处的定位单元，且凹槽处的插杆为空心结构。

5.如权利要求4所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述定位单元包括活动贯穿凹槽底面的定位销杆，位于凹槽内的定位销杆上设置有电磁铁二，凹槽的底面设有电磁铁一，电磁铁一和电磁铁二能够产生磁性力，从而使得定位销杆沿着凹槽的深度方向滑动，定位销杆的外端能够和套板一或套板二上的定位孔插接，从而固定径向测量机构的位置。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述轴向定位机构包括开设在底座上的斜槽、滑动连接于所述斜槽的限位架，其中，所述限位架的底端与斜槽的内壁滑动连接，且限位架的顶端能够抵触在恒阻器的端面上，所述限位架上还设有定位螺栓，定位螺栓的末端用于和底座连接，以固定限位架的位置。

7.如权利要求6所述的一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验装置，其特征在于，所述底座上分布有若干个稳定机构，以稳定恒阻器的位置，所述稳定机构包括开设在底座上的安装槽、活动连接于安装槽的支撑板，支撑板的顶面为圆弧曲面，其能够和恒阻器的外壁贴合，且支撑板的相对两侧均转动安装有旋转轴，旋转轴上开设有螺纹孔，所述螺纹孔处螺旋安装有销杆，所述安装槽四周的底座的顶面开设有与销杆配合的定位槽；所述安装槽的相对两内壁均纵向滑动连接有滑块，滑块的底部通过弹簧和安装槽的内底面连接，所述支撑板的底部通过销轴和两个滑块转动连接。

8.一种模拟深层恒阻锚杆拉拔的试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的试验装置，具体包括如下步骤：

将若干组径向测量机构分别套装在锚杆的外侧，并且固定住径向测量机构的轴向位置；

将插杆和径向测量机构中的套板一与套板二固定，此时在竖向固定住了锚杆的位置；

然后利用轴向定位机构固定锚杆的轴向位置

最后，通过锚索逐渐施加试验载荷，记录加载过程中的拉力和位移数据。