CN116163300B - 一种全自动电动锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动电动锚杆，包括齿轮、中空管道、螺旋锚固头、泥浆仓、电控机构和钻头；电控机构包括电机、齿轮、光敏电阻、蜂鸣器、电位器、PNP三极管、红外线射灯和电磁铁感应阀门，电机用于驱动齿轮，光敏电阻、红外线射灯均布置在泥浆仓内壁；红外线射灯与光敏电阻的位置一一对应；中空管道与螺旋锚固头螺纹嵌套连接，齿轮带动中空管道转动，进而带动螺旋锚固头转动并伸出泥浆仓；钻头与螺旋锚固头相连；泥浆仓上靠近钻头的一侧设置钢钉，钢钉在螺旋锚固头的旋动挤压下能够将泥浆仓外侧扎破并使泥浆溢出。本发明整个旋进过程更加自动化和智能化，使用方便快捷，省时省力。
Description
技术领域
本发明属于锚杆，具体为一种全自动电动锚杆。
背景技术
锚杆是一端（锚固段）固定在稳定地层内，另一端与梁板、格构或其他结构相连接，用于承担基坑外的土、水压力荷载，并维持基坑边坡稳定的一种受力杆件。锚杆一般由外锚具、自由段和锚固段三大部分组成。对于普通的锚杆而言，锚杆安装均需通过施工人员或者专业的机器进行，费时费力。
申请号为2019113224836的中国专利公开了传感器的自动通断控制原理，其主要是通过压力传感器这一装置实时测量锚杆所受应力大小来进行报警与自动通断，但当锚杆插入土中或煤层中工作时，土中或煤层中的水分、颗粒、盐分等等可能会对压力传感器造成影响，使其测量的数值不准确甚至损坏，以致系统失效。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种方便快捷、省时省力的全自动电动锚杆。
技术方案：本发明所述的一种全自动电动锚杆，包括中空管道、螺旋锚固头、泥浆仓、电控机构和钻头；电控机构包括电机、齿轮、光敏电阻、蜂鸣器、电位器、PNP三极管、红外线射灯和电磁铁感应阀门，电机用于驱动齿轮，光敏电阻、红外线射灯均布置在泥浆仓内壁，红外线射灯设置在泥浆仓内壁，阀门设置在泥浆仓靠近钻头处；红外线射灯与光敏电阻的位置一一对应；中空管道与螺旋锚固头螺纹嵌套连接，齿轮带动中空管道转动，进而带动螺旋锚固头转动并伸出泥浆仓；钻头与螺旋锚固头相连，用于减少锚杆整体旋进时的阻力；泥浆仓上靠近钻头的一侧设置钢钉，钢钉在螺旋锚固头的旋动挤压下能够将泥浆仓外侧扎破并使泥浆溢出。
进一步地，螺旋锚固头的直径沿着远离钻头的方向逐渐增大。进一步地，泥浆仓由薄壁钢制成，泥浆仓的壁厚为1~4mm。
当锚杆启动，螺旋锚固头开始旋进时，因为前端的螺旋直径较小，与钢钉无接触，钢钉不动，随着螺旋锚固头的不断旋进，当从后面直径中等的螺旋旋进到前面时，其正好接触到钢钉底部，使得钢钉往上顶，而直径最大的螺旋旋进时钢钉继续往上顶，以致顶破泥浆仓最外侧的薄壁钢，使得水泥浆流出。
全自动电动锚杆还包括锚杆开关，锚杆开关与电控机构相连。在将此锚杆放置于钻孔中后，需由施工人员打开位于尾部位置的锚杆开关，方才能使锚杆开始运行。
进一步地，螺旋锚固头、钻头为钨钢合金，具有高强度、耐腐蚀特性。
进一步地，中空管道靠近钻头的部分设置泥浆通道，螺旋锚固头靠近钻头处设置出浆孔，泥浆通道与出浆孔相连。优选地，螺旋锚固头前四个螺旋处开设出浆孔，每个螺旋的上下左右四边均开出一个孔，四个螺旋总共需开出16个出浆孔。
进一步地，阀门内部加装电磁铁。电磁铁未通电时，阀门打开，泥浆仓中的泥浆通过阀门、中空管道、螺旋锚固头流出，并最终流入土中固结。电磁铁通电时具有磁性，阀门关闭，泥浆不流出。
全自动电动锚杆还包括外锚具，外锚具与电控机构相连。施工人员使用螺丝在外锚具处固定锚杆。
目前尚未有全自动或电动锚杆的出现，也未有将光敏电阻、红外线等装置应用于锚杆上的先例，本发明意在将这些装置等应用于锚杆上，通过光敏电阻阻值大小随光照射变化这一特点设计出无需人为操作干预的全自动电动锚杆，为锚杆的发展开辟出一个新的领域方向。
工作原理：当将锚杆置于钻孔中时，由施工人员打开锚杆开关，此时锚杆处于启动状态，因泥浆仓中布满水泥浆，使得红外线射灯照射不到光敏电阻，因此电路接通，蜂鸣器响，以提醒施工人员此时锚杆正在启动。齿轮转动带动内侧中空管道转动，内侧中空管道的不断转动使得套于其上的螺旋锚固头不断转动，并不断向外伸出。螺旋锚固头的不断旋进又将钢钉顶出并扎破泥浆仓的最外侧薄壁，使得水泥浆液慢慢渗出。同时由于阀门串联在光敏电阻上，光敏电阻由于未照射到红外线电阻变大，电路不通，阀门无电流通过，电磁铁无磁性，阀门打开。泥浆仓中的泥浆通过阀门流出，经过泥浆通道流入内侧中空管道中，再流入螺旋锚固头中，并最终流入土中固结。当螺旋锚固头旋进完毕时，即最后一节螺旋旋入土中，表明锚杆安装完毕，此时泥浆流完，红外线射灯照射到光敏电阻上，光敏电阻的阻值变小，电位器分压压降过大，PNP三极管上电压过大，电路不通，此时电机停止工作，蜂鸣器不响，而与之串联的阀门因光敏电阻阻值变小而通电，电磁铁通电具有磁性，阀门关闭。最后再由施工人员使用螺丝等在外锚具处固定锚杆即可。这即完成了整个全自动电动锚杆的安装。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、锚杆的整个旋进过程更加自动化和智能化，使用方便快捷，锚杆的注浆在其旋进过程中由其自身即可完成，锚杆的安装无需人为干预，只需按下开关，无需后期，通过其内部的钢钉与电磁阀门即可完成自动注浆，省去了常规锚杆在安装完成后还需进行注浆的麻烦，省时省力，即可自动完成；
2、螺旋锚固头与钻头采用钨钢合金，其具有足够的强度与耐腐蚀性，有利于延长其使用寿命；
3、设置蜂鸣器作为预警装置，锚杆启动时，蜂鸣器响，锚杆安装完成后，蜂鸣器不响，用以提醒施工人员，实现了锚杆安装过程的智能化；
4、螺旋状锚固头与水泥浆液具有双重的锚固效果，即使在多年之后，锚固头腐蚀严重或者水泥浆液固化逐渐消失，该锚杆仍具有较好的锚固作用。
附图说明
图1是本发明的第一种使用状态示意图；
图2是本发明的第二种使用状态示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明的电路控制图；
图5是本发明中空管道1、螺旋锚固头2的连接示意图；
图6是本发明的阀门408的结构示意图；
图7是本发明泥浆仓3的剖视图。
实施方式
如图1~3，中空管道1与螺旋锚固头2螺纹嵌套连接，内侧中空管道1的头部放置电控机构4的齿轮402。电控机构4包括电机401、齿轮402、光敏电阻403、蜂鸣器404、电位器405、PNP三极管406和阀门408。电机401用于驱动齿轮402，蜂鸣器404、电位器405、PNP三极管406均设置在电控机构仓11中，泥浆仓3靠近钻头5处分别设置了两个阀门408。两个光敏电阻403以及两个红外线射灯407均布置在泥浆仓3的仓壁中，需确保红外线射灯407发出的光线正好照射到光敏电阻403上。红外线射灯407单独连接其红外线射灯电源412，而光敏电阻403连接在电控机构4的电路中。
螺旋锚固头2、钻头5选用高强度、耐腐蚀的钨钢合金。外锚具10与电控机构4相连。螺旋锚固头2的共设置了9个螺旋，其螺旋直径大小分别为20、20、18、16、14、12、10、8、6mm。钻头5与螺旋锚固头2相连。泥浆仓3上靠近钻头5的一侧设置钢钉6，左右侧各5个共计10个，其布置位置位于从左到右第五个螺旋正上方及依次往后，钢钉长均为24mm。钢钉6顶端均布置在泥浆仓3最外侧的薄壁钢处。钢钉6的移动原理为：当全自动电动锚杆启动，螺旋锚固头2开始旋进时，因为前端的螺旋直径较小，与钢钉6无接触，钢钉6不动，随着螺旋锚固头2的不断旋进，当从后面直径为16mm的螺旋旋进到前面时，其正好接触到钢钉6底部，使得钢钉6往上顶，而后面的18、20mm螺旋旋进时使得钢钉6继续往上顶，以致顶破全自动电动锚杆最外侧的薄壁钢，使得水泥浆流出。
螺旋锚固头2的直径沿着远离钻头5的方向逐渐增大。泥浆仓3由薄壁钢制成，便于钢钉6在螺旋锚固头2旋动作用的挤压下将其扎破，使得泥浆溢出。泥浆仓3的壁厚为1~4mm。锚杆开关7与电控机构4相连。齿轮402带动中空管道1转动，进而带动螺旋锚固头2转动并伸出泥浆仓3。全自动电动锚杆的长度、锚固深度等视具体工程状况而定。中空管道1具有足够的强度支撑螺旋锚固头2旋出，且螺旋锚固头2本身亦具有足够的强度，二者间通过内外螺纹相嵌套连接，可以确保其旋出过程中不会发生偏斜。且在螺旋锚固头2不断旋出时，泥浆也通过出泥孔在螺旋锚固头2四周不断溢出、固结，确保了此锚杆锚固的支护强度。
如图4，PNP三极管406的基极与电位器405相连，PNP三极管406的发射极与电机401相连。蜂鸣器404的一端与PNP三极管406的集电极相连，另一端与电路电源410正极相连，电机401与电源负极相连。锚杆开关7的一端与电路电源410正极相连，另一端与阀门408相连，而阀门408与光敏电阻403相连。在开关7以下分别为阀门408、光敏电阻403、光敏电阻403、阀门408这四者串联，形成完整的电路。当将全自动电动锚杆置于钻孔中时，由施工人员打开锚杆开关7，此时全自动电动锚杆处于启动状态，因泥浆仓3中布满水泥浆，使得红外线射灯407照射不到光敏电阻403，因此电路接通，蜂鸣器404响，以提醒施工人员此时全自动电动锚杆正在启动。齿轮402转动带动内侧的中空管道1转动，中空管道1的不断转动使得套于其上的螺旋锚固头2不断转动，并不断向外伸出。螺旋锚固头2的不断旋进又将钢钉6顶出并扎破泥浆仓3的最外侧薄壁，使得水泥浆液慢慢渗出。同时由于阀门408串联在光敏电阻403上，光敏电阻403由于未照射到红外线电阻变大，电路不通，阀门408无电流通过，电磁铁409无磁性，阀门408打开。泥浆仓3中的泥浆通过阀门408流出，经过泥浆通道流入内侧的中空管道1中，再流入螺旋锚固头2中，并最终流入土中固结。当螺旋锚固头2旋进完毕时，即最后一节螺旋旋入土中，表明全自动电动锚杆安装完毕。此时泥浆流完，红外线射灯407照射到光敏电阻403上，光敏电阻403的阻值变小，电位器405分压压降过大，PNP三极管406上电压过大，电路不通，此时电机401停止工作，蜂鸣器404不响，而与之串联的阀门408因光敏电阻403阻值变小而通电，电磁铁409通电具有磁性，阀门408关闭。最后再由施工人员使用螺丝等在外锚具10处固定全自动电动锚杆即可，这即完成了整个全自动电动锚杆的安装。
如图5，中空管道1靠近钻头5的部分设置泥浆通道8，螺旋锚固头2靠近钻头5的前四个螺旋处设置出浆孔9，每个螺旋的上下左右四边均开出一个孔，四个螺旋总共需开出16个出浆孔。泥浆通道8与出浆孔9相连。
如图6，阀门408内部加装电磁铁409。电磁铁409未通电时，阀门408打开，泥浆仓3中的泥浆通过阀门408、中空管道1、螺旋锚固头2流出，并最终流入土中固结。电磁铁409通电时具有磁性，阀门408关闭，泥浆不流出。
如图7，全自动电动锚杆的杆体总直径为60mm，泥浆仓3的内壁、外壁之间的距离为20mm，中空管道1的直径为20mm。
Claims (3)
1.一种全自动电动锚杆，其特征在于：包括中空管道（1）、螺旋锚固头（2）、泥浆仓（3）、电控机构（4）和钻头（5）；所述电控机构（4）包括电机（401）、齿轮（402）、光敏电阻（403）、蜂鸣器（404）、电位器（405）、PNP三极管（406）、红外线射灯（407）和阀门（408），内侧中空管道（1）的头部放置齿轮（402），所述电机（401）用于驱动齿轮（402），蜂鸣器（404）、电位器（405）、PNP三极管（406）均设置在电控机构仓（11）中，所述光敏电阻（403）、红外线射灯（407）均布置在泥浆仓（3）内壁，需确保红外线射灯（407）发出的光线正好照射到光敏电阻（403）上，所述阀门（408）设置在泥浆仓（3）靠近钻头（5）处；所述红外线射灯（407）与光敏电阻（403）的位置一一对应；所述中空管道（1）与螺旋锚固头（2）螺纹嵌套连接，所述齿轮（402）带动中空管道（1）转动，进而带动螺旋锚固头（2）转动并伸出泥浆仓（3）；所述钻头（5）与螺旋锚固头（2）相连；所述泥浆仓（3）上靠近钻头（5）的一侧设置钢钉（6），所述钢钉（6）在螺旋锚固头（2）的旋动挤压下能够将泥浆仓（3）外侧扎破并使水泥浆溢出；
所述螺旋锚固头（2）的直径沿着远离钻头（5）的方向逐渐增大；
所述全自动电动锚杆还包括锚杆开关（7）、外锚具（10），所述锚杆开关（7）与电控机构（4）相连，所述外锚具（10）与电控机构（4）相连；
所述中空管道（1）靠近钻头（5）的部分设置泥浆通道（8），所述螺旋锚固头（2）靠近钻头（5）处设置出浆孔（9），所述泥浆通道（8）与出浆孔（9）相连；
所述阀门（408）内部加装电磁铁（409）；所述电磁铁（409）未通电时，阀门（408）打开，泥浆仓（3）中的水泥浆通过阀门（408）、中空管道（1）、螺旋锚固头（2）流出，并最终流入土中固结；所述电磁铁（409）通电时具有磁性，阀门（408）关闭，水泥浆不流出；
所述PNP三极管（406）的基极与电位器（405）相连，所述PNP三极管（406）的发射极与电机（401）相连；所述蜂鸣器（404）的一端与PNP三极管（406）的集电极相连，另一端与电路电源（410）正极相连，所述电机（401）与电路电源（410）负极相连；所述锚杆开关（7）的一端与电路电源（410）正极相连，另一端与阀门（408）相连，而阀门（408）与光敏电阻（403）相连；在锚杆开关（7）以下分别为阀门（408）、光敏电阻（403）、光敏电阻（403）、阀门（408）这四者串联，形成完整的电路；当将全自动电动锚杆置于钻孔中时，由施工人员打开锚杆开关（7），此时全自动电动锚杆处于启动状态，因泥浆仓（3）中布满水泥浆，使得红外线射灯（407）照射不到光敏电阻（403），因此电路接通，蜂鸣器（404）响，以提醒施工人员此时全自动电动锚杆正在启动；所述齿轮（402）转动带动内侧的中空管道（1）转动，中空管道（1）的不断转动使得套于其上的螺旋锚固头（2）不断转动，并不断向外伸出；所述螺旋锚固头（2）的不断旋进又将钢钉（6）顶出并扎破泥浆仓（3）的最外侧薄壁，使得水泥浆慢慢渗出；同时由于阀门（408）串联在光敏电阻（403）上，光敏电阻（403）由于未照射到红外线电阻变大，电路不通，阀门（408）无电流通过，电磁铁（409）无磁性，阀门（408）打开；泥浆仓（3）中的水泥浆通过阀门（408）流出，经过泥浆通道流入内侧的中空管道（1）中，再流入螺旋锚固头（2）中，并最终流入土中固结；当螺旋锚固头（2）旋进完毕时，即最后一节螺旋旋入土中，表明全自动电动锚杆安装完毕；此时水泥浆流完，红外线射灯（407）照射到光敏电阻（403）上，光敏电阻（403）的阻值变小，电位器（405）分压压降过大，PNP三极管（406）上电压过大，电路不通，此时电机（401）停止工作，蜂鸣器（404）不响，而与光敏电阻（403）串联的阀门（408）因光敏电阻（403）阻值变小而通电，电磁铁（409）通电具有磁性，阀门（408）关闭；最后再由施工人员使用螺丝在外锚具（10）处固定全自动电动锚杆即可，这即完成了整个全自动电动锚杆的安装。
2.根据权利要求1所述的一种全自动电动锚杆，其特征在于：所述泥浆仓（3）由薄壁钢制成，所述泥浆仓（3）的壁厚为1~4mm。
3.根据权利要求1所述的一种全自动电动锚杆，其特征在于：所述螺旋锚固头（2）、钻头（5）为钨钢合金。
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| CN107905827A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-13 | 西南石油大学 | 一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法 |
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