CN102680151B - 锚杆杆体扭矩试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，公开了一种锚杆杆体扭矩试验装置及试验方法，该装置包括试验平台、锚杆杆体、第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置，试验平台固定安装在水平台面上，锚杆杆体水平贯穿所述试验平台的两端，锚杆杆体的前端设有外螺纹，锚杆杆体的前、后端分别通过第一螺母和第二螺母固定在所述试验平台的两端；所述第一螺母与所述试验平台的连接处设有第一托板，第一螺母与所述第一扭矩测量装置连接；第二螺母与所述试验平台的连接处设有滚珠轴承，第二螺母与所述锚杆杆体的后端焊接固定，第二螺母与所述第二扭矩测量装置连接，所述第二扭矩测量装置固定在一固定支架上。该装置结构简单、成本低，易于操作，测量准确。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，特别是涉及一种煤矿井下用的锚杆杆体扭矩试验装置及试验方法。
背景技术
锚杆支护作为一种经济、有效的巷道支护技术，不仅能够提高巷道支护效果，降低巷道支护成本，而且有利于采煤工作面的快速推进和煤炭产量提高，已成为我国煤矿及其它矿山巷道首选的、安全高效的主要支护方式。
锚杆支护经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。通过不断研究、试验与推广应用，逐步认识到预应力在锚杆支护中的重要作用，预应力锚杆支护技术得到大面积推广应用。
目前，锚杆主要是通过拧紧螺母获得预应力。锚杆螺母扭矩由两部分组成：一是施加在锚杆螺纹段上的扭矩，二是螺母端面与垫圈摩擦力引起的扭矩。只有施加在锚杆螺纹段上的扭矩才能转化为锚杆预应力，而螺母端面与垫圈摩擦力引起的扭矩则是无用的。因此，锚杆预应力与螺母扭矩之间存在一个转换系数，该转换系数越高，锚杆预应力越高，反之则越低。影响转换系数的因素有：螺母与锚杆螺纹段的摩擦系数，摩擦系数越大，转换系数越小；螺母、垫圈端面的摩擦系数越小，转换系数越大；锚杆直径，锚杆越粗，转换系数越小。
施加在锚杆杆体上的扭矩对分析锚杆扭矩引起的扭转应力非常重要。为了获得锚杆杆体承受的扭矩，应从总扭矩中减去螺母与垫圈摩擦引起的扭矩。为此，需要开发测量锚杆杆体扭矩的试验方法与试验装置。
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提供一种结构简单、易于操作和测量准确的锚杆杆体扭矩试验装置及试验方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种锚杆杆体扭矩试验装置，包括试验平台、锚杆杆体、第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置，所述试验平台固定安装在水平台面上，所述锚杆杆体水平贯穿所述试验平台的两端，所述锚杆杆体的前端设有外螺纹，所述锚杆杆体的前、后端分别通过第一螺母和第二螺母固定在所述试验平台的两端；所述第一螺母与所述试验平台的连接处设有第一托板，所述第一螺母与所述第一扭矩测量装置连接；所述第二螺母与所述试验平台的连接处设有滚珠轴承，所述第二螺母与所述锚杆杆体的后端焊接固定，所述第二螺母与所述第二扭矩测量装置连接，所述第二扭矩测量装置固定在一固定支架上。
其中，所述第一扭矩测量装置包括第一套筒和第一扭矩扳手，所述第一套筒套入所述第一螺母的外表面，另一端与所述第一扭矩扳手连接。
其中，所述第二扭矩测量装置包括第二套筒和第二扭矩扳手，所述第二套筒套入所述第二螺母的外表面，另一端与所述第二扭矩扳手连接，所述第二扭矩扳手的手柄端部与所述固定支架固定连接。
其中，所述第一螺母与所述第一托板之间设有垫圈；所述第一托板的中间部位设有弧形凸台，所述垫圈为半球形橡胶垫圈。
其中，所述滚珠轴承与所述第二螺母之间设有第二托板。
其中，所述第二扭矩扳手的手柄端部竖直固定在所述固定支架上，所述固定支架位于所述锚杆杆体的上方。
本发明还提供一种锚杆杆体扭矩的试验方法，包括：
S1、试验平台固定在水平台面上，锚杆杆体贯穿所述试验平台的两端，锚杆杆体的前端设有外螺纹，分别采用第一螺母和第二螺母将所述锚杆杆体的前、后端固定在所述试验平台的两端；在第一螺母与试验平台的连接处设有第一托板，在第二螺母与所述试验平台的连接处设有滚珠轴承，第二螺母与所述锚杆杆体的后端焊接固定；
S2、将第一扭矩测量装置连接到第一螺母，将第二扭矩测量装置连接到第二螺母，且第二扭矩测量装置固定在一固定支架上；
S3、通过第一扭矩测量装置逐级对第一螺母施加扭力，在每施加一次扭力的分别记录第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置的第一扭矩值和第二扭矩值。
其中，当所述第一扭矩测量装置包括第一套筒和第一扭矩扳手时，将第一套筒套入第一螺母的外表面，另一端与第一扭矩扳手连接。
其中，当所述第二扭矩测量装置包括第二套筒和第二扭矩扳手时，将第二套筒套入第二螺母的外表面，另一端与第二扭矩扳手连接，并将第二扭矩扳手的手柄端部与固定支架固定连接。
其中，将第二扭矩扳手的手柄端部竖直固定在固定支架上，所述固定支架位于锚杆杆体的上方。
(三)有益效果
上述技术方案提供的一种锚杆杆体扭矩试验装置及测量方法，滚珠轴承与第二螺母之间的滚动摩擦力很小，可忽略不计，认为其引起的扭矩为0，因此，第二扭矩测量装置所测量的扭矩可近似为锚杆总扭矩，第一扭矩测量装置测量的是第一螺母与锚杆杆体产生的扭矩，将第二扭矩测量装置所测量出的第二扭矩值减去第一扭矩测量装置所测量出的第一扭矩值所得的差值即为锚杆杆体的扭矩，该装置扭矩试验装置结构简单、成本低，易于操作，测量准确。
附图说明
图1是本发明一种锚杆杆体扭矩试验装置的结构示意图。
其中，1、试验平台；2、锚杆杆体；3、水平台面；4、外螺纹；5、第一螺母；6、第二螺母；7、第一托板；8、滚珠轴承；9、固定支架；10、第一套筒；11、第一扭矩扳手；12、第二套筒；13、第二扭矩扳手；14、垫圈；15、第二托板。
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，本发明的一种锚杆杆体扭矩试验装置，包括试验平台1、锚杆杆体2、第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置，试验平台1固定安装在水平台面3上，锚杆杆体2水平贯穿试验平台1的两端，锚杆杆体2的前端设有外螺纹4，锚杆杆体2的前、后端分别通过第一螺母5和第二螺母6固定在试验平台1的两端；第一螺母5与试验平台1的连接处设有第一托板7，第一螺母5与第一扭矩测量装置连接；第二螺母6与试验平台1的连接处设有滚珠轴承8，第二螺母6与锚杆杆体2的后端焊接固定，第二螺母6与第二扭矩测量装置连接，第二扭矩测量装置固定在一固定支架9上。本发明中由于滚珠轴承8与第二螺母6之间的滚动摩擦力很小，可忽略不计，认为其引起的扭矩为0，因此，第二扭矩测量装置所测量的扭矩可近似为锚杆总扭矩，第一扭矩测量装置测量的是第一螺母5与锚杆杆体2产生的扭矩，将第二扭矩测量装置所测量出的第二扭矩值减去第一扭矩测量装置所测量出的第一扭矩值所得的差值即为锚杆杆体2的扭矩，该装置扭矩试验装置结构简单、成本低，易于操作，测量准确。
优选地，第一扭矩测量装置包括第一套筒10和第一扭矩扳手11，第一套筒10套入第一螺母5的外表面，另一端与第一扭矩扳手11连接。
优选地，第二扭矩测量装置包括第二套筒12和第二扭矩扳手13，第二套筒12套入第二螺母6的外表面，另一端与第二扭矩扳手13连接，第二扭矩扳手13的手柄端部与固定支架9固定连接。
为了减轻第一螺母5与第一托板7之间的摩擦，第一螺母5与第一托板7之间设有垫圈14；第一托板7的中间部位设有弧形凸台，垫圈14为与该弧形凸台相匹配的半球形橡胶垫圈。
为了减轻滚珠轴承8与第二螺母6之间的摩擦，本实施例的滚珠轴承8与第二螺母6之间设有第二托板15。
为了使得第二扭矩扳手13不受自身重力的影响，本实施例第二扭矩扳手13的手柄端部竖直固定在固定支架9上，该固定支架9位于锚杆杆体2的上方。
本发明的一种锚杆杆体扭矩试验方法，包括：
S1、试验平台1固定在水平台面3上，锚杆杆体2贯穿试验平台1的两端，锚杆杆体2的前端设有外螺纹，分别采用第一螺母5和第二螺母6将锚杆杆体2的前、后端固定在试验平台1的两端；在第一螺母5与试验平台1的连接处设有第一托板7，在第二螺母6与试验平台1的连接处设有滚珠轴承8，第二螺母6与锚杆杆体2的后端焊接固定；
S2、将第一扭矩测量装置连接到第一螺母5，将第二扭矩测量装置连接到第二螺母6，且第二扭矩测量装置固定在一固定支架9上；
S3、通过第一扭矩测量装置逐级对第一螺母5施加扭力，在每施加一次扭力的分别记录第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置的第一扭矩值和第二扭矩值。
由于滚珠轴承8与第二螺母6之间的滚动摩擦力很小，可忽略不计，认为其引起的扭矩为0，因此，第二扭矩测量装置所测量的扭矩可近似为锚杆总扭矩，第一扭矩测量装置测量的是第一螺母5与锚杆杆体2产生的扭矩，将第二扭矩值减去第一扭矩值所得的差值为锚杆杆体2所承受的扭矩值。
当第一扭矩测量装置包括第一套筒10和第一扭矩扳手11时，将第一套筒10套入第一螺母5的外表面，另一端与第一扭矩扳手11连接。第一扭矩扳手11逐级对第一螺母5施加扭矩，分级的情况可根据实际锚杆杆体所要承受的井下支护作用力的大小而定，逐渐分级施加扭矩模拟锚杆杆体2在支护过程中所承受的一直变化的扭矩。
当第二扭矩测量装置包括第二套筒12和第二扭矩扳手13时，将第二套筒12套入第二螺母6的外表面，另一端与第二扭矩扳手13连接，并将第二扭矩扳手13的手柄端部与固定支架9固定连接。进一步地，为了使得第二扭矩扳手13不受自身重力的影响，本实施例将第二扭矩扳手13的手柄端部竖直固定在固定支架9上，固定支架9位于锚杆杆体2的上方。
本发明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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锚杆杆体扭矩试验装置，包括试验平台、锚杆杆体和第一扭矩测量装置，所述试验平台固定安装在水平台面上，其特征在于，还包括第二扭矩测量装置，所述锚杆杆体水平贯穿所述试验平台的两端，所述锚杆杆体的前端设有外螺纹，所述锚杆杆体的前、后端分别通过第一螺母和第二螺母固定在所述试验平台的两端；所述第一螺母与所述试验平台的连接处设有第一托板，所述第一螺母与所述第一扭矩测量装置连接；所述第二螺母与所述试验平台的连接处设有滚珠轴承，所述第二螺母与所述锚杆杆体的后端焊接固定，所述第二螺母与所述第二扭矩测量装置连接，所述第二扭矩测量装置固定在一固定支架上。
2.如权利要求1所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，所述第一扭矩测量装置包括第一套筒和第一扭矩扳手，所述第一套筒套入所述第一螺母的外表面，另一端与所述第一扭矩扳手连接。
3.如权利要求1所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，所述第二扭矩测量装置包括第二套筒和第二扭矩扳手，所述第二套筒套入所述第二螺母的外表面，另一端与所述第二扭矩扳手连接，所述第二扭矩扳手的手柄端部与所述固定支架固定连接。
4.如权利要求1所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，所述第一螺母与所述第一托板之间设有垫圈；所述第一托板的中间部位设有弧形凸台，所述垫圈为半球形橡胶垫圈。
5.如权利要求1所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，所述滚珠轴承与所述第二螺母之间设有第二托板。
6.如权利要求3所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，所述第二扭矩扳手的手柄端部竖直固定在所述固定支架上，所述固定支架位于所述锚杆杆体的上方。
7.一种锚杆杆体扭矩的试验方法，其特征在于，包括：
S1、试验平台固定在水平台面上，锚杆杆体贯穿所述试验平台的两端，锚杆杆体的前端设有外螺纹，分别采用第一螺母和第二螺母将所述锚杆杆体的前、后端固定在所述试验平台的两端；在第一螺母与试验平台的连接处设有第一托板，在第二螺母与所述试验平台的连接处设有滚珠轴承，第二螺母与所述锚杆杆体的后端焊接固定；
S2、将第一扭矩测量装置连接到第一螺母，将第二扭矩测量装置连接到第二螺母，且第二扭矩测量装置固定在一固定支架上；
S3、通过第一扭矩测量装置逐级对第一螺母施加扭力，在每施加一次扭力的分别记录第一扭矩测量装置和第二扭矩测量装置的第一扭矩值和第二扭矩值。
8.如权利要求7所述的锚杆杆体扭矩试验方法，其特征在于，当所述第一扭矩测量装置包括第一套筒和第一扭矩扳手时，将第一套筒套入第一螺母的外表面，另一端与第一扭矩扳手连接。
9.如权利要求7所述的锚杆杆体扭矩试验方法，其特征在于，当所述第二扭矩测量装置包括第二套筒和第二扭矩扳手时，将第二套筒套入第二螺母的外表面，另一端与第二扭矩扳手连接，并将第二扭矩扳手的手柄端部与固定支架固定连接。
10.如权利要求9所述的锚杆杆体扭矩试验装置，其特征在于，将第二扭矩扳手的手柄端部竖直固定在固定支架上，所述固定支架位于锚杆杆体的上方。
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