CN111854578A - 一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置及方法，包括测量杆，测量杆外侧设置刻度，所述测量杆两端均固定连接定位组件，定位组件包括定位卡头、与测量杆固接的壳体，壳体内穿设调节螺栓，调节螺栓外套设调节螺母，定位卡头包括两相对设置的卡紧部件，卡紧部件第一位置与壳体铰接，卡紧部件第二位置与调节螺母铰接，调节螺栓转动时可带动调节螺母沿其轴向移动进而带动两卡紧部件张开的角度。

Description

一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置及方法

技术领域

本发明属于地下工程支护技术领域，具体涉及一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着地下硐室的埋深增加或断面增大，其支护工作变得越来越困难，围岩稳定性也越来越差，这已成为影响地下硐室安全使用的重要问题。钢管混凝土支架因承载力高、施工简单，已成为深部软岩硐室广泛采用的一种支护技术。钢管混凝土支架是经地面分段弯管、井下装配成型并灌注混凝土而成，因此首要工作是支架分段弯拱，由于支架型号规格不统一，需要根据巷道不同断面和不同支护要求来设计确定。弯制不同规格支架的圆弧拱时，曲率半径是验证弯拱是否符合设计的最关键参数，经济准确且简单方便的测量圆弧拱曲率半径尤为重要。

圆弧拱曲率半径不易直接测量，通常是先测量圆弧拱的弦长和弦高，然后换算得到圆弧拱曲率半径。测量圆弧拱弦长和弦高的方法较多，主要分为测量计算法和测量查表法，前者是先测量弦长再测量该弦长对应的弦高，然后用两个数计算圆弧曲率半径；后者是采用固定弦长的工具直接测量对应弦高，然后通过固定弦长和测量弦高计算曲率半径或查表找出曲率半径。两种方法都存在一个关键难题：如何快速找出钢管的真实弦长与弦高并精确测量，这是阻碍圆弧曲率简易测量的关键难题。也就是说测量不是难题，目前的量测工具(如激光测距仪、刻度尺、游标卡尺等)都能解决，关键在于如何快速准确找出该测哪里，且保证测量精度，是当前难题。发明人发现，目前并没有可以快速准确确定测量位置进而测量圆弧拱曲率半径的装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种圆弧拱曲率半径快速准确且简单方便的测量装置及方法，该装置可快速准确且简单方便的确定测量弦长与弦高的位置，进而测量圆弧拱曲率半径。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，包括测量杆，测量杆外侧设置刻度，所述测量杆两端均固定连接定位组件，定位组件包括定位卡头、与测量杆固接的壳体，壳体内穿设调节螺栓，调节螺栓外套设调节螺母，定位卡头包括两相对设置的卡紧部件，卡紧部件第一位置与壳体铰接，卡紧部件第二位置与调节螺母铰接，调节螺栓转动时可带动调节螺母沿其轴向移动进而带动两卡紧部件张开的角度。

作为进一步的技术方案，所述卡紧部件包括连接为一体的直线段和曲线段，直线段与曲线段连接的一端与调节螺母外周铰接，直线段另一端通过连杆与壳体铰接。

作为进一步的技术方案，所述测量杆包括测量杆外尺和测量杆内尺，测量杆内尺套设于测量杆外尺内部，且可沿测量杆外尺移动。

作为进一步的技术方案，所述测量杆外尺和测量杆内尺外侧均设有刻度。

作为进一步的技术方案，所述测量杆外尺为空心结构，测量杆外尺端部设置内弯结构。

作为进一步的技术方案，所述测量杆内尺底部固设外置钢管，外置钢管套设于测量杆外尺内，外置钢管端部设置外弯结构。

作为进一步的技术方案，所述测量杆外尺侧部穿设有可拆卸的定位螺栓，定位螺栓端部可抵住测量杆内尺侧部。

作为进一步的技术方案，所述测量杆侧部还设置测距部件，测距部件为激光测距仪或深度数显尺，所述深度数显尺内置换算编码器。

作为进一步的技术方案，所述测距部件固定于套管，套管包覆于测量杆外侧，且套管可沿测量杆滑动。

第二方面，本发明实施例还提供了一种如上所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置的测量方法，包括以下步骤：

调节测量杆长度，使测量杆两端分别对应对称于圆弧拱拱顶两边的点；调整测距部件的位置，使其位于测量杆中心；

转动调节螺栓，由调节螺母沿调节螺栓轴向移动，进而调节卡紧部件张开角度，使定位卡头卡住圆弧拱的钢管，记录测量杆的长度，得到圆弧拱的弦长；

由测距部件测出测量杆至拱顶的距离，得到圆弧拱的弦高，反推得出圆弧半径，进而计算得出圆弧拱的曲率半径。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的测量装置，测量杆两端均设置定位组件，定位组件的定位卡头可卡住圆弧拱侧部的钢管，由此即可固定住其位置，快速确定圆弧拱真实弦长和弦高位置，方便进行测距工作，且由于定位组件的调节螺栓可转动，进而带动调节螺母沿其轴向移动，使得定位组件的两卡紧部件张开的角度得到调整，由此即可适用于不同规格钢管的圆弧拱曲率半径测量，测量范围广。

本发明的测量装置，测量杆两端的定位组件可定位卡住圆弧拱两侧的钢管，进而测量杆量测出圆弧拱的弦长，由测距部件测量测量杆至拱顶的高度，由此得出弦高，进而计算得出圆弧拱的曲率半径，可快速准确且简单方便的测量圆弧拱曲率半径，解决了使用其他测量仪器或成本高昂，或测量误差大的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的定位组件示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的定位组件的定位卡头张开示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的测量杆示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的测量杆外尺和测量杆内尺配合示意图；

图中：1—定位卡头，2—调节螺母，3—调节螺栓，4—激光测距仪，5—测量杆外尺，6—测量杆内尺，7—定位螺栓，8—外置钢管，9—卡紧部件,10—直线段，11—曲线段，12—壳体,13—连杆，14—内弯结构，15—外弯结构。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置及方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，该装置主要由定位组件、测量杆和测距部件组成。测量杆两端均固定连接定位组件，定位组件可将圆弧拱的钢管夹持住，测距部件固定于测量杆。

如图2-图3所示，定位组件包括定位卡头1、调节螺母2、调节螺栓3、壳体12，壳体与测量杆固定连接，调节螺栓置于壳体内，且调节螺栓一端头伸出壳体外，调节螺栓与壳体为可转动连接，调节螺母套设于调节螺栓外周，调节螺栓与调节螺母通过螺纹连接，调节螺母位于壳体内，拧动调节螺栓，调节螺母可沿调节螺栓轴向移动；

定位卡头1包括两相对设置的卡紧部件9，卡紧部件9包括连接为一体的直线段10和曲线段11，直线段与曲线段连接的一端通过连杆13与调节螺母外周铰接，直线段另一端与壳体铰接，由此在调节螺母沿调节螺栓轴向移动时，可带动卡紧部件远离或靠近壳体，进而适用于夹持卡紧不同直径的钢管。

曲线段可以呈弧形状或其他形状，可将钢管夹持卡紧即可；本实施例中，曲线段包括连接为一体的一圆弧段和一直线段，其圆弧段与卡紧部件的直线段连接。

本实施例的方案中，卡紧部件采用钢条制成。

具体使用时，可以通过转动调节螺栓来带动调节螺母上下运动，从而实现调节两卡紧部件之间的间距，通过调节定位卡头的张合程度来控制卡紧部件远离或靠近壳体，从而达到适用于定位夹持不同型号的钢管。

如图4所示，测量杆包括测量杆外尺5和测量杆内尺6，测量杆外尺5为空心方管，其外侧标有刻度，精度到毫米；测量杆内尺6套设于测量杆外尺内，且可沿测量杆外尺移动，测量杆内尺6为C字形结构或方管状结构，其由多个长度等于测量杆外尺，宽度与厚度都略小于测量杆外尺的钢片组成，其外侧也标有刻度，精度到毫米。

在将测量杆设置为外尺和内尺套设而成时，使测量杆两端的定位组件其中之一与测量杆外尺端部固定连接，将其中之另一与测量杆内尺端部固定连接。

优选的实施方案中，测量杆外尺开口处做处理，将测量杆外尺端部设置内弯结构14，即将测量杆外尺端部的钢管向内翻一点形成弧钩状；测量杆内尺底部做处理，在测量杆内尺底部套上一小节外置钢管8并注意留出点富余，锤击压紧，外置钢管套设于测量杆外尺内，外置钢管8端部设置外弯结构15，即将富余的那节外置钢管端部向外翻形成弧钩状，这样就能保证测量杆内尺不会因为向外拉伸而脱离测量杆外尺，如图5所示。

测量杆外尺邻近端头的侧部打入一枚直径较大的定位螺栓7，定位螺栓可拆卸，定位螺栓端部可抵住测量杆内尺的侧部，当定位螺栓松开时即可抽拉测量杆内尺，定位螺栓拧紧时便可固定测量杆内尺的位置。若是在测量时需要用到测量杆内尺，松开定位螺栓拉出即可，读数时将测量杆外尺与测量杆内尺的读数相加就是圆弧拱的弦长。

如图1所示，测量杆侧部还设置测距部件，本实施例中，测距部件采用小型的激光测距仪4，具体使用时，可将激光测距仪固定于套管，套管紧紧包裹住测量杆但是可以滑动，由此可以调整激光测距仪的位置。注意激光测距仪出光口与测量杆平行，尽可能减少测量出的弦高的误差。在使用激光测距仪的时候，只需待测量杆固定好位置之后，调整好激光测距仪的位置使其正对拱顶，激光测距仪与拱顶垂直时可快速准确找出测量弦高的位置，然后开启开关，读数并记录，即可测出圆弧拱的弦高。

激光测距仪可使用深度数显尺来代替。深度数显尺是由一截套管包裹住的尺子和定位设施组成，将套管部位安装于测量杆上，使深度尺可垂直于测量杆上下滑动。在不使用的时候需要靠定位设施将深度尺固定在套管内防止脱落，在使用深度尺测量时，只需待测量杆固定好位置之后，调整好深度尺的位置使其正对拱顶，然后拉起深度尺直至触到拱顶，然后用定位设施定住深度尺的位置，读数并记录，同样可测出弦高。

在测量时，定位卡头卡住圆弧拱钢管的位置可以选用圆弧拱两端头，如此可保证两定位卡头夹持位置是对称于圆弧拱拱顶的，测量杆长度即为弦长；因为本申请适用对象为圆弧拱，将定位卡头卡住圆弧拱任意位置仍可保证两定位卡头之间的测量杆为弦长，而由于激光测距仪位于测量杆中心，则激光测距仪对应的位置正为拱顶，由此可以快速确定圆弧拱真实弦长和弦高位置；

另外，因为定位卡头夹持圆弧拱圆管时，定位卡头与圆管是相贴的，若测量杆正为弦长，定位卡头可紧密贴合圆管，由此可通过观察定位卡头夹持圆管的贴合情况来辅助验证测量杆是否对应弦长以及定位卡头夹持位置是否准确。

该测量装置的制作过程为：

先做出测量杆，其中外尺和内尺的组合是关键，当内尺拉出至极限，整个测量杆保持水平不晃动为合格，然后制作一个钢套紧紧包裹住测量杆，将激光测距仪固定于钢套之上，注意激光测距仪出光口与测量杆平行；外尺的一端焊接一根螺栓，同样内尺的另一端也焊接一根螺栓，然后分别将两片定位卡头连接螺母套于螺栓上，实现通过控制螺栓的转动来调节定位卡头的张开度。

该测量装置的测量方法为：

先查看测量杆长度是否足够测量，若测量杆长度足够就不需要拉出测量杆的内尺，若长度不够则拉出，调整激光测距仪的位置，使其位于测量杆中心，然后调整测量杆两端的定位卡头分别卡住圆弧拱两侧的钢管，此时两定位卡头之间测量杆即对应弦长，读出测量杆的长度然后记录，测量杆的长度即为弦长；

由激光测距仪位于测量杆中心，则其对应的位置即为拱顶的位置，开启激光测距仪的开关，记录下测量杆至拱顶的距离，测量杆至拱顶的距离即为弦高，然后依靠弦高反推出圆弧半径，结合激光测距仪测量结果与钢管曲率半径制作的关系对应表，确定出圆弧拱的曲率半径。

可采用弦高弦长法计算圆弧半径。设弦长为L，弦高为S，圆弧半径为R，可得曲率半径计算公式

由此计算出圆弧拱的曲率半径，根据深部软岩硐室钢管混凝土支架常用的曲率半径(R＝1.0～5.0m)，可以列出曲率半径测量表，如表1所示。

表1曲率半径测量表

进一步的，还可以在弦高测量数显尺中内置换算编码器，嵌入曲率半径计算公式，将测得的弦高直接转化为曲率半径后再显示，免去查表辛苦。

采用本发明的测量装置，能够及时简单方便的测量出圆弧拱曲率半径，具有简单快速经济的优点，可以提高弯制圆弧拱的效率，从而可以提高钢管混凝土支架安装效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，包括测量杆，测量杆外侧设置刻度，所述测量杆两端均固定连接定位组件，定位组件包括定位卡头、与测量杆固接的壳体，壳体内穿设调节螺栓，调节螺栓外套设调节螺母，定位卡头包括两相对设置的卡紧部件，卡紧部件第一位置与壳体铰接，卡紧部件第二位置与调节螺母铰接，调节螺栓转动时可带动调节螺母沿其轴向移动进而带动两卡紧部件张开的角度。

2.如权利要求1所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆侧部设置测距部件，测距部件为激光测距仪或深度数显尺，所述深度数显尺内置换算编码器。

3.如权利要求2所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测距部件固定于套管，套管包覆于测量杆外侧，且套管可沿测量杆滑动。

4.如权利要求1所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述卡紧部件包括连接为一体的直线段和曲线段，直线段与曲线段连接的一端通过连杆与调节螺母外周铰接，直线段另一端与壳体铰接。

5.如权利要求1所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆包括测量杆外尺和测量杆内尺，测量杆内尺套设于测量杆外尺内部，且可沿测量杆外尺移动。

6.如权利要求5所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆外尺和测量杆内尺外侧均设有刻度。

7.如权利要求5所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆外尺为空心结构，测量杆外尺端部设置内弯结构。

8.如权利要求5或7所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆内尺底部固设外置钢管，外置钢管套设于测量杆外尺内，外置钢管端部设置外弯结构。

9.如权利要求5所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置，其特征是，所述测量杆外尺侧部穿设有可拆卸的定位螺栓，定位螺栓端部可抵住测量杆内尺侧部。

10.如权利要求1-9任一项所述的圆弧拱曲率半径快速准确测量装置的测量方法，其特征是，包括以下步骤：

调节测量杆长度，使测量杆两端分别对应对称于圆弧拱拱顶两边的点；调整测距部件的位置，使其位于测量杆中心；

转动调节螺栓，由调节螺母沿调节螺栓轴向移动，进而调节卡紧部件张开角度，使定位卡头卡住圆弧拱的钢管，记录测量杆的长度，得到圆弧拱的弦长；

由测距部件测出测量杆至拱顶的距离，得到圆弧拱的弦高，反推得出圆弧半径，进而计算得出圆弧拱的曲率半径。

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