PL226879B1

PL226879B1 - Method for measuring the anchor loading and the dynamometric anchor washer

Info

Publication number: PL226879B1
Application number: PL408815A
Authority: PL
Inventors: Waldemar Korzeniowski; Krzysztof Skrzypkowski; Łukasz Herezy; Marek Kulik; Krzysztof Zagórski
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2017-09-29
Also published as: PL408815A1

Abstract

Sposób pomiaru obciążenia kotwy, polega na pomiarze przyrostu obciążenia osiowego żerdzi kotwowej za pośrednictwem dynamometrycznej podkładki kotwowej. Na żerdzi kotwowej pomiędzy wewnętrzną powierzchnią wyrobiska a końcówką kotwy od strony wyrobiska umieszcza się dynamometryczną podkładkę kotwową, złożoną z dwóch cylindrów (1, 2), które przesuwają się względem siebie. Na wewnętrznym cylindrze (2) umieszcza się pierścienie pomiarowe (4), mogące przesuwać się wskutek działania siły rozciągającej żerdź kotwową. Grubość każdego pierścienia pomiarowego dobiera się do charakterystyki obciążeniowo - odkształceniowej elementu sprężystego, rozpierającego cylindry. Wizualnie określa się odpadnięte pierścienie i liczbie oraz grubości tych pierścieni pomiarowych przyporządkowuje się wartości mierzonego obciążenia. Dynamometryczna podkładka kotwowa jest złożona z pary cylindrów, zewnętrznego (1) i wewnętrznego (2), skierowanych wklęsłymi stronami do siebie i mogących nasuwać się swobodnie na siebie. Zawiera, co najmniej jeden element sprężysty (3), stawiający opór dla nasuwających się cylindrów. Na wewnętrznym cylindrze, poniżej krawędzi zewnętrznego cylindra, ściśle nasunięte są pierścienie pomiarowe (4). Wielkość skoku (Hc) cylindra zewnętrznego względem wewnętrznego podczas nasuwania cylindrów względem siebie jest nie mniejsza niż sumaryczna grubość (Hp) pierścieni pomiarowych. Oba cylindry oraz elementy sprężyste mają współosiowe centralnie usytuowane otwory (5).The method of measuring the anchor load consists in measuring the increase in the axial load of the anchor rod using a dynamometric anchor washer. A dynamometric anchor pad consisting of two cylinders (1, 2) that move relative to each other is placed on the anchor rod between the inner surface of the excavation and the end of the anchor on the excavation side. Measuring rings (4) are placed on the inner cylinder (2), which can move due to the tensile force of the anchor rod. The thickness of each measuring ring is selected according to the load-deformation characteristics of the elastic element expanding the cylinders. The fallen rings are visually determined and the number and thickness of these measuring rings are assigned the value of the measured load. The dynamometric anchor pad is composed of a pair of cylinders, the outer (1) and the inner (2), with their concave sides facing each other and can slide freely onto each other. It contains at least one elastic element (3) providing resistance to the sliding cylinders. Measuring rings (4) are tightly fitted on the inner cylinder, below the edge of the outer cylinder. The stroke size (Hc) of the outer cylinder relative to the inner one when sliding the cylinders against each other is not less than the total thickness (Hp) of the measuring rings. Both cylinders and spring elements have coaxial, centrally located holes (5).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru obciążenia kotwy oraz dynamometryczna podkładka kotwowa służąca do pomiaru obciążenia osiowego kotwy. Wynalazek przeznaczony jest do oceny jakości pracy obudowy kotwowej, a zatem oceny zachowania się górotworu wokół wyrobisk i skuteczności jego zabezpieczenia.The subject of the invention is a method of measuring the anchor load and a dynamometric anchor washer for measuring the axial load of the anchor. The invention is intended to assess the quality of the work of the bolt support, and therefore to assess the behavior of the rock mass around workings and the effectiveness of its protection.

Znany jest z dokumentu patentowego PL 174832 B1 Element kontrolny naprężenia śrub kotwowych. Element ten można włożyć jak podkładkę między nakrętkę gwintowaną i mocowany przedmiot. Element kontrolny naprężenia składa się z pierścienia naciskowego i pierścienia rozszerzalnego. Podczas dokręcania elementu gwintowanego przewidzianego do mocowania, występujące przy tym osiowe naprężenie powoduje rozpychanie pierścienia rozszerzalnego przez pierścień naciskowy, aż nakrętka przylgnie do pierścienia. W takiej pozycji końcowej uzyskuje się potrzebne naprężenie uwarunkowane konstrukcją elementu kontrolnego naprężenia. Przyleganie nakrętki do pierścienia rozszerzalnego można sprawdzić wzrokowo, co pozwala kontrolować naprężenie bezpośrednio.A control element for tensioning anchor bolts is known from the patent document PL 174832 B1. This item can be inserted like a washer between the threaded nut and the fixture. The tension control element consists of a pressure ring and an expansion ring. When tightening the threaded element to be fastened, the resulting axial stress causes the swellable ring to be forced against the pressure ring until the nut rests against the ring. In such an end position, the necessary stress is achieved due to the design of the tension control element. The tightness of the nut on the swivel ring can be checked visually and the tension can be controlled directly.

Badanie obciążenia obudowy kotwowej, może też być wykonywane z zastosowaniem sprężyn talerzowych w znanym dynamometrze sprężynowym typu DSzP-8. Pod wpływem obciążenia, następuje ściśnięcie sprężyn, które jest sygnalizowane wychyleniem wskazówki na czujniku zegarowym.The load test of the anchor housing can also be performed with the use of disc springs in a known DSzP-8 spring dynamometer. Under load, the springs are compressed, which is indicated by a deflection of the pointer on the dial gauge.

W innym, podobnym rozwiązaniu sprężyny talerzowe są ograniczone dwoma płaskimi podkładkami oporowymi. Podkładka od strony wyrobiska posiada otwór, w którym znajduje się nagwintowana tuleja, a wewnątrz sworzeń, który przesuwa się wzdłuż tulei. Sworzeń jest dłuższy od tulei. W górnej wewnętrznej części tulei znajduje się zwój nawinięty na sworzeń. Pierwszy zewnętrzny odcinek sworznia, wystający poza nakrętkę jest pomalowany na czarno natomiast drugi schowany w nakrętce, jest pomalowany na czerwono. Podczas instalacji obudowy kotwowej, nadawany jest naciąg wstępny, do momentu wysunięcia się sworznia z częścią zaznaczoną na czarno. Pod wpływem obciążenia, następuje ściskanie sprężyn talerzowych, oraz wysuw sworznia z tulei pomiarowej. Identyfikacja obciążenia jest wnioskowana na podstawie pojawienia się, wysunięcia sworznia z czerwonym odcinkiem. Znając skok gwintu nakrętki oraz liczbę obrotów potrzebnych do ustalenia poziomu między zakresem czerwonym a czarnym na sworzniu pomiarowym, można jakościowo oszacować obciążenie.In another similar design, the cup springs are limited by two flat thrust washers. On the side of the excavation, the washer has a hole with a threaded sleeve, and inside a pin that slides along the sleeve. The pin is longer than the sleeve. In the upper inner part of the sleeve there is a coil wound on a pin. The first outer section of the pin extending beyond the nut is painted black, while the second, hidden in the nut, is painted red. During installation of the anchor housing, preload is applied until the pin with the part marked in black comes out. Under load, the disc springs are compressed and the pin is pulled out of the measuring sleeve. The load identification is inferred from the appearance of the pin with the red section. By knowing the pitch of the nut thread and the number of turns needed to establish the level between the red and black ranges on the gauge pin, a qualitative estimate of the load is possible.

Jednym z rozwiązań badania obciążenia obudowy kotwowej jest czujnik, który został opracowany przez firmę „Ischebeck Titan”. Czujnik ma kształt tulei, która ulega upodatnieniu, zagnieceniu pod wpływem obciążenia. Cechą charakterystyczną tulei jest zmienna geometria trzech ścianek wzdłuż całej długości. Na podstawie zagniecionych stref upodatniających w tulei, obserwator kwalifikuje obciążenie działające na obudowę kotwową.One of the solutions for testing the load of the anchor housing is the sensor, which was developed by the "Ischebeck Titan" company. The sensor has the shape of a sleeve which is deformed and crushed under load. A characteristic feature of the sleeve is the variable geometry of the three walls along the entire length. On the basis of the compressing zones in the sleeve, the observer qualifies the load acting on the anchor housing.

Współczesnym przykładem czujnika do pomiaru obciążenia obudowy kotwowej rozprężnej, jest specjalny łącznik wkręcany na żerdź kotwową od strony wyrobiska opisany w patencie: US 2012/0227507 A1. Przykładowy łącznik o średnicy 31 mm przystosowany jest do żerdzi o średnicy 16 mm lub 19 mm. Wewnątrz łącznika znajdują się tensometryczne czujniki oporowe. Znając moduł Younga stali z jakiej został wykonany łącznik, przekrój poprzeczny oraz odkształcenie mierzone za pomocą tensometrów, można obliczyć osiową siłę rozciągającą jaka działa na obudowę kotwową.A modern example of a sensor for measuring the load of an expansion bolt casing is a special connector screwed onto the rock bolt from the excavation side, described in the patent: US 2012/0227507 A1. An exemplary connector with a diameter of 31 mm is adapted to a pole with a diameter of 16 mm or 19 mm. Inside the connector there are strain gauge resistance sensors. Knowing the Young's modulus of the steel the connector is made of, the cross-section and the strain measured by strain gauges, it is possible to calculate the axial tensile force acting on the anchor housing.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US5185595 A1 ujawniony został kotwowy zestaw monitorujący, składający się z układu sprężyn stożkowych ściskanych pomiędzy dwiema nasuwkami lub podkładkami. Przemieszczenie ich proporcjonalne, do wielkości siły obciążającej kotew, jest mierzone i odczytywane bezpośrednio na skali oznaczonej na dodatkowym trzpieniu przesuwającym się w tulei, nasuwce obserwowanej poprzez otwór lub za pomocą diody elektroluminescencyjnej (LED).In US patent application US5185595 A1, an anchor monitoring assembly is disclosed, consisting of an array of conical springs compressed between two sleeves or washers. Their displacement, proportional to the magnitude of the force loading the anchors, is measured and read directly on the scale marked on the additional pin moving in the sleeve, the sleeve observed through the hole or by means of a light-emitting diode (LED).

Istotą sposobu pomiaru wielkości obciążenia kotwy, polegającego na pomiarze przyrostu obciążenia, osiowego żerdzi kotwowej jest to, że na żerdzi kotwowej pomiędzy wewnętrzną powierzchnią wyrobiska a końcówką kotwy od strony wyrobiska umieszcza się dynamometryczną podkładkę kotwową, według wynalazku. Jest ona złożona z dwóch cylindrów, które przesuwają się względem siebie wskutek działania, na nie i na umieszczony wewnątrz element lub elementy sprężyste, obciążenia od strony górotworu i wynikającego z tego faktu przyrostu siły. Na wewnętrznym cylindrze umieszcza się pierścienie pomiarowe z zastosowaniem pasowania uniemożliwiającego samoistne ich przesuwanie, a mogące przesuwać się wskutek działania obciążenia kotwy, które odpowiada obciążeniu osiowemu kotwy. Grubość każdego pierścienia pomiarowego dobiera się do charakterystyki obciążeniowoodkształceniowej elementu sprężystego. Po wystąpieniu zsuwania lub zsunięcia i odpadnięcia pierścieni pomiarowych określa się wizualnie odpadnięte pierścienie i liczbie oraz grubości tych pierścieni pomiarowych przyporządkowuje się wartości mierzonej siły.The essence of the method of measuring the magnitude of the load on the anchor, consisting in the measurement of the axial load increment of the rock bolt, is that a dynamometric anchor washer, according to the invention, is placed on the rock bolt between the inner surface of the excavation and the end of the anchor from the excavation side. It is composed of two cylinders, which move in relation to each other as a result of the action on them and on the elastic element or elements arranged inside, loads from the side of the rock mass and the resulting increase in force. Measurement rings are placed on the inner cylinder with the use of a fit that prevents their spontaneous displacement, and that can shift due to the action of the anchor load, which corresponds to the axial load of the anchor. The thickness of each measuring ring is selected according to the load-strain characteristics of the elastic element. After slippage or slip-off and drop-off of the measuring rings have occurred, the dropped rings are visually determined and the numbers and thicknesses of these measuring rings are assigned the values of the measured force.

PL 226 879 B1PL 226 879 B1

Dynamometryczna podkładka kotwowa, według wynalazku, złożona jest z pary cylindrów, zewnętrznego o większej średnicy i wewnętrznego o mniejszej, Cylindry skierowane są wklęsłymi stronami do siebie i mogą nasuwać się swobodnie na siebie. Podkładka zawiera co najmniej jeden element sprężysty stawiający opór dla nasuwających się cylindrów. Podkładka ta ma w obu cylindrach oraz elemencie lub elementach sprężystych współosiowe, centralnie usytuowane otwory.The dynamometric anchor washer according to the invention is composed of a pair of cylinders, the outer with a larger diameter and the inner with a smaller diameter. The cylinders have their concave sides facing each other and are free to slide over one another. The washer comprises at least one spring element to resist advancing cylinders. This washer has in both cylinders and the spring element or elements coaxial, centrally located holes.

Istotą rozwiązania tego urządzenia jest to, że na wewnętrznym cylindrze, poniżej krawędzi zewnętrznego cylindra, ściśle nasunięte są pierścienie pomiarowe. Pierścienie te umieszczone są na cylindrze przy zastosowaniu pasowania uniemożliwiającego samoistne ich przesuwanie, natomiast mogące przesuwać się wskutek działania siły ściskającej cylindry. Wielkość skoku cylindra zewnętrznego względem wewnętrznego podczas nasuwania cylindrów na siebie jest nie mniejsza niż sumaryczna grubość pierścieni pomiarowych.The essence of the solution of this device is that on the inner cylinder, below the edge of the outer cylinder, measuring rings are tightly slipped. These rings are placed on the cylinder with the use of a fit that prevents their spontaneous displacement, while they can shift due to the compression force of the cylinders. The stroke size of the outer cylinder relative to the inner cylinder when sliding the cylinders over one another is not less than the total thickness of the measuring rings.

Korzystnie jest jeśli co najmniej jeden ściskany element sprężysty jest usytuowany pomiędzy cylindrami.Preferably, at least one compression spring element is located between the cylinders.

Korzystnie też gdy elementem tym jest co najmniej jedna sprężyna talerzowa.Preferably, the element is also at least one cup spring.

Korzystne jest wykonanie w obu cylindrach współosiowych otworów usytuowanych w dnach, poza otworami centrycznymi. Otwory te służą do przymocowania podkładki i zabezpieczenia przed jej spadnięciem z kotwy wskutek ewentualnego jej uszkodzenia.It is advantageous to make coaxial holes in the bottoms, apart from the centric holes, in both cylinders. These holes are used to attach the washer and prevent it from falling off the anchor as a result of its possible damage.

Podkładka, według wynalazku, nakładana jest na kotwę i dokręcana nakrętką lub w inny sposób blokowana na końcówce kotwy od strony wyrobiska. Cylinder zewnętrzny i wewnętrzny mają możliwość przesuwania się względem siebie wskutek działania siły ściskającej wywieranej na element lub elementy sprężyste, a wynikającej z przyrostu obciążenia osiowego kotwy wyposażonej w taką podkładkę i zainstalowanej w górotworze. Powoduje to odpowiednie zsuwanie, lub zsuwanie i odpadanie, pierścieni pomiarowych umieszczonych na cylindrze wewnętrznym. Liczbie oraz grubości pierścieni pomiarowych przyporządkowane są wartości działającej siły.The washer, according to the invention, is put on the anchor and tightened with a nut or otherwise blocked on the end of the anchor from the side of the excavation. The outer and inner cylinders are able to shift relative to each other due to the action of the compressive force exerted on the spring element or elements, resulting from the increase in the axial load of the anchor equipped with such a washer and installed in the rock mass. This results in a proper sliding, or sliding and falling, of the measuring rings located on the inner cylinder. The number and thickness of the measuring rings are assigned to the values of the acting force.

Rozwiązanie, według wynalazku, umożliwia zdalne, wizualne określenie tej siły bez konieczności zastosowania dodatkowego urządzenia pomiarowego.The solution according to the invention enables a remote, visual determination of this force without the need to use an additional measuring device.

Podkładka, według rozwiązania, może spełniać rolę i wymagania stawiane typowym podkładkom kotwowym w technologii wzmacniania górotworu lub w innych zastosowaniach.The washer, according to the solution, can fulfill the role and requirements of typical anchor washers in the rock mass strengthening technology or in other applications.

Szczególną zaletą jest prosta budowa podkładki i prosty sposób pomiaru w każdych warunkach środowiskowych.A particular advantage is the simple structure of the spacer and a simple method of measuring in all environmental conditions.

Przedmiot wynalazku objaśniono na pokazanym na rysunku przykładowym rozwiązaniu. Rysunek jest poprzecznym przekrojem dynamometrycznej podkładki kotwowej.The subject of the invention is explained in an exemplary solution shown in the drawing. The drawing is a cross section of a dynamometric tie bar.

Przykładowa podkładka dostosowana do żerdzi kotwowej typu RS-2N jest złożona z pary cylindrów, zewnętrznego 1 i wewnętrznego 2. Cylindry mają średnicę około 170 mm i wysokość około 50 mm, są skierowane wklęsłymi stronami do siebie i mogą przesuwać się swobodnie względem siebie. Pomiędzy cylindrami usytuowany jest element sprężysty 3. Zastosowano parę sprężyn talerzowych ST 150x81x6, według normy DIN 2093. Na zewnętrznej ścianie cylindra wewnętrznego 2, poniżej krawędzi cylindra zewnętrznego 1 nasunięte są pierścienie pomiarowe 4. Zastosowano cztery pierścienie pomiarowe wykonane ze stali stopowej gatunek 45. Grubość każdego pierścienia pomiarowego dobrano do charakterystyki obciążeniowo-odkształceniowej użytych sprężyn talerzowych. Przy nakładaniu pierścieni na cylinder zastosowane zostało pasowanie uniemożliwiające samoistne ich przesuwanie. W efekcie tego pierścienie mogą przesuwać się tylko wskutek działania siły o znanej wartości, przenoszonej za pośrednictwem cylindra o większej średnicy. Wielkość skoku Hc cylindra zewnętrznego względem wewnętrznego podczas nasuwania cylindrów względem siebie jest równa sumarycznej grubości Hp pierścieni pomiarowych i wynosi około 10 mm.An exemplary washer adapted to a rock bolt type RS-2N is composed of a pair of cylinders, outer 1 and inner 2. The cylinders are approximately 170 mm in diameter and approximately 50 mm in height, have their concave sides facing each other and are free to slide relative to each other. An elastic element 3 is located between the cylinders. A pair of disc springs ST 150x81x6, according to DIN 2093, were used. On the outer wall of the inner cylinder 2, below the edge of the outer cylinder 1, measuring rings 4 are slipped. Four measuring rings made of alloy steel, grade 45, were used. Each measuring ring was selected according to the load-strain characteristics of the disc springs used. When placing the rings on the cylinder, a fit was applied to prevent their spontaneous displacement. As a result, the rings can only shift as a result of a known force transmitted through the larger diameter cylinder. The stroke size Hc of the outer cylinder relative to the inner cylinder when sliding the cylinders relative to each other is equal to the total thickness Hp of the measuring rings and amounts to approximately 10 mm.

Obydwa cylindry oraz element sprężysty mają współosiowe, centralnie usytuowane otwory 5 o średnicy odpowiadającej wykorzystywanej żerdzi kotwowej. Ponadto mają wykonane współosiowe otwory zabezpieczające 6 usytuowane w dnach cylindrów, poza otworem centrycznym. Przez te otwory za pomocą linki podkładka zabezpieczana jest przed spadnięciem z kotwy wskutek ewentualnego jej uszkodzenia.Both cylinders and the spring element have coaxial, centrally located holes 5 with a diameter corresponding to the rock bolt used. Moreover, they are provided with coaxial securing holes 6 situated in the bottom of the cylinders, outside the central hole. Through these holes, with the help of a rope, the washer is secured against falling off the anchor due to possible damage.

Claims

Patent claims

1. The method of measuring the anchor load, which consists in measuring the increase in the axial load of the rock bolt, characterized in that on the rock bolt, between the inner surface of the rock bolt

After the end of the excavation and the end of the anchor from the side of the excavation, a dynamometric anchor washer is placed, consisting of two cylinders (1; 2), which move relative to each other due to the action of the anchor load exerted on the compressed element or elastic elements (3), whereby the measuring rings (4) are placed on the inner cylinder (2) with the use of a fit that prevents their spontaneous displacement, and which may shift due to the loading force of the anchors, while the thickness of each measuring ring is adjusted to the load-deformation characteristics of the elastic element or elements, and after slippage or slip-off and fall-off of the measuring rings, the fall-off rings are visually determined and the numbers and thicknesses of these measuring rings are assigned the values of the measured load.

2.A dynamometric anchor washer, consisting of a pair of cylinders, outer and inner, with the concave sides facing each other and able to slide freely on one another, containing at least one spring element resisting advancing cylinders, having in both cylinders and a spring element or elements coaxial, centrally located holes, characterized in that on the inner cylinder, below the edge of the outer cylinder, the measuring rings (4) are closely slid, which measuring rings (4) are placed on the cylinder with a fit that prevents their spontaneous movement, but can slide due to the compressing force of the cylinders, the stroke size (Hc) of the outer cylinder (1) in relation to the inner cylinder (2) when sliding the cylinders relative to each other is not less than the total thickness (Hp) of the measuring rings.

3. A dynamometric anchor washer according to claim 1; The device of Claim 2, characterized in that at least one compression spring element (3) is positioned between the cylinders.

4. A dynamometric anchor washer according to claim 1; Device according to claim 2, characterized in that the elastic element (3) is formed by at least one cup spring.

5. A dynamometric anchor washer according to claim 1; A device according to claim 2, characterized in that both cylinders are provided with securing holes (6) located in the cylinder bottoms beyond the centric holes (5).