CN102031873B - 定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压张拉器领域，具体公开了一种定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，包括：缸体，一端与缸头连接；活塞的一端置入缸体中，另一端穿过缸头上设置的腰形通孔与行星轮系连接；活塞内部设置有活塞复位弹簧；缸头的中部沿径向设置有若干个夹块，若干个夹块外侧分别设置有夹块开合环，行星轮系的外面设置有离合器内环，离合器内环的内侧设置有齿圈与行星轮系的行星轮啮合；行星轮系的外面通过卡簧套设有离合器外环，离合器外环的环侧沿与活塞轴线垂直的方向设置有力臂，力臂的内部通孔中安装有棘爪，棘爪的一端与离合器内环外侧的牙槽啮合，棘爪的另一端与力矩调整螺钉连接。本发明能提高工作效率和量化锚杆预应力的一致性。

Description

定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器

技术领域

本发明涉及液压张拉器技术领域，特别涉及一种定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器。

背景技术

在使用高强度预应力锚杆进行巷道支护时，为获得较大的预应力需对锚杆尾部的紧固螺母施加较大的拧紧力矩，目前在施加大力矩时通常使用动力增矩扳手或液压扳手，由于螺纹螺旋升角的存在和螺纹副之间的摩擦阻力，在对锚杆尾部的紧固螺母施加扭矩时会将一部分扭力传递到锚杆的锚固段，使锚杆杆体受到拉扭的联合作用，其中扭力对锚杆产生的应力使锚杆的抗拉伸能力降低，给预应力的施加造成很大的负面影响。液压张拉器被广泛应用在钢绞线的预应力施加工艺中，液压张拉器的张拉过程完全是直线拉伸，不存在扭转的现象，因此在对锚杆施加预应力时锚杆只受到轴向拉伸的作用，从而可以有效地改善锚杆的受力状态，提高锚杆的支护效率。由于预应力锚杆的预应力最终由锚杆尾部的螺纹副保持，当锚杆被液压张拉器拉伸后，在锚杆被拉伸的状态下对尾部螺纹副的螺母施加适当的力矩，在液压张拉器卸荷后能够保持锚杆的预应力。对尾部螺纹副的螺母所施加力矩的大小会对锚杆最终所保持的预应力产生影响，目前使用的液压张拉器存在许多不足之处：1、使用空心油缸无形地增加了张拉器的重量；2、不具备快速装夹的功能；3、无法准确有效的保证锁紧力矩大小的一致性，导致每根锚杆的预应力大小不同，从而直接影响支护效果，降低工作效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何减轻液压张拉器的重量，提高液压张拉器的工作效率，提高量化锚杆预应力的一致性。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，包括：

缸体，一端与呈圆柱体的缸头连接；活塞的一端置入所述缸体中，另一端穿过所述缸头上设置的腰形通孔，与行星轮系连接；所述活塞内部设置有活塞复位弹簧；所述缸头的中部沿径向设置有若干个夹块，若干个所述夹块外侧设置有夹块开合环；所述行星轮系的外面设置有圆环状离合器内环，所述离合器内环的内侧设置有齿圈与行星轮系的行星轮啮合；所述行星轮系的外面通过卡簧套设有离合器外环，所述离合器外环的环侧沿与活塞轴线垂直的方向设置有力臂，所述力臂的内部通孔中安装有棘爪，所述棘爪的一端与离合器内环外侧的牙槽啮合，所述棘爪的另一端与力矩调整螺钉连接。

其中，所述缸头的中部沿径向开设有至少两个矩形孔，每个所述矩形孔内设置一个所述夹块。

每个所述矩形孔靠近夹块开合环的一侧设置有第一销钉；每个所述夹块靠近缸体的端面上开设有长槽，槽内设置有第二销钉，各个所述第一销钉和第二销钉之间设置有夹块复位弹簧。

所述活塞的外柱面上设有密封圈安装槽，所述密封圈安装槽内安装有密封圈。

所述缸头设置有中心孔供锚杆穿过。

所述夹块开合环的内壁设置有与夹块数量相同且宽度大于夹块宽度的凹槽。

所述行星轮系包括：

行星架，其内螺纹与所述活塞端头的外螺纹连接；

太阳轮，通过卡簧固定在所述行星架的中心孔内；

行星轮，安装在所述行星架上，所述行星轮与太阳轮啮合。

其中，所述行星轮系还包括：

行星轮轴，所述行星轮通过行星轮轴安装在行星架上；

顶丝，设置在所述行星架上以固定所述行星轮轴。

还包括：碟簧组，设置在所述棘爪和力矩调整螺钉之间。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下有益效果：通过采用单作用油缸有效减轻液压张拉器的体积，通过利用空心活塞作支撑，并在缸体端头安装快速夹紧机构，使其在空心活塞内部相对移动来对锚杆进行拉伸，使得在对锚杆施加预应力时只受到拉伸力的作用，使得螺母锁紧时可以获得恒定力矩使安装的锚杆预应力基本相同。

附图说明

图1是本发明实施例的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器的结构剖面图；

图2是图1中的A-A向剖视图；

图3是图1中的B-B向剖视图；

图4是本发明实施例的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器的工作状态示意图。

其中，1：缸体；2：活塞；3：密封圈；4：活塞复位弹簧；5：第一销钉；6：缸头；7：夹块开合环；8：夹块；9：离合器外环；10：离合器内环；11：顶丝；12：行星轮轴；13：行星轮；14：太阳轮；15：行星架；16：第一卡簧；17：第二卡簧；18：力矩调整螺钉；19：碟簧组；20：棘爪；21：第二销钉；22：夹块复位弹簧；23：力臂；24：锚杆；25：托盘；26：护板；27：螺母；28：进出油口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器结构示意图，并结合图2、图3以及图4所示，本实施例的张拉器主要包括缸体1、活塞2、密封圈3、活塞复位弹簧4、销钉A5、缸头6、夹块开合环7、夹块8、离合器外环9、离合器内环10、顶丝11、行星轮轴12、行星轮13、太阳轮14、行星架15、卡簧16、卡簧17、力矩调整螺钉18、碟簧组19、棘爪20、销钉B21、夹块复位弹簧22和力臂23。

其中，活塞2呈筒状，为空心，一端封闭，下文称之为封闭端，该封闭端置入缸体1内部形成密封腔；活塞2的另一端在筒壁上轴向切槽，该另一端伸出缸体1穿过缸头6并继续延伸，其端头设置外螺纹与行星架15的内螺纹连接；活塞2的外柱面上设有密封圈安装槽，用于安装密封圈3；活塞2内部安装有活塞复位弹簧4，其一端与活塞2封闭端的内底连接，另一端与缸头6连接。

本实施例的缸头6为一圆柱体，其一端设内螺纹与缸体1连接，其中心设有中心孔，中心孔用于穿过锚杆24，中心孔外侧设置至少两个腰形通孔，活塞2伸出缸体1的部分从腰形通孔内穿出。在缸头6远离缸体1方向的圆柱面中部，径向开设有至少两个矩形孔，矩形孔内置有夹块8，夹块8在矩形孔内可作径向滑动，在每个矩形孔内与活塞2的轴线平行的方向分别设置一销钉孔，销钉孔内分别安装有销钉21。

本实施例的夹块8为一外径与缸头6的外径相同，且中心设有螺纹孔的圆柱体的分割体，夹块8的外侧设置有夹块开合环7，每个夹块8靠近缸体1的一端面与活塞2的轴线平行的方向开设有一长槽，槽内设销钉孔，销钉孔内安装有销钉5，夹块8在缸头6的矩形孔内滑动时长槽避开销钉21，位置相对应的第一销钉5与第二销钉17之间设置有夹块复位弹簧22，使夹块8向外紧贴夹块开合环7的内壁。

夹块开合环7的内圆与缸头6的外圆同轴作转动配合，夹块开合环7的内壁设有与夹块8数量相同且宽度大于夹块8宽度的凹槽，夹块开合环7与缸头6相对转动时，夹块8进入凹槽时向外侧移动，使各个夹块8的内螺纹张开，解除与缸头6上的被紧固外螺纹的连接；夹块8离开凹槽时向内移动，使各个夹块8的内螺纹合拢与被紧固外螺纹连接。

本实施例的行星架15为圆筒状，其一端设内螺纹与活塞2伸出缸头6的一端连接，其另一端设置至少三个行星轮轴安装孔，安装孔内分别安装有行星轮轴12，安装孔的外端设内螺纹用于安装顶丝11以固定行星轮轴12；行星轮13分别安装在行星轮轴12上。行星架15的中心孔内装有太阳轮14，行星架15的中心孔内设有卡簧槽，卡簧槽内设置有第一卡簧16，太阳轮14通过第一卡簧16固定在行星架15的中心孔内，太阳轮14中心具有六方孔。行星轮13与太阳轮14啮合。

本实施例的行星架15、太阳轮14、行星轮13、行星轮轴12、顶丝11以及第一卡簧16统称为行星轮系。

离合器内环10呈圆环状，设置在行星轮13的外面，其内侧设有内齿用作行星轮系的齿圈，外侧设有若干不对称的牙槽，牙槽的一个方向作离合器外环9的牙嵌离合器的牙槽使用，另一个方向作棘轮使用。离合器外环9呈圆环状，通过第二卡簧17固定套设在行星架15外面；离合器外环9的环侧沿与活塞2轴线垂直的方向设有力臂23，力臂23的端部设有内螺纹安装力矩调整螺钉18，力臂23内部设有通孔，通孔内安装有棘爪20，棘爪20的一端为梯形断面与离合器内环10的作为棘轮的牙槽啮合，另一端连接碟簧组19，碟簧组19通过力矩调整螺钉18紧压在棘爪20的端面上，调整力矩调整螺钉18可调整离合器脱扣的力矩大小。

如图4所示，为本发明实施例的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器的工作状态示意图，在岩层或煤层表面设置带孔的护板26，也可以为W钢带，然后在护板26上安装托盘25，托盘25的一端与液压张拉器的行星架15连接，将锚杆24从行星架15的中心孔穿入，直至穿过缸头6的中心孔。本发明的液压张拉器在使用时，首先将夹块开合环7旋至各个夹块8的内螺纹张开的位置，将太阳轮14中心的六方孔套装在螺母27上，旋转夹块开合环7使夹块8组成的内螺纹合拢，并与被紧固外螺纹快速连接，通过进出油口28向油缸内注油，活塞2向上移动使行星架15靠紧托盘25；继续注油，由于活塞2和行星架15已支撑在托盘25上，缸体1将向下拉动缸头6并通过夹块8对锚杆24施加预应力，达到预定值后，旋转力臂23通过棘爪20拨动离合器内环10旋转，离合器内环10的内齿圈通过行星轮13将扭矩传递给太阳轮14对螺母27施加锁紧力矩，由于棘爪20与离合器内环10外设置的牙槽会对棘爪20产生一个径向推力，当这个推力大于力矩调整螺钉18设定的力矩值时，碟簧组19会被压缩，棘爪20将产生脱扣；由于设定的力矩值是恒定的，所以被拧紧螺母27的力矩值也是恒定的，在螺母27的拧紧力矩确定后，使油缸卸荷，在活塞复位弹簧4的作用下，活塞2复位，旋转夹块开合环7使夹块8组成的内螺纹张开解除与被紧固锚杆24外螺纹的连接，直接取下定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用单作用油缸有效减轻液压张拉器的体积，通过利用空心活塞作支撑，并在缸体端头安装快速夹紧机构在空心活塞内部相对移动的方法对锚杆进行拉伸，使得在对锚杆施加预应力时只收到拉伸力的作用，使得螺母锁紧时可以获得恒定力矩使安装的锚杆预应力基本相同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，包括：

缸体，一端与呈圆柱体的缸头连接；活塞的一端置入所述缸体中，另一端穿过所述缸头上设置的腰形通孔，与行星轮系连接；所述活塞内部设置有活塞复位弹簧；所述缸头的中部沿径向设置有若干个夹块，若干个所述夹块外侧设置有夹块开合环；所述行星轮系的外面设置有圆环状离合器内环，所述离合器内环的内侧设置有齿圈与行星轮系的行星轮啮合；所述行星轮系的外面通过卡簧套设有离合器外环，所述离合器外环的环侧沿与活塞轴线垂直的方向设置有力臂，所述力臂的内部通孔中安装有棘爪，所述棘爪的一端与离合器内环外侧的牙槽啮合，所述棘爪的另一端与力矩调整螺钉连接。

2.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述缸头的中部沿径向开设有至少两个矩形孔，每个所述矩形孔内设置一个所述夹块。

3.如权利要求2所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，每个所述矩形孔靠近夹块开合环的一侧设置有第一销钉；每个所述夹块靠近缸体的端面上开设有长槽，槽内设置有第二销钉，各个所述第一销钉和第二销钉之间设置有夹块复位弹簧。

4.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述活塞的外柱面上设有密封圈安装槽，所述密封圈安装槽内安装有密封圈。

5.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述缸头设置有中心孔供锚杆穿过。

6.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述夹块开合环的内壁设置有与夹块数量相同且宽度大于夹块宽度的凹槽。

7.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述行星轮系包括：

行星架，其内螺纹与所述活塞端头的外螺纹连接；

太阳轮，通过卡簧固定在所述行星架的中心孔内；

行星轮，安装在所述行星架上，所述行星轮与太阳轮啮合。

8.如权利要求7所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，所述行星轮系还包括：

行星轮轴，所述行星轮通过行星轮轴安装在行星架上；

顶丝，设置在所述行星架上以固定所述行星轮轴。

9.如权利要求1所述的定力矩锁紧预应力锚杆液压张拉器，其特征在于，还包括：碟簧组，设置在所述棘爪和力矩调整螺钉之间。

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