CN111155518A - 基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆及其工作方法，包括锚杆、锚具、PVC外套管、电磁套筒、锚盘和监测装置；所述电磁套筒包括通过卡扣装置与所述锚杆的底部可拆卸连接的套筒，且所述套筒的底部具有用于吸附所述锚盘的电磁吸盘；所述PVC外套管包括PVC管和螺线管。通过向螺线管和电磁吸盘通电实现锚杆与套筒的吸附和电磁吸盘与锚盘的吸附，同时监测装置能够监测锚杆的磁场、电流和磁力，在回收时关闭电源通过卡扣使锚杆与套筒卡接，即可实现锚杆的回收，PVC管直接拔出即可。本发明结构原理简单，易于操作，可行性高，装置获取容易；锚杆在回收阶段回收循环利用率高，回收较为方便简单。

Description

基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种锚杆，具体地说是一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆及其工作方法。
背景技术
目前，锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下施工中采用的一种加固支护方式。用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板，或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的，在使用锚杆的过程中，浪费情况很严重，在进行锚杆支护后，大部分不能对锚杆的重要的部件进行回收，造成大量的资源浪费。因此，为了能让锚杆回收循环利用，从锚杆本身组成、锚固体的用料、以及锚杆与锚盘的连接方式进行了设计，设计出了一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆及其工作方法。
本发明采用的技术手段如下：
基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，包括锚杆、锚具、PVC外套管、电磁套筒、锚盘和监测装置；
所述锚具包括通过螺栓与所述锚杆的上部固定连接的锚杆固定套，且所述锚杆固定套的外部固定有锚板；
所述电磁套筒包括通过卡扣装置与所述锚杆的底部可拆卸连接的套筒，且所述套筒的底部具有用于吸附所述锚盘的电磁吸盘；所述卡扣装置包括加工在所述套筒侧壁上的L形槽，且所述锚杆上安装有卡头，所述卡头设置在所述L形槽的竖直部底部；
所述PVC外套管包括套设在所述锚杆及所述电磁套筒外部的PVC管，所述PVC管的内壁由上至下分段固定有螺线管；
所述锚杆靠近所述锚具的一侧上贴附有可变电阻；
每段螺线管的上方均设有贴附在所述锚杆上的磁场监测传感器；
所述监测装置包括磁力显示装置、电流变化监测装置和磁场变化监测显示装置；
所述磁力显示装置包括电源Ⅰ、开关Ⅰ、磁力显示表和滑动变阻器；
所述电源Ⅰ、所述开关Ⅰ、所述磁力显示表、所述滑动变阻器和所述电磁吸盘依次串联形成闭合回路，且所述电磁吸盘并联有所述螺线管；
所述电流变化监测装置包括电源Ⅱ、开关Ⅱ和电流表；
所述电源Ⅱ、所述开关Ⅱ、所述电流表和所述可变电阻依次串联形成闭合回路。
所述磁场变化监测显示装置包括磁场变化显示器、电源Ⅲ和开关Ⅲ；
所述磁场变化显示器、所述电源Ⅲ、所述开关Ⅲ和所述磁场监测传感器依次串联形成闭合回路。
所述锚杆为直径为22mm～32mm的钢筋。
所述PVC管的外壁上涂有凡士林，且所述PVC管的内径为40mm～60mm。
所述套筒是采用壁厚为2mm～8mm，底面厚度为5mm～12mm，直径为26mm～36mm的铁质材料制成，所述电磁吸盘的直径为40mm～60mm。
所述锚盘是由厚度为6mm～15mm，直径为15cm～22cm的铁质材料制成。
一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆的工作方法，包括以下步骤：
S1：在土体中采用长螺旋转进或者冲击回转转进方法钻出引孔，将所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆设置在所述引孔内，且所述锚盘设置在所述引孔的孔底；所述引孔与所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆之间的间隙内浇注有地质聚合物，形成锚固体；
S2：所述地质聚合物凝固后，打开所述开关Ⅰ，所述螺线管使所述锚杆吸附所述套筒，且使所述电磁吸盘产生大小为N2的吸力，在所述锚杆的外部施加大小为N1的预应力，N2大于N1，使所述锚杆处于工作阶段，通过所述锚具将施加了预应力的所述锚杆加以固定；
S3：在所述锚杆处于工作阶段时，打开所述开关Ⅱ，通过所述电流变化监测装置观察所述锚杆的形变，通过所述滑动变阻器实时调整所述螺线管的电流强度，用以改变所述锚杆的受力大小，且同时打开所述开关Ⅲ，通过所述磁场变化监测显示装置观察所述螺线管的磁场大小；
S4：回收所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆：
断开开关Ⅰ，使所述电磁吸盘与所述锚盘断开，转动所述锚杆，使所述卡头进入所述L形槽的水平部内，拉出所述锚杆及所述电磁套筒，使所述电磁吸盘与所述锚盘分离后，继续闭合所述开关Ⅰ，且此时所述电流变化监测装置和所述磁场变化监测显示装置继续监测锚杆与土体的工作状态，直至所述锚杆全部回收完毕，关闭所述开关Ⅰ、所述开关Ⅱ和所述开关Ⅲ，最后回收所述PVC外套管，所述锚盘不回收。
本发明的工作原理：锚杆在受力后，其会发生形变，形变致使所述可变电阻的电阻值发生变化，所以所述电流变化监测装置监测到锚杆的形变，通过电流变化监测装置显示的锚杆的形变情况，调整所述滑动变阻器的电阻值，使所述锚杆更好的吸附所述套筒与所述套筒更好的吸附所述的锚盘，与此同时因为锚杆可能会受外界作用造成锚杆在PVC管内发生振动，由于锚杆在磁场中运动产生感应电流，感应电流会使锚杆产生安培力，阻止所述锚杆继续振动，减小了锚杆的晃动。磁力显示装置可以调整所述螺线管和所述电磁吸盘的磁力，所述磁场变化监测显示装置实时检测螺线管产生的磁场的大小。
本发明具有以下优点：
(1)结构原理简单，易于操作，可行性高，装置获取容易；
(2)能实现对锚杆系统在工作状态下的实时监测；
(3)能调节锚杆系统在工作状态时候的受力大小；
(4)锚杆在回收阶段回收循环利用率高，回收较为方便简单。
基于上述理由本发明可在锚杆等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式中基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中锚杆结构示意图。
图3是本发明具体实施方式中锚具结构示意图。
图4是本发明具体实施方式中卡扣装置工作原理图。
图5是本发明具体实施方式中螺线管磁场图。
图6是本发明具体实施方式中锚杆振动示意图。
图7是本发明具体实施方式中磁力显示装置电路图。
图8是本发明具体实施方式中电流变化监测装置电路图。
图中：1、电源Ⅰ；2、开关Ⅰ；3、磁力显示表；4、电源Ⅱ；5、开关Ⅱ；6、电流表；7、磁场变化显示表；8、滑动变阻器；9、所述电源Ⅲ；10、所述开关Ⅲ；11、锚杆；12、螺栓；13、锚杆固定套；14、锚板；15、可变电阻；16、螺线管；17、PVC管；18、L形槽；19、磁场监测传感器；20、电磁吸盘；21、锚固体；22、锚盘；23、套筒；24、电线；25、卡头；26、土体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～图8所示，基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，包括锚杆11、锚具、PVC外套管、电磁套筒、锚盘22和监测装置；
所述锚具包括通过螺栓12与所述锚杆11的上部固定连接的锚杆固定套13，且所述锚杆固定套13的外部固定有锚板14；
所述电磁套筒包括通过卡扣装置与所述锚杆11的底部可拆卸连接的套筒23，且所述套筒23的底部具有用于吸附所述锚盘22的电磁吸盘20；所述卡扣装置包括加工在所述套筒23侧壁上的L形槽18，且所述锚杆11上安装有卡头25，所述卡头25设置在所述L形槽18的竖直部底部；
所述PVC外套管包括套设在所述锚杆11及所述电磁套筒外部的PVC管17，所述PVC管17的内壁由上至下分段固定有螺线管16；
所述锚杆11靠近所述锚具的一侧上贴附有可变电阻15；
每段螺线管16的上方均设有贴附在所述锚杆11上的磁场监测传感器19；
所述监测装置包括磁力显示装置、电流变化监测装置和磁场变化监测显示装置；
所述磁力显示装置包括电源Ⅰ1、开关Ⅰ2、磁力显示表3和滑动变阻器8；
所述电源Ⅰ1、所述开关Ⅰ2、所述磁力显示表3、所述滑动变阻器8和所述电磁吸盘20依次通过电线24串联形成闭合回路，且所述电磁吸盘20并联有所述螺线管16；
所述电流变化监测装置包括电源Ⅱ4、开关Ⅱ5和电流表6；
所述电源Ⅱ4、所述开关Ⅱ5、所述电流表6和所述可变电阻15依次串联形成闭合回路。
所述磁场变化监测显示装置包括磁场变化显示器7、电源Ⅲ9和开关Ⅲ10；
所述磁场变化显示器7、所述电源Ⅲ9、所述开关Ⅲ10和所述磁场监测传感器19依次串联形成闭合回路。
所述锚杆11为直径为22mm～32mm的钢筋。
所述PVC管17的外壁上涂有凡士林，且所述PVC管的内径为40mm～60mm。
所述套筒23是采用壁厚为2mm～8mm，底面厚度为5mm～12mm，直径为26mm～36mm的铁质材料制成，所述电磁吸盘20的直径为40mm～60mm。
所述锚盘22是由厚度为6mm～15mm，直径为15cm～22cm的铁质材料制成。
实施例2
如图1～8所示，一种基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆的工作方法，包括以下步骤：
S1：在土体26中采用长螺旋转进或者冲击回转转进方法钻出15～20cm外径的引孔，将厚度为6mm～15mm，直径为15cm～22cm的铁质锚盘22放入引孔的底部，PVC管17预先固定有螺线管16，将锚杆11、套筒23、电磁吸盘20全部放入直径为40mm～60mm的PVC管17中，锚杆11采用的材料是钢筋，PVC管17外部涂抹凡士林，并将整体都放入引孔内，所述引孔与所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆之间的间隙内浇注有地质聚合物，形成锚固体21；
S2：所述地质聚合物凝固后，打开所述开关Ⅰ2，所述螺线管16使所述锚杆11吸附所述套筒23，,且使所述电磁吸盘20产生大小为N2的吸力吸附所述锚盘22，在所述锚杆11的外部施加大小为N1的预应力，N2大于N1，使所述锚杆11处于工作阶段，通过所述锚具将施加了预应力的所述锚杆11加以固定；
S3：在所述锚杆11处于工作阶段时，打开所述开关Ⅱ5，通过所述电流变化监测装置观察所述锚杆11的形变，通过所述滑动变阻器8实时调整所述螺线管16和电磁吸盘20的电流强度，用以改变所述锚杆11和所述套筒23及其所述套筒23和所述锚盘22之间吸附力的大小，且同时打开所述开关Ⅲ10，通过所述磁场变化监测显示装置观察所述螺线管16产生的磁场大小；在路面或者外界有振动的时候，锚杆11在PVC管17中可能会发生振动，但是因为有预先固定在PVC管17上螺线管16的存在，由于电磁阻尼，锚杆11在磁场中运动时，锚杆11会产生感应电流，感应电流会使锚杆11受到安培力，安培力的方向总是阻碍锚杆11的运动，如图6所示锚杆11的振动变化由没有螺线管16时的①④变为有螺线管16后的的②③，即由原来的偏心距Δ1+Δ2变小为偏心距Δ2，降低锚杆11在PVC管17中的振动，从而具有更好的工作性能；
S4：回收所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆：
断开开关Ⅰ2，使所述电磁吸盘20与所述锚盘22断开，转动所述锚杆11，使所述卡头25进入所述L形槽18的水平部内，拉出所述锚杆11及所述电磁套筒，使所述电磁吸盘20与所述锚盘22分离后，继续闭合开关Ⅰ，且此时所述电流变化监测装置和所述磁场变化监测显示装置继续监测锚杆11与土体的工作状态，直至所述锚杆11全部回收完毕，关闭所述开关Ⅰ2、所述开关Ⅱ5和所述开关Ⅲ10，最后回收所述PVC外套管，所述锚盘22不回收。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，其特征在于，包括锚杆、锚具、PVC外套管、电磁套筒、锚盘和监测装置；
所述锚具包括通过螺栓与所述锚杆的上部固定连接的锚杆固定套，且所述锚杆固定套的外部固定有锚板；
所述电磁套筒包括通过卡扣装置与所述锚杆的底部可拆卸连接的套筒，且所述套筒的底部具有用于吸附所述锚盘的电磁吸盘；所述卡扣装置包括加工在所述套筒侧壁上的L形槽，且所述锚杆上安装有卡头，所述卡头设置在所述L形槽的竖直部底部；
所述PVC外套管包括套设在所述锚杆及所述电磁套筒外部的PVC管，所述PVC管的内壁由上至下分段固定有螺线管；
所述锚杆靠近所述锚具的一侧上贴附有可变电阻；
每段螺线管的上方均设有贴附在所述锚杆上的磁场监测传感器；
所述监测装置包括磁力显示装置、电流变化监测装置和磁场变化监测显示装置；
所述磁力显示装置包括电源Ⅰ、开关Ⅰ、磁力显示表和滑动变阻器；
所述电源Ⅰ、所述开关Ⅰ、所述磁力显示表、所述滑动变阻器和所述电磁吸盘依次串联形成闭合回路，且所述电磁吸盘并联有所述螺线管；
所述电流变化监测装置包括电源Ⅱ、开关Ⅱ和电流表；
所述电源Ⅱ、所述开关Ⅱ、所述电流表和所述可变电阻依次串联形成闭合回路。
所述磁场变化监测显示装置包括磁场变化显示器、电源Ⅲ和开关Ⅲ；
所述磁场变化显示器、所述电源Ⅲ、所述开关Ⅲ和所述磁场监测传感器依次串联形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，其特征在于：所述锚杆为直径为22mm～32mm的钢筋。
3.根据权利要求1所述的基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，其特征在于：所述PVC管的外壁上涂有凡士林，且所述PVC管的内径为40mm～60mm。
4.根据权利要求1所述的基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，其特征在于：所述套筒是采用壁厚为2mm～8mm，底面厚度为5mm～12mm，直径为26mm～36mm的铁质材料制成，所述电磁吸盘的直径为40mm～60mm。
5.根据权利要求1所述的基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆，其特征在于：所述锚盘是由厚度为6mm～15mm，直径为15cm～22cm的铁质材料制成。
6.一种如权利要求1～5任一权利要求所述的基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在土体中采用长螺旋转进或者冲击回转转进方法钻出引孔，将所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆设置在所述引孔内，且所述锚盘设置在所述引孔的孔底；所述引孔与所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆之间的间隙内浇注有地质聚合物，形成锚固体；
S2：所述地质聚合物凝固后，打开所述开关Ⅰ，所述螺线管使所述锚杆吸附所述套筒，且使所述电磁吸盘产生大小为N2的吸力，在所述锚杆的外部施加大小为N1的预应力，N2大于N1，使所述锚杆处于工作阶段，通过所述锚具将施加了预应力的所述锚杆加以固定；
S3：在所述锚杆处于工作阶段时，打开所述开关Ⅱ，通过所述电流变化监测装置观察所述锚杆的形变，通过所述滑动变阻器实时调整所述螺线管的电流强度，用以改变所述锚杆的受力大小，且同时打开所述开关Ⅲ，通过所述磁场变化监测显示装置观察所述螺线管的磁场大小；
S4：回收所述基于电磁吸力的可回收型多功能锚杆：
断开开关Ⅰ，使所述电磁吸盘与所述锚盘断开，转动所述锚杆，使所述卡头进入所述L形槽的水平部内，拉出所述锚杆及所述电磁套筒，使所述电磁吸盘与所述锚盘分离后，打开所述开关Ⅰ，且此时所述电流变化监测装置和所述磁场变化监测显示装置继续监测锚杆与土体的工作状态，直至所述锚杆全部回收完毕，关闭所述开关Ⅰ、所述开关Ⅱ和所述开关Ⅲ，最后回收所述PVC外套管，所述锚盘不回收。
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