CN117309553A - 一种测试金属网力学性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测试金属网力学性能的装置及方法，属于硐室支护构件中金属网力学性能测试技术领域；该装置包括固定结构、施力组件，固定结构包括固定框架，固定框架的顶部侧壁用于固定金属网，施力组件设置在固定框架内部且安装在底部侧壁上；施力组件包括固定施力结构与活动施力结构，固定施力结构用于对金属网施加固定位置的加载力，活动施力结构包括多个围绕固定施力结构布置、并可与固定框架滑动配合以变化位置的分散施力部，用于模拟金属网经受的动力扰动；主要用于以解决现有的检测金属网变形和力学性能的装置因施力方式偏离实际情况，导致测试的数据不能够准确地反映金属网实际受力情况的技术问题。

Description

一种测试金属网力学性能的装置及方法

技术领域

本发明属于硐室支护构件中金属网力学性能测试技术领域，具体涉及一种测试金属网力学性能的装置及方法。

背景技术

随着国民经济现代化水平的提高和工业技术的迅速发展。煤矿的开采需求在不断增加，开采环境和地质条件日益复杂化，煤矿巷道支护技术在地下工程中发挥着至关重要的作用，合理、安全地支护技术是实现矿井高效生产的重大难题之一。地下硐室在高地应力的作用下，巷道逐渐出现片帮、底鼓和冒顶等一系列的破坏形式，经过多年国内外实践经验，锚网组合支护具有支护效果好、施工便捷和支护成本低等诸多优点，成为煤矿巷道首选的重要支护方式。开展锚网支护效果的研究，对保证巷道安全具有重要的意义。

锚网组合的支护体系主要包括锚杆、螺母、垫圈、金属网、钢带及托梁等构件，金属网可将锚杆的点支护转化为面支护，扩大支护面积，但在支护过程中金属网受力复杂，变形及破坏形式多样。设计合理的锚网支护系统中金属网将破碎围岩的应力有效地传递给锚杆，确保围岩的稳定性。因此研究金属网的变形和力学性能对金属网的设计及提高支护的安全性能具有重要意义。

现行的检测金属网变形和力学性能的装置存在这样的问题，锚网组合支护检测装置大多数均采用单一针对金属网特定位置进行加载的方式，这样就忽略了其他位置经受动力扰动的情况，无法切实模拟金属网现场的力学特性，因此测得的参数不够全面、准确，导致不能指导设计出更加符合要求的金属网。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试金属网力学性能的装置，以解决现有的检测金属网变形和力学性能的装置因施力方式偏离实际情况，导致测试的数据不能够准确地反映金属网实际受力情况的技术问题；本发明还提供一种测试金属网力学性能的方法，以解决同样的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的测试金属网力学性能的装置提供如下技术方案：

一种测试金属网力学性能的装置，包括固定结构，用于固定金属网；还包括施力组件，用于对金属网进行施力以模拟金属网的受力状态；所述固定结构包括长方体形状的固定框架，固定框架的一个侧壁用于固定金属网，所述施力组件设置在固定框架内部且安装在与固定金属网的侧壁相对的另一个侧壁上；所述施力组件包括固定施力结构与活动施力结构，所述固定施力结构设置在固定框架的侧壁中部，用于对金属网施加固定位置的加载力，所述活动施力结构包括多个分散施力部，多个所述分散施力部围绕固定施力结构布置并可与固定框架滑动配合以变化位置对金属网进行施力，用于模拟金属网经受的动力扰动。

作为进一步优化的技术方案，所述固定施力结构包括支撑筒，支撑筒垂直于固定框架的侧壁设置，并且支撑筒与固定框架固定连接，所述支撑筒朝向金属网的一端设置有可直线往复运动的施力件，用于对金属网中部进行施力。

作为进一步优化的技术方案，分散施力部包括支撑柱，所述支撑柱远离金属网的一端与固定框架滑动配合，另一端上同样设置有可直线往复运动的施力件，用于对金属网进行施力；所述分散施力部还包括驱动机构，用于驱动支撑柱滑动。

作为进一步优化的技术方案，所述驱动机构包括设置在支撑筒内、与固定框架转动配合的传动杆，所述传动杆上设置有沿轴向依次布置的多组传动结构，每组所述传动结构用于同时驱动其中两个所述的支撑柱同步远离或靠近传动杆滑动。

作为进一步优化的技术方案，每组所述传动结构均包括传动齿轮，所述传动齿轮与传动杆固定连接，所述传动齿轮两侧分别设置有一个关于传动杆中心对称设置、并与传动齿轮啮合传动的齿条，所述齿条与支撑筒滑动配合，每个所述的齿条伸末端固定连接一个所述的支撑柱。

作为进一步优化的技术方案，所述固定框架上设置有限位结构，所述限位结构与支撑柱滑动配合，用于限定支撑柱的滑动轨迹。

作为进一步优化的技术方案，所述固定框架安装施力组件的一侧设置有固定板，所述限位结构为设置在固定板上的滑轨，所述支撑柱顶部设置有相应的滑槽与滑轨相适配。

作为进一步优化的技术方案，所述固定框架用于固定金属网的一侧上设置有纵横交错布置的多个支撑杆，多根所述支撑杆将金属网划分为多个受力区域，所述支撑杆的交接处设置有承力块，用于安装用于固定金属网的固定件。

作为进一步优化的技术方案，每个所述承力块上设置有多个穿孔，以使任意相邻两个所述承力块上的穿孔之间具有多种不同的距离规格。

为了实现上述目的，本发明的测试金属网力学性能的方法提供如下技术方案：

一种测试金属网力学性能的方法，基于上述所有技术方案中任意一项所述的测试金属网力学性能的装置，包括：

将金属网放置在固定框架的一个外侧壁上，根据锚杆的实际距离选择承力块上的不同穿孔以将金属网固定在固定框架上；

将金属网连接测试组件；

启动固定施力结构上的施力件对金属网进行施力，同时启动至少一个分散施力部中的施力件动作；

转动传动杆，驱动分散施力部中的支撑柱滑动以改变施力位置，以对金属网进行动力扰动；

间隔设定时间观察记录测试组件的示数直至金属网破损。

本发明中测试金属网力学性能的装置的有益效果：通过设置长方体形状的固定框架，方便固定金属网，同时将施力组件安装在固定框架内对金属网进行施力以模拟金属网的受力状态，施力组件中的固定施力结构位置固定，用于模拟金属网承受的固定位置的压力，施力组件中的活动施力结构位置可以变动，从而模拟金属网经受的动力扰动；相比现有技术中的仅有固定位置的施力方式，可以获取更加准确的金属网力学性能的参数值，从而为金属网的研究、设计提供了更加接近现实使用状况的数据支撑。

本发明中的测试金属网力学性能的方法的有益效果与测试金属网力学性能的装置的有益效果类似，在此不再赘述。

附图说明

构成本申请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。其中：

图1为本发明一个实施例的测试金属网力学性能的装置的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的驱动机构的整体结构示意图；

图3为本发明一个实施例的金属网的测试状态结构示意图；

图4为本发明一个实施例的金属网固定在固定框架上的结构示意图。图中：1、金属网；2、固定框架；3、支撑筒；4、施力件；5、支撑柱；6、传动杆；7、传动齿轮；8、齿条；9、限位结构；10、固定板；11、支撑杆；12、承力块；13、穿孔；14、电机；15、“U”型连接扣；16、通孔；17、螺栓；18、钢带；19、垫板；20、螺母；21、应变片；22、连接导线；23、采集设备主体；24、控制器。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中测试金属网力学性能的装置的实施例1：

本发明提供一种测试金属网力学性能的装置，通过同时使用固定施力结构与活动施力结构对金属网进行施力，充分模拟金属网现场承受的不确定的动力扰动，从而可以得到更加准确的金属网力学性能的参数值，为金属网的研究、设计提供了更加完整、接近现实使用状况的数据支撑。

具体地，如图1、图2所示，测试金属网力学性能的装置包括固定结构、施力组件。固定结构用于固定金属网1；施力组件用于对金属网1进行施力以模拟金属网1的受力状态；金属网1通过连接外部的数据采集设备采集金属网1受力变形时的数据参数。

其中，固定结构包括长方体形状的固定框架2，固定框架2的顶部侧壁用于固定金属网1，施力组件设置在固定框架2内部且安装在固定框架2的底部侧壁上，即施力组件安装在与固定金属网1的侧壁相对的侧壁上，以方便向金属网1进行施加压力。此处需要说明的是，金属网1具体固定在固定框架2的哪个侧壁上都可以，具体根据实际情况进行选择，本实施例以固定在固定框架2顶部侧壁上作为实例进行解释，但并不能构成对本发明保护范围的限制。施力组件包括固定施力结构与活动施力结构，固定施力结构设置在固定框架2的侧壁中部，用于对金属网1施加固定位置的加载力，活动施力结构包括多个分散施力部，多个分散施力部围绕固定施力结构布置并可与固定框架2滑动配合以变化位置对金属网1进行施力，用于模拟金属网1经受的动力扰动。

如图1、图2所示，施力组件中的固定施力结构具体包括圆柱形的支撑筒3，支撑筒3垂直于固定框架2的侧壁设置，即支撑筒3垂直于固定框架2的底部侧壁安装，并且支撑筒3与固定框架2固定连接，支撑筒3朝向金属网1的一端设置有液压缸作为可直线往复运动的施力件4，用于对金属网1中部进行施力。

施力组件中的每个分散施力部均包括竖直设置的支撑柱5，支撑柱5远离金属网1的一端与固定框架2滑动配合，以方便改变支撑柱5的位置，另一端上同样设置有液压缸作为可直线往复运动的施力件4，用于对金属网1进行施力；分散施力部还包括驱动机构，用于驱动支撑柱5在固定框架2内滑动，以改变对金属网1的施力位置。

如图2所示，驱动机构包括设置在支撑筒3内、与固定框架2转动配合的传动杆6，传动杆6与支撑筒3同轴设置，传动杆6底部设置有电机14，用于驱动传动杆6在固定框架2内转动，因此，传动杆6通过电机14与固定框架2间接转动配合。传动杆6上设置有沿轴向依次布置的多组传动结构，在本实施例中，传动结构设置有四组，每组传动结构用于同时驱动其中两个支撑柱5同步远离或靠近传动杆6滑动。

具体地，每组传动结构均包括传动齿轮7，传动齿轮7与传动杆6固定连接，这样传动杆6转动会同步驱动传动齿轮7转动，传动齿轮7径向两侧分别设置有一个关于传动杆6中心对称设置、并与传动齿轮7啮合传动的齿条8，齿条8与支撑筒3滑动配合，每个的齿条8伸末端固定连接一个的支撑柱5，具体的固定连接方式可以选用焊接，即，齿条8末端与支撑柱5焊接固定。这样传动齿轮7转动时会同步驱动两个齿条8同步沿支撑筒3滑动，滑动的齿条8会驱动固定在末端的支撑柱5在固定框架2内滑动。因传动结构设置有四组，每组驱动两根支撑柱5，因此，支撑柱5设置有八个。

在本实施例中，齿条8与支撑筒3的具体安装方式如图2所示，每组传动结构上的两个齿条8末端固定连接有“U”型连接扣15，“U”型连接扣15与相对的另一个齿条8滑动配合。具体地，“U”型连接扣15是使用长杆件或长条形板板件弯折成类似“U”的形状，其中“U”型连接扣15的开口一端与一个齿条8的末端的固定连接，另一个齿条8穿过“U”型连接扣15远离开口的一端与“U”型连接扣15滑动配合。

支撑筒3的侧壁上开设在有供齿条8与“U”型连接扣15滑动穿过的通孔16，从而可以保证传动齿轮7转动时，顺利驱动两个齿条8运动以驱动支撑柱5滑动。

为了保证支撑柱5在滑动过程中滑动轨迹稳定，固定框架2上设置有限位结构9，限位结构9与支撑柱5滑动配合。

在本实施例中，固定框架2安装施力组件的侧壁上固定安装有固定板10，限位结构9为开设在固定板10上的滑轨，支撑柱5顶部设置有相应的滑槽与滑轨相适配，从而保证支撑柱5沿滑轨稳定滑动。另外，滑轨的数量与支撑柱5的数量相同，也设置有八条，八条滑轨呈“米”字形布置。

固定框架2用于固定金属网1的侧壁上设置有纵横交错布置的多个支撑杆11，在本实施例中，横向的支撑杆11与纵向的支撑杆11分别设置有两个，与固定框架2的棱边围成封闭的受力区域，两根支撑杆11将金属网1划分为九个受力区域，支撑杆11的交接处设置有承力块12，用于安装用于固定金属网1的固定件，以模拟锚杆固定金属网1。

因为实际的锚网组合支护体系中，根据实际情况不同，相邻两个锚杆间的尺寸不同，因此在每个承力块12上开设多个穿孔13，以使任意相邻两个承力块12上的穿孔13之间具有多种不同的距离规格，例如，在其中一个承力块12上选择最左侧的穿孔13固定金属网，在相邻的承力块12上选择偏右侧的穿孔13与上个固定点之间的距离与选择偏左侧的穿孔13与上个固定点之间的距离不同，具体根据实际情况进行选择，从而使得本发明可以具有多种规格的实验选择。

如图3所示，本发明中连接的数据采集设备包括应变片21、连接导线22与采集设备主体23，在金属网1上不同位置分别安装应变片21，每个应变片21通过连接导线22连接采集设备主体23，以相应收集金属网1在变形过程中每个点的变形数据，具体在本发明中，采集设备主体23可以是数字电阻应变仪，在其他实施例中，也可以选择其他可以实现数据收集的数据采集设备。

本发明中测试金属网力学性能的装置的具体工作原理为：首先将金属网1固定在固定框架2的顶部外侧壁上，具体的固定方式如图4所示，通过使用螺栓17依次穿过承力块12、金属网1、钢带18、垫板19最终经螺母20固定，模拟现场的金属网的具体安装方式，在本实施例中，钢带18选用W型钢带，固定过程中，根据锚杆的不同距离选择承力块12上的不同位置的穿孔13进行调节，将金属网1固定后启动固定施力结构上的液压缸对金属网1进行施压，同时驱动各个支撑柱5滑动，滑动的过程中驱动支撑柱5上的液压缸对金属网1进行施压，可以选择任意数量的支撑柱5上的液压缸进行动作，需要注意的是必须保证有支撑柱5上的液压缸进行动作，因此应驱动至少一个支撑柱5上的液压缸施压金属网，模拟金属网1现场承受的不确定的动力扰动。

在测试金属网力学性能的装置其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，齿条与支撑筒的滑动配合方式可以是这样，支撑筒内设置有相对的滑动轨道，每个齿条远离齿轮的一侧咬合并滑动连接在滑动轨道上。

在测试金属网力学性能的装置其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，施力件为千斤顶，在其他实施例中，施力件还可以为电动推杆。

在测金属网力学性能的装置其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，限位结构为设置在固定板上的滑槽，此时，支撑柱朝向滑槽的一端的直径尺寸与滑槽相适配，支撑柱在滑槽内滑动。

在测金属网力学性能的装置其他实施例中，与实施例1不同的是，在本实施例中，进行实验时，可以选用钢筋托梁替代实施例1中的钢带进行试验，模拟现场的另一种使用钢筋托梁的实际情况，在其他实施例中，还可以取消钢带的安装，具体根据现场的实际情况进行调整。

本发明测试金属网力学性能的方法的实施例1：

一种测试金属网力学性能的方法，基于上述实施例中任意一项的测试金属网力学性能的装置，包括：首先将金属网1放置在固定框架2的一个外侧壁上，根据锚杆的实际距离选择承力块12上的不同穿孔13以将金属网1固定在固定框架2上；然后将金属网1连接外部的数据采集组件；之后启动固定施力结构上的施力件4对金属网1进行施力，同时启动至少一个分散施力部中的施力件4动作；转动传动杆6，驱动分散施力部中的支撑柱5滑动以改变施力位置，以对金属网1进行动力扰动；间隔设定时间观察记录数据采集组件的示数直至金属网1破损。

通过使用该方法测试硐室支护金属网的力学性能，可以获取更加准确的金属网力学性能的参数值，从而为金属网的研究、设计提供了更加接近现实使用状况的数据支撑。

可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测试金属网力学性能的装置，包括固定结构，用于固定金属网(1)；还包括施力组件，用于对金属网(1)进行施力以模拟金属网(1)的受力状态；其特征在于，所述固定结构包括长方体形状的固定框架(2)，固定框架(2)的一个侧壁用于固定金属网(1)，所述施力组件设置在固定框架(2)内部且安装在与固定金属网(1)的侧壁相对的另一个侧壁上；所述施力组件包括固定施力结构与活动施力结构，所述固定施力结构设置在固定框架(2)的侧壁中部，用于对金属网(1)施加固定位置的加载力，所述活动施力结构包括多个分散施力部，多个所述分散施力部围绕固定施力结构布置并可与固定框架(2)滑动配合以变化位置对金属网(1)进行施力，用于模拟金属网(1)经受的动力扰动。

2.根据权利要求1所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，所述固定施力结构包括支撑筒(3)，支撑筒(3)垂直于固定框架(2)的侧壁设置，并且支撑筒(3)与固定框架(2)固定连接，所述支撑筒(3)朝向金属网(1)的一端设置有可直线往复运动的施力件(4)，用于对金属网(1)中部进行施力。

3.根据权利要求2所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，分散施力部包括支撑柱(5)，所述支撑柱(5)远离金属网(1)的一端与固定框架(2)滑动配合，另一端上同样设置有可直线往复运动的施力件(4)，用于对金属网(1)进行施力；所述分散施力部还包括驱动机构，用于驱动支撑柱(5)滑动。

4.根据权利要求3所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，所述驱动机构包括设置在支撑筒(3)内、与固定框架(2)转动配合的传动杆(6)，所述传动杆(6)上设置有沿轴向依次布置的多组传动结构，每组所述传动结构用于同时驱动其中两个所述的支撑柱(5)同步远离或靠近传动杆(6)滑动。

5.根据权利要求4所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，每组所述传动结构均包括传动齿轮(7)，所述传动齿轮(7)与传动杆(6)固定连接，所述传动齿轮(7)两侧分别设置有一个关于传动杆(6)中心对称设置、并与传动齿轮(7)啮合传动的齿条(8)，所述齿条(8)与支撑筒(3)滑动配合，每个所述的齿条(8)伸末端固定连接一个所述的支撑柱(5)。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，所述固定框架(2)上设置有限位结构(9)，所述限位结构(9)与支撑柱(5)滑动配合，用于限定支撑柱(5)的滑动轨迹。

7.根据权利要求6所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，所述固定框架(2)安装施力组件的一侧设置有固定板(10)，所述限位结构(9)为设置在固定板(10)上的滑轨，所述支撑柱(5)顶部设置有相应的滑槽与滑轨相适配。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，所述固定框架(2)用于固定金属网(1)的一侧上设置有纵横交错布置的多根支撑杆(11)，多个所述支撑杆(11)将金属网(1)划分为多个受力区域，所述支撑杆(11)的交接处设置有承力块(12)，用于安装用于固定金属网(1)的固定件。

9.根据权利要求8所述的测试金属网力学性能的装置，其特征在于，每个所述承力块(12)上设置有多个穿孔(13)，以使任意相邻两个所述承力块(12)上的穿孔(13)之间具有多种不同的距离规格。

10.一种测试金属网力学性能的方法，其特征在于，基于上述权利要求1-9任意一项所述的测试金属网力学性能的装置，包括：

将金属网(1)放置在固定框架(2)的一个外侧壁上，根据锚杆的实际距离选择承力块(12)上的不同穿孔(13)以将金属网(1)固定在固定框架(2)上；

将金属网(1)连接测试组件；

启动固定施力结构上的施力件(4)对金属网(1)进行施力，同时启动至少一个分散施力部中的施力件(4)动作；

转动传动杆(6)，驱动分散施力部中的支撑柱(5)滑动以改变施力位置，以对金属网(1)进行动力扰动；

间隔设定时间观察记录测试组件的示数直至金属网(1)破损。