CN114608972A - 锚杆托板力学性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锚杆托板力学性能测试装置及测试方法，测试装置包括：夹持机构、冲击机构、以及监测机构；夹持机构包括基座、压板和连接件，基座和压板沿竖直方向间隔设置，连接件的一端与基座连接，连接件的另一端与压板活动连接，锚杆托板夹设于基座和压板之间；冲击机构设于压板的上方，用于沿竖直方向对锚杆托板施加动载荷；监测机构用于监测锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据。本发明的测试装置，锚杆托板夹设于基座和压板之间，锚杆托板的拱起段的端面与基座相抵接，锚杆托板的平直段的端面与压板相抵接，冲击机构对锚杆托板施加动载荷，监测机构监测锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据，有利于提高试验结果的准确性。

Description

锚杆托板力学性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域，尤其涉及一种锚杆托板力学性能测试装置及测试方法。

背景技术

随着煤炭资源的逐步开发，煤炭资源的开采深度逐渐由浅部向深部发展，深部巷道对支护构件的要求更高，支护构件需要具有高静载承载性能以及良好的抗冲击性能。锚杆托板是锚杆支护体系中重要的构件，锚杆托板给锚杆提供预紧力并扩散，扩大锚杆作用范围，改善围岩受力状态，围岩变形后载荷作用于锚杆托板，通过锚杆托板将载荷传递到锚杆杆体，增大锚杆工作阻力，进而控制围岩变形。

现有技术中对锚杆托板的研究主要包括静载和动载冲击两种受力形式，在进行静载试验或动载试验时，锚杆托板的开孔的端面与动载试验机相对，动载试验机施加的动载荷首先作用于锚杆托板的开孔处的端面，锚杆托板的受力形式不符合现场实际受力形式，从而影响试验结果的准确性。

发明内容

本发明提供一种锚杆托板力学性能测试装置及测试方法，用以解决现有的测试装置进行力学性能试验时存在锚杆托板受力形式与现场实际受力形式不一致，导致试验结果存在误差的问题。

第一方面，本发明提供一种锚杆托板力学性能测试装置，包括：夹持机构、冲击机构、以及监测机构；

所述夹持机构包括基座、压板和连接件，所述基座和所述压板沿竖直方向间隔设置，所述连接件的一端与所述基座连接，所述连接件的另一端与所述压板活动连接，锚杆托板夹设于所述基座和所述压板之间；

所述冲击机构设于所述压板的上方，用于沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述锚杆托板力学性能测试装置还包括预紧力机构，所述预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

在所述预紧力机构对所述锚杆托板施加静载荷的情况下，所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到静载荷下的应力数据和应变数据；

在所述预紧力机构对所述锚杆托板施加静载荷，且所述冲击机构对所述锚杆托板施加动载荷的情况下，所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述连接件包括连杆、第一紧固件和第二紧固件；

所述基座面向所述压板的一侧设有通槽，所述压板设有通孔；所述第一紧固件位于所述通槽内，所述连杆的一端穿入所述通槽与所述第一紧固件连接，所述连杆的另一端穿设所述通孔与所述第二紧固件连接。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述连接件还包括柔性件，所述柔性件夹设于所述压板与所述第二紧固件之间。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述基座面向所述压板的一侧设有容纳槽，所述容纳槽用于放置调心球垫，所述调心球垫的部分位于所述容纳槽，所述调心球垫与所述锚杆托板相适配。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述冲击机构包括落锤试验机，所述落锤试验机用于对所述压板施加冲击载荷。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述监测机构包括应力传感器、应变传感器和数据采集模块；

所述应力传感器和所述应变传感器均与所述数据采集模块连接，所述应力传感器设于所述锚杆托板靠近所述压板的一侧，所述应变传感器设于所述锚杆托板背离所述压板的一侧；

所述数据采集模块用于采集所述应力传感器的应力数据和所述应变传感器的应变数据。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置，所述锚杆托板力学性能测试装置还包括图像采集模块；

在所述冲击机构对所述锚杆托板施加动载荷的情况下，所述图像采集模块采集所述压板的图像。

第二方面，本发明提供一种锚杆托板力学性能测试装置的测试方法，包括：

将锚杆托板夹设于基座和压板之间，所述锚杆托板的一端与所述基座相抵接，所述锚杆托板的另一端与所述压板相抵接；

冲击机构沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

监测机构监测所述锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据。

根据本发明提供的一种锚杆托板力学性能测试装置的测试方法，还包括：

预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

所述监测机构监测所述锚杆托板受到静载荷下的应力数据和应变数据；或，

预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

所述冲击机构沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

所述监测机构监测所述锚杆托板受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

本发明提供的锚杆托板力学性能测试装置及测试方法，锚杆托板夹设于基座和压板之间，锚杆托板的拱起段的端面与基座相抵接，锚杆托板的平直段的端面与压板相抵接，冲击机构沿竖直方向对锚杆托板施加动载荷，锚杆托板的受力形式与现场实际受力形式一致，监测机构监测锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据，有利于提高试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，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是本发明提供的锚杆托板力学性能测试装置的结构示意图；

图2是本发明提供的基座的结构示意图；

图3是本发明提供的压板的结构示意图；

图4是本发明提供的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法的流程图之一；

图5是本发明提供的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法的流程图之二；

图6是本发明提供的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法的流程图之三；

附图标记：1：基座；101：通槽；102：容纳槽；2：连接件；201：第一紧固件；202：连杆；203：第二紧固件；3：压板；4：锚杆托板；5：落锤；6：应力计；7：应变片；8：调心球垫；9：压力传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图3描述本发明实施例的锚杆托板力学性能测试装置。

如图1所示，本发明实施例提供的锚杆托板4力学性能测试装置，包括：夹持机构、冲击机构、以及监测机构；夹持机构包括基座1、压板3和连接件2，基座1和压板3沿竖直方向间隔设置，连接件2的一端与基座1连接，连接件2的另一端与压板3活动连接，锚杆托板4夹设于基座1和压板3之间；冲击机构设于压板3的上方，用于沿竖直方向对锚杆托板4施加动载荷；监测机构用于监测锚杆托板4受到动载荷下的应力数据和应变数据。

具体地，基座1和压板3的形状不做具体限制，基座1和压板3可以均为方形体，基座1须具备适宜的厚度和重量，确保施加动载荷时，不易发生侧翻或弹跳。压板3可以采用钢板制作，压板3须具备一定的强度，压板3的厚度约为锚杆托板4厚度的5倍。基座1和压板3沿着竖直方向间隔设置，基座1和压板3的相对壁面之间形成容置空间，锚杆托板4夹持于基座1和压板3之间。锚杆托板4主要包括平板型锚杆托盘和蝶形锚杆托盘，文中锚杆托板4主要指蝶形锚杆托盘。锚杆托板4具有平直段和拱起段，锚杆托板4的平直段的端面与压板3相抵接，锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相抵接。

连接件2的一端与基座1连接，例如基座1面向压板3的一侧设有凹槽，凹槽和连接件2相适配，凹槽的尺寸略大于连接件2的尺寸，连接件2的一端插入凹槽中，实现对连接件2的定位。或者基座1面向压板3的一侧设有螺纹孔，连接件2的一端设有外螺纹，连接件2的一端穿入螺纹孔与基座1螺纹连接。

压板3设有通孔，通孔与连接件2相适配，连接件2的另一端穿过压板3上的通孔，压板3向下移动与锚杆托板4贴合后，连接件2的另一端可以安装锁紧件，锁紧件与压板3相抵接，将压板3与锚杆托板4压紧。也可以连接件2的另一端也设有外螺纹，连接件2的另一端安装紧固件，紧固件位于压板3的顶面，通过拧紧紧固件将压板3与锚杆托板4压紧。由此，锚杆托板4被夹持固定于基座1和压板3之间，锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相抵接，锚杆托板4的平直段的端面与压板3相抵接。

连接件2的一端与基座1连接，连接件2的另一端与压板3活动连接，基座1与压板3之间的间隙可调，可以适应不同规格尺寸的锚杆托板4。连接件2的数量不做具体限制，例如连接件2的数量为四个，两个连接件2位于锚杆托板4的第一侧，两个连接件2位于锚杆托板4的第二侧，四个连接件2对称分布。压板3上设有四个通孔，四个通孔对称分布，确保锚杆托板4受到均匀载荷。

锚杆托板4固定完毕后，冲击机构对锚杆托板4施加动载荷，冲击机构可以为落锤试验机，落锤5位于压板3的上方，可以理解的是，落锤5的中心、压板3的中心以及锚杆托板4的中心位于同一直线上。落锤5沿竖直方向向下施加冲击载荷，冲击载荷为动载荷的一种，在煤矿井下现场实际环境中，锚杆托板4受到的动载荷主要是冲击载荷，对锚杆托板4进行冲击试验研究锚杆托板4的力学性能对实际应用更具指导作用。压板3承受落锤5的冲击力，压板3与锚杆托板4相抵接，压板3受到的冲击力传递至锚杆托板4上。监测机构实时监测锚杆托板4受到冲击载荷时间段内的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线，锚杆托板4的应力与冲击力相近，由应力-应变曲线拟合得到冲击力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在动载荷下的受力变形情况。

现有技术中，对锚杆托板4进行力学性能试验时，通常是将锚杆托板4的拱起段的端面与动载试验机相对，即锚杆托板4上设有开孔的一端与动载试验机相对，在动载试验时，锚杆托板4孔口处与动载试验机首先作用，锚杆托板4孔口处瞬间破坏，锚杆托板4能量传递规律破坏，影响试验结果的准确性。

锚杆托板4夹设于基座1和压板3之间，锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相抵接，锚杆托板4的平直段的端面与压板3相抵接，压板3相当于岩体，更符合现场锚杆托板4的实际受力情况，有利于提高试验结果的准确性，

在本发明实施例中，锚杆托板4夹设于基座1和压板3之间，锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相抵接，锚杆托板4的平直段的端面与压板3相抵接，冲击机构沿竖直方向对锚杆托板4施加动载荷，锚杆托板4的受力形式与现场实际受力形式一致，监测机构获取锚杆托板4受到动载荷下的应力数据和应变数据，有利于提高试验结果的准确性。

在可选的实施例中，锚杆托板4力学性能测试装置还包括预紧力机构；预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加静载荷；在预紧力机构对锚杆托板4施加静载荷的情况下，监测机构用于监测锚杆托板4受到静载荷下的应力数据和应变数据；在预紧力机构对锚杆托板4施加静载荷，且冲击机构对锚杆托板4施加动载荷的情况下，监测机构用于监测锚杆托板4受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

具体地，预紧力机构可以为扭矩扳手，扭矩扳手对连接件2的另一端施加预紧力，预紧力通过压板3传递至锚杆托板4。或者预紧力机构为万能伺服试验机，万能伺服试验机对压板3施加压力，实现对锚杆托板4施加沿其轴向方向的预紧力。对锚杆托板4施加不同的预紧力，可以得出不同预紧力下锚杆托板4的受力变形情况。

预紧力机构对锚杆托板4施加预紧力，监测机构实时监测锚杆托板4受到预紧力后的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线。锚杆托板4的应力与预紧力相近，由应力-应变曲线拟合得到预紧力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在静载荷下的受力变形情况。

进一步地，预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加预设的预紧力，预设的预紧力的数值根据实际工况选择，然后冲击机构对锚杆托板4施加冲击载荷，监测机构实时监测锚杆托板4在预设的预紧力下受到冲击载荷时间段内的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线，进一步由应力-应变曲线拟合得到冲击力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在动静组合载荷下的受力变形情况。

在本发明实施例中，预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加预紧力，通过监测机构采集的应力数据和应变数据可得到锚杆托板4受到静载荷时的预紧力-位移曲线；预紧力机构对锚杆托板4施加预设的预紧力后，冲击机构对锚杆托板4施加冲击载荷，通过监测机构采集的应力数据和应变数据可得到锚杆托板4受到动静组合载荷时的冲击力-位移曲线，由此可对锚杆托板4受到静载荷、动载荷或动静组合载荷下的受力变形情况进行分析，为锚杆托板4的优化提供更全面的试验数据。

如图1、图2和图3所示，在可选的实施例中，连接件2包括连杆202、第一紧固件201和第二紧固件203；基座1面向压板3的一侧设有通槽101，压板3设有通孔；第一紧固件201位于通槽101内，连杆202的一端穿入通槽101与第一紧固件201连接，连杆202的另一端穿设通孔与第二紧固件203连接。

具体地，基座1面向压板3的一侧设有通槽101，通槽101的顶部具有开口，开口与基座1的顶面连通，开口的宽度尺寸小于通槽101的宽度尺寸。通槽101的数量不做具体限制，通槽101的数量为两个或多个，例如通槽101的数量为两个，两个通槽101沿基座1的长度方向或者宽度方向对称布设。

连接件2包括连杆202、第一紧固件201和第二紧固件203，连杆202可以采用丝杆制作，即整段连杆202上都有外螺纹，或连杆202的中间部位为光滑区域，连杆202的两端设有外螺纹。第一紧固件201和第二紧固件203可以均为螺母，螺母为高强螺母，螺母的内螺纹与连杆202上的外螺纹相适配，将位于通槽101内的螺母定义为第一螺母，与连杆202的顶部连接的螺母定义为第二螺母。

将第一螺母由通槽101的一端推送入通槽101内，压板3放于锚杆托板4的上方，压板3与锚杆托板4的平直段的端面贴合后，将连杆202穿过压板3上的通孔，再将连杆202与第一螺母拧紧，在对第一螺母拧紧的过程中，可以在通槽101的两端各伸入一根顶杆，将第一螺母顶紧，防止在拧紧的过程中，第一螺母发生旋转。

连杆202与第一螺母拧紧后，将第二螺母穿入连杆202的另一端，第二螺母与压板3贴合后，通过扭矩扳手和扭矩倍增器对第二螺母施加预紧力，将压板3与锚杆托板4压紧，预紧力通过压板3传递至锚杆托板4。在对第二螺母施加预紧力时，将第一螺母顶紧，防止在施加预紧力的过程中，第一螺母发生旋转。

在进行冲击试验时，多次的冲击载荷使得第一螺母容易发生磨损或损坏，第一螺母与连杆202的连接方式使得第一螺母便于更换。将连杆202从第一螺母中旋出，可以通过顶杆将第一螺母从通槽101中顶出，再将完好的第一螺母推送入通槽101中，安装及更换便捷。

第二螺母与连杆202的另一端连接，第二螺母位于压板3的上方，通过扭矩扳手和扭矩倍增器对第二螺母施加扭矩力，将压板3与锚杆托板4压紧，预紧力通过压板3传递至锚杆托板4，操作便利。

在本发明实施例中，连杆202的一端穿入通槽101内与第一紧固件201连接，有利于第一紧固件201安装及更换的便捷性，连杆202的另一端穿设压板3上的通孔与第二紧固件203连接，有利于对锚杆托板4施加预紧力时操作的便利性。

在可选的实施例中，连接件2还包括柔性件，柔性件夹设于压板3与第二紧固件203之间。

具体地，柔性件可以采用橡胶垫或石棉垫等制作，可以理解的是柔性件上也设有通孔，通孔和连杆202相适配，柔性件夹设于压板3的顶面与第二紧固件203的底面之间，在多次的冲击载荷试验过程中，柔性件起到一定的缓冲作用，能够有效防止第二紧固件203工作失效。

在本发明实施例中，柔性件夹设于压板3与第二紧固件203之间，起到一定的缓冲作用，能够有效防止第二紧固件203工作失效，保障试验结果的准确性。

如图2所示，在可选的实施例中，基座1面向压板3的一侧设有容纳槽102，容纳槽102用于放置调心球垫8，调心球垫8的部分位于容纳槽102，调心球垫8与锚杆托板4相适配。

具体地，基座1面向压板3的一侧的中心区域设有容纳槽102，容纳槽102用于放置调心球垫8，调心球垫8的一部分位于容纳槽102中，调心球垫8的另一部分位于容纳槽102外部，调心球垫8位于容纳槽102外部的高度大于调心球垫8位于容纳槽102内的高度。

锚杆支护在现场实际应用中，锚杆托板4通常与调心球垫8配套使用，调心球垫8套设于锚杆托板4拱起部的外侧，锚杆依次穿设调心球垫8的通孔和锚杆托板4的通孔。

调心球垫8套设于锚杆托板4底部的外侧，调心球垫8的部分位于容纳槽102中，锚杆托板4的受力情况更符合巷道锚杆支护中锚杆托板4的实际受力情况，在进行静载荷试验、动载荷试验或动静组合载荷试验时，有利于提高试验结果的准确性。

在本发明实施例中，基座1设有容纳槽102，容纳槽102用于放置调心球垫8，调心球垫8套装于锚杆托板4拱起部的外侧，锚杆托板4的固定方式更符合现场实际装配方式，有利于提高试验结果的准确性。

如图1所示，在可选的实施例中，冲击机构包括落锤试验机，落锤试验机用于对压板3施加冲击载荷。

具体地，落锤试验机具有落锤5，落锤5位于压板3的上方，通过调节落锤5与压板3的高度来调节冲击能量，冲击能量的大小可根据现场实际工况进行调整，例如冲击能量可设定为500J、1000J、1500J、2000J，根据能量计算公式确定落锤5底面与压板3顶面之间的高度。

落锤5沿竖直方向向下对压板3施加冲击载荷，压板3承受落锤5的冲击力，压板3与锚杆托板4相抵接，压板3受到的冲击力传递至锚杆托板4上，监测机构实时监测锚杆托板4受到冲击载荷时间段内的应力数据和应变数据，通过拟合得到冲击力-位移曲线。

进一步地，落锤5可以沿着水平方向移动，沿着水平方向移动落锤5，可调节落锤5的中心与锚杆托板4的中心的相对位置。在落锤5的中心与锚杆托板4的中心一致时，可对锚杆托板4进行中心载荷试验研究；在落锤5的中心与锚杆托板4的中心间隔一定距离时，可对锚杆托板4进行偏载荷试验研究。

进一步地，落锤5的底部安装有压力传感器9，落锤5对压板3施加冲击力的过程中，压力传感器9监测压板3受到的压力数据，由此可得到压力-时间曲线，监测机构监测锚杆托板4的应力数据，由此可得到应力-时间曲线。在冲击试验中，压板3受到的压力与锚杆托板4受到的应力相近，将压力-时间曲线与应力-时间曲线进行对比研究，分析冲击载荷下锚杆托板4的受力情况。

在本发明实施例中，通过调节落锤5与压板3之间的高度，进行不同冲击载荷下的动载试验或动静载组合试验，试验效率高，沿着水平方向移动落锤5，可对锚杆托板4进行中心载荷试验研究和偏载荷试验研究，试验数据更全面，为冲击巷道锚杆支护设计提供指导。

如图1所示，在可选的实施例中，监测机构包括应力传感器、应变传感器和数据采集模块；应力传感器和应变传感器均与数据采集模块连接，应力传感器设于锚杆托板4靠近压板3的一侧，应变传感器设于锚杆托板4背离压板3的一侧；数据采集模块用于采集应力传感器的应力数据和应变传感器的应变数据。

具体地，应力传感器可以为应力计6，应力计6安装于锚杆托板4平直段的部位，例如应力计6安装于锚杆托板4平直段的侧面上。应变传感器可以为应变片7，由锚杆托板4的平直段向锚杆托板4的拱起段延伸贴有多个应变片7，多个应变片7间隔布设，多个应变片7贴于锚杆托板4的外壁上，方便操作。

应力计6和应变片7均与数据采集模块连接，数据采集模块采集应力计6的应力数据和应变片7的应变数据。预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加预紧力，由数据采集模块采集的应力数据和应变数据可得到预紧力-位移曲线。冲击机构通过压板3对锚杆托板4施加冲击力，由数据采集模块采集的应力数据和应变数据可得到冲击力-位移曲线。

由锚杆托板4的平直段向锚杆托板4的拱起段延伸贴有多个应变片7，数据采集模块采集多个应变片7的应变数据，由多个应变片7的应变数据可以研究静载荷、动载荷或动静组合载荷下锚杆托板4的力学传递规律。

在本发明实施例中，应力传感器和应变传感器设于锚杆托板4上，数据采集模块采集锚杆托板4受到静载荷、动载荷或动静组合载荷下的应力数据和应变数据，结构简单，试验数据准确度高，试验效率高。

在可选的实施例中，锚杆托板4力学性能测试装置还包括图像采集模块；在冲击机构对锚杆托板4施加动载荷的情况下，图像采集模块采集压板3的图像。

具体地，图像采集模块包括白炽灯和高速摄相机，高速摄相机的拍摄速度可达到每秒数百万张。白炽灯和高速摄相机位于压板3的一侧，压板3的侧面标记有多个监测点。动载试验前，将白炽灯和高速相机打开，冲击机构对压板3施加冲击载荷，高速摄相机进行连续拍照获取多张图像，通过多张图像捕捉压板3上的监测点的动态变化，同时可计算得到压板3受到冲击时刻的瞬间速率。

图像采集模块监测压板3的位移数据，拟合得到压板3的位移-时间曲线，数据采集模块采集的应变数据，拟合得到锚杆托板4的位移-时间曲线，在冲击试验中，压板3产生的位移变化与锚杆托板4产生的位移变化相近，将压板3的位移-时间曲线与锚杆托板4的位移-时间曲线结合研究，分析冲击载荷下锚杆托板4的位移变化情况，为巷道锚杆支护设计提供多个试验数据做参考，试验结果指导实际应用更科学、合理。

在锚固支护中，锚索和锚杆是常用的支护构件，锚索通常和锚索托板配套使用，锚杆通常和锚杆托板配套使用。可以理解的是，上述的锚杆托板力学性能测试装置也适用于对锚索托板进行静载荷、动载荷以及动静组合载荷的力学性能的测试。针对锚索托板进行力学性能测试，夹持机构的基座1和压板3的尺寸及强度等与锚索托板相匹配。

如图4所示，本发明实施例提供的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法，包括：

步骤101，将锚杆托板4夹设于基座1和压板3之间，锚杆托板4的一端与基座1相抵接，锚杆托板4的另一端与压板3相抵接；

步骤102，冲击机构沿竖直方向对锚杆托板4施加动载荷；

步骤103，监测机构监测锚杆托板4受到动载荷下的应力数据和应变数据。

具体地，将锚杆托板4放置于基座1上，锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相贴合，再将压板3与锚杆托板4的平直段的端面相贴合，连接件2的一端与基座1连接，连接件2的另一端与压板3连接，将压板3与锚杆托板4压紧，由此锚杆托板4的拱起段的端面与基座1相抵接，锚杆托板4的平直段的端面与压板3相抵接。

锚杆托板4固定完毕后，冲击机构沿着竖直向下的方向对压板3施加冲击载荷，压板3受到的冲击力传递至锚杆托板4上，锚杆托板4的受力形式与煤矿井下现场实际环境中的受力形式一致。监测机构实时监测锚杆托板4受到冲击载荷时间段内的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线，锚杆托板4的应力与冲击力相近，由应力-应变曲线拟合得到冲击力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在动载荷下的受力变形情况，试验数据准确度高，可为巷道锚杆支护的锚杆托板4的选择提供指导。

如图5和图6所示，在可选的实施例中，锚杆托板4力学性能测试装置的测试方法还包括：

步骤201，预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加静载荷；

步骤202，监测机构监测锚杆托板4受到静载荷下的应力数据和应变数据；或，

步骤301，预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加静载荷；

步骤302，冲击机构沿竖直方向对锚杆托板4施加动载荷；

步骤303，监测机构监测锚杆托板4受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

具体地，预紧力机构对压板3施加预紧力，预紧力通过压板3传递至锚杆托板4。监测机构实时监测锚杆托板4受到预紧力后的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线。锚杆托板4的应力与预紧力相近，由应力-应变曲线拟合得到预紧力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在静载荷下的受力变形情况。

或者预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加预设的预紧力，预设的预紧力的数值根据实际工况选择，然后冲击机构对锚杆托板4施加冲击载荷，监测机构实时监测锚杆托板4在预设的预紧力下受到冲击载荷时间段内的应力数据和应变数据，由应力数据拟合出应力-时间曲线，由应变数据拟合出应变-时间曲线，将应力-时间曲线和应变-时间曲线拟合得到应力-应变曲线，进一步由应力-应变曲线拟合得到冲击力-位移曲线，由此可分析锚杆托板4在动静组合载荷下的受力变形情况。

预紧力机构通过压板3对锚杆托板4施加预紧力，通过监测机构采集的应力数据和应变数据可得到锚杆托板4受到静载荷时的预紧力-位移曲线；预紧力机构对锚杆托板4施加预设的预紧力后，冲击机构对锚杆托板4施加冲击载荷，通过监测机构采集的应力数据和应变数据可得到锚杆托板4受到动静组合载荷时的冲击力-位移曲线，由此可对锚杆托板4受到静载荷、动载荷或动静组合载荷下的受力变形情况进行分析，为锚杆托板4的优化提供更全面的试验数据。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，包括：夹持机构、冲击机构、以及监测机构；

所述夹持机构包括基座、压板和连接件，所述基座和所述压板沿竖直方向间隔设置，所述连接件的一端与所述基座连接，所述连接件的另一端与所述压板活动连接，锚杆托板夹设于所述基座和所述压板之间；

所述冲击机构设于所述压板的上方，用于沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据。

2.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述锚杆托板力学性能测试装置还包括预紧力机构，所述预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

在所述预紧力机构对所述锚杆托板施加静载荷的情况下，所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到静载荷下的应力数据和应变数据；

在所述预紧力机构对所述锚杆托板施加静载荷，且所述冲击机构对所述锚杆托板施加动载荷的情况下，所述监测机构用于监测所述锚杆托板受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

3.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述连接件包括连杆、第一紧固件和第二紧固件；

所述基座面向所述压板的一侧设有通槽，所述压板设有通孔；所述第一紧固件位于所述通槽内，所述连杆的一端穿入所述通槽与所述第一紧固件连接，所述连杆的另一端穿设所述通孔与所述第二紧固件连接。

4.根据权利要求3所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述连接件还包括柔性件，所述柔性件夹设于所述压板与所述第二紧固件之间。

5.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述基座面向所述压板的一侧设有容纳槽，所述容纳槽用于放置调心球垫，所述调心球垫的部分位于所述容纳槽，所述调心球垫与所述锚杆托板相适配。

6.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述冲击机构包括落锤试验机，所述落锤试验机用于对所述压板施加冲击载荷。

7.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述监测机构包括应力传感器、应变传感器和数据采集模块；

所述应力传感器和所述应变传感器均与所述数据采集模块连接，所述应力传感器设于所述锚杆托板靠近所述压板的一侧，所述应变传感器设于所述锚杆托板背离所述压板的一侧；

所述数据采集模块用于采集所述应力传感器的应力数据和所述应变传感器的应变数据。

8.根据权利要求1所述的锚杆托板力学性能测试装置，其特征在于，所述锚杆托板力学性能测试装置还包括图像采集模块；

在所述冲击机构对所述锚杆托板施加动载荷的情况下，所述图像采集模块采集所述压板的图像。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法，其特征在于，包括：

将锚杆托板夹设于基座和压板之间，所述锚杆托板的一端与所述基座相抵接，所述锚杆托板的另一端与所述压板相抵接；

冲击机构沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

监测机构监测所述锚杆托板受到动载荷下的应力数据和应变数据。

10.根据权利要求9所述的锚杆托板力学性能测试装置的测试方法，其特征在于，还包括：

预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

所述监测机构监测所述锚杆托板受到静载荷下的应力数据和应变数据；或，

预紧力机构通过所述压板对所述锚杆托板施加静载荷；

所述冲击机构沿竖直方向对所述锚杆托板施加动载荷；

所述监测机构监测所述锚杆托板受到动静组合载荷下的应力数据和应变数据。

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