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原文传递一种锚杆抗冲击性能测试实验装置及方法

专利名称：	一种锚杆抗冲击性能测试实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种锚杆抗冲击性能测试实验装置及方法，涉及锚杆力学性能研究技术领域，能够模拟锚杆在巷道围岩中受到冲击地压的环境，以实现对柔性可卸压锚杆的力学性能的测试。包括：支架、提升机构、冲击部件、夹持部件和压力传感器；支架为框架结构，支架包括立柱和顶板，所述顶板设于所述立柱顶端，提升机构设于所述框架结构围成的空间内、且固定于所述顶板上，提升机构一端连接有冲击部件，冲击部件与提升机构协同用于模拟巷道来压环境；顶板上还设有所述夹持部件，夹持部件用于固定锚杆，在所述锚杆上、位于所述夹持部件与所述顶板之间设有所述压力传感器。本发明适用于锚杆抗冲击力学特性实验研究。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国矿业大学(北京)
发明人：	郭东明;刘康;薛磊;张英实;马有宝
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201811500137.8
公开号：	CN109668798A
代理机构：	北京市广友专利事务所有限责任公司
代理人：	祁献民
分类号：	G01N3/303(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路丁11号
主权项：	1.一种锚杆抗冲击性能测试实验装置，其特征在于，包括：支架、提升机构、冲击部件、夹持部件和压力传感器；所述支架为框架结构，所述支架包括立柱和顶板，所述顶板设于所述立柱顶端，所述提升机构设于所述框架结构围成的空间内、且固定于所述顶板上，所述提升机构一端连接有所述冲击部件，所述冲击部件与所述提升机构协同用于模拟巷道围岩来压环境；所述顶板上还设有所述夹持部件，所述夹持部件用于固定锚杆，以模拟锚杆在巷道围岩中的锚固状态，在所述锚杆上、位于所述夹持部件与所述顶板之间设有所述压力传感器，用于监测锚杆受到的冲击力。 2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述冲击部件为落锤，所述落锤由多块钢板叠合组成，并采用螺纹杆和螺母固定连接成一体结构。 3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述支架还包括底板，所述落锤上设有纵向通孔，所述纵向通孔中设有导轨，所述导轨一端固定于所述顶板，另一端固定于所述底板上，所述落锤四周设有与所述纵向通孔垂直朝向的可开合的结构，所述可开合的结构用于方便添加或移除落锤；所述支架还包括底板，所述落锤两侧边缘设有纵向滑槽，在所述滑槽中设有导轨，所述导轨一端固定于所述顶板，另一端固定于所述底板上。 4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述提升机构包括提升电机、钢丝绳以及电磁吸盘，所述钢丝绳一端缠绕在所述提升电机的输出轴上，所述钢丝绳另一端连接有所述电磁吸盘，所述电磁吸盘通电后产生磁场与所述落锤接触时吸附住所述落锤。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹持部件包括锁环及设于所述锁环中的夹片，所述锁环为筒体结构，所述筒体结构轴向上设有中心通孔，所述中心通孔为上大下小的第一倒圆台结构，所述夹片由若干具有斜度的圆环体组成第二倒圆台结构，所述夹片内侧壁设有内螺纹，所述锚杆上设有外螺纹，所述锚杆设于所述锁环的中心通孔中，所述夹片插入所述中心通孔与所述锚杆之间的空间中，所述夹片通过所述内螺纹与所述锚杆的外螺纹配合将所述锚杆锁紧。 6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述底板包括同心设置第一钢板及第二钢板，所述第一钢板为环状结构，所述第二钢板设置于所述第一钢板中间、且与所述第一钢板相分离；所述立柱包括四根，四根立柱两两间隔对应固定于所述底板的第一钢板上，在所述底板与立柱连接处还设有第一支撑角钢，所述第一支撑角钢为直角三角形结构；所述两两对应的立柱竖直方向上、不同高度还设有横梁，所述顶板底部焊接有加劲梁，所述顶板与所述立柱的连接处设有第二支撑角钢，所述第二支撑角钢为直角梯形结构。 7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器上表面与所述夹持部件之间设有第一钢垫板，所述压力传感器下表面与所述顶板之间设有第二钢垫板，所述压力传感器上设有环形阵列螺纹孔，所述第二钢垫板上设有与所述环形阵列螺纹孔位置对应的第一通孔，所述顶板上设有与所述环形阵列螺纹孔位置对应的第二通孔，通过丝杆依次穿过所述螺纹孔、第一通孔及第二通孔，用螺母与所述丝杆配合固定连接于所述顶板上。 8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述两两间隔对应设置的立柱之间还设有金属栅栏，在所述金属栅栏一侧设有可以开合的入口。 9.一种锚杆抗冲击性能测试实验方法，应用于权利要求1至8任一所述的装置上，其特征在于，包括步骤：将锚杆用夹持部件夹紧悬空于所述实验架围成的框架结构空间内，以模拟锚杆在巷道围岩中锚固状态；利用所述提升机构动态调整所述冲击部件所处的高度，以模拟巷道围岩中的来压；利用不同高度的冲击部件对所述锚杆冲击，以模拟巷道中锚杆受到的来压环境；利用压力传感器对所述锚杆受到的冲击压力进行监测，并将监测到的压力数据输出以分析所述锚杆受冲击的力学性能。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述锚杆用所述夹持部件夹紧悬空于所述实验架围成的框架结构空间内包括：将四根3m～3.5m高的立柱间隔对应焊接在实验架的底板上；所述底板包括同心设置第一钢板及第二钢板，所述第一钢板为矩形结构，所述第二钢板设置于所述第一钢板中间、且与所述第一钢板相分离；在所述立柱顶端焊接顶板；所述顶板上设有第一环形阵列通孔，所述顶板下表面焊接有加劲梁；在所述立柱与底板的连接处及立柱与顶板的连接处设置支撑角钢；定制圆环状压力传感器，在压力传感器上设置与所述第一环形阵列通过对应位置的环形阵列螺纹孔；在压力传感器与顶板之间设置一块钢垫板，以增加受力的均匀性；所述钢垫板上设有与第一环形阵列通孔位置对应的第二环形阵列通孔；用丝杆依次穿过所述螺纹孔、第一环形阵列通孔及第二环形阵列通孔，用螺母与所述丝杆配合固定连接于所述顶板上；将锁环放置于压力传感器上，锁环与所述压力传感器同轴设置；在压力传感器与锁环之间设置一层钢垫板，以增加受力均匀性；将锚杆插入所述锁环中，使锚杆锚固端加工螺纹段位于所述锁环位置；所述锁环为筒体结构，所述筒体结构轴向上设有中心通孔，所述中心通孔为上大下小的第一倒圆台结构；将夹片插入所述中心通孔与所述锚杆之间的空间中，所述夹片通过所述内螺纹与所述锚杆的外螺纹配合；向下拉动所述锚杆，带动所述夹片向下移动卡入锁环中，从而将所述锚杆锁紧；所述冲击部件为落锤，所述提升机构包括提升电机、钢丝绳以及电磁吸盘，所述钢丝绳一端缠绕在所述提升电机的输出轴上，所述钢丝绳另一端连接有所述电磁吸盘；利用所述提升机构动态调整所述冲击部件所处的高度，以模拟巷道围岩中的来压；利用不同高度的冲击部件对所述锚杆冲击，以模拟巷道围岩中锚杆受到的来压环境包括：在重锤上下路径上设置竖向导轨，将所述导轨两端固定于实验架顶板与底板上，在重锤边缘设置滑槽，将所述导轨设于所述滑槽中；在两两对应的立柱竖直方向上、不同高度位置设置横梁，不同高度位置设置的横梁用于加强实验架及停放重锤；按动电磁吸盘打开按钮，利用所述提升电机上下升降所述电磁吸盘；当所述电磁吸盘接触所述落锤时，所述电磁吸盘通电产生磁场，吸附住所述落锤；利用提升电机将所述落锤沿所述导轨提升至不同高度位置上；按动电磁吸盘关闭按钮，电磁吸盘松开落锤，落锤沿所述导轨降落冲击锚杆；所述方法还包括：利用CCD相机对不同种类和/或不同规格的锚杆，重复上述步骤，监测锚杆在受到不同冲击能量下的力学性能。
所属类别：	发明专利