一种锚杆冲击力学特性测试装置

1.本实用新型涉及锚杆力学性能研究技术领域，特别是涉及一种锚杆冲击力学特性测试装置。


背景技术：

2.锚杆支护作为维护地下岩石工程安全稳定性的重要技术之一，具有成本低、锚固效果好、便于施工等优点；近年来锚杆支护理论及试验研究取得了较大进展。随着我国煤炭矿井开采深度逐渐增加，深部矿井巷道往往面临着冲击地压等动力灾害，对矿井人员和设备安全造成严重威胁，同时也对巷道锚杆支护带来极大挑战，锚杆在冲击载荷作用下的力学特性及支护能力成为岩石工程支护控制领域的研究热点；现有的锚杆冲击力学性能测试装置大多利用落锤自由下落并通过改变落锤的自重和高度来提供冲击能冲击锚杆的方式，由于落锤的自重可调节范围及升降高度有限，导致所能提供的冲击能范围有限；当锚杆承受力不在落锤所能提供冲击能范围时，则无法测量到锚杆的最大承受力。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种锚杆冲击力学特性测试装置，以解决上述现有技术存在的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种锚杆冲击力学特性测试装置，包括液压加载机构、数据采集系统、控制处理器和反力架，所述液压加载机构用于对锚杆施加作用力，所述数据采集系统用于采集所述锚杆测试时所受到的应力，所述液压加载机构和所述数据采集系统均与所述控制处理器电性连接，所述液压加载机构固定设置在所述反力架上；所述锚杆的两端均可拆卸连接有锁紧组件，所述锚杆通过所述锁紧组件与所述液压加载机构可拆卸连接；所述液压加载机构上设置有冲击配重块，所述冲击配重块套设在所述锚杆上并与所述锚杆间隙配合。
5.优选的，所述液压加载机构包括固定连接在所述反力架顶部的试验平台，所述试验平台的底端固定连接有若干个液压缸，所述液压缸的底端固定连接有承载台，所述试验平台和所述承载台上均开设有锚杆安装孔，所述锚杆的两端分别设置于两所述锚杆安装孔中；所述试验平台的外侧设置有液压控制系统，所述液压控制系统与所述控制处理器电性连接，所述液压控制系统的输出端固定连通有第二油管，所述第二油管上固定连通有若干个第一油管，所述第一油管与所述液压缸相连通。
6.优选的，所述液压缸与所述承载台之间设置有弹簧，所述弹簧的两端分别与所述液压缸和所述承载台固定连接。
7.优选的，所述试验平台底端固定连接有电磁铁，所述电磁铁与所述冲击配重块吸附固定；所述试验平台外侧设置有电磁控制器，所述电磁铁与所述电磁控制器电性连接，所述电磁控制器与所述控制处理器电性连接。
8.优选的，所述锁紧组件包括螺母和托盘，两所述锁紧组件的所述螺母分别螺纹套
设在所述锚杆的两端，两所述托盘均设置于两所述螺母之间，所述托盘与所述锚杆螺纹连接；位于所述锚杆顶端的所述托盘与所述试验平台的顶端抵接，位于所述锚杆底端的所述托盘与所述承载台的底端抵接，所述螺母与所述托盘抵接。
9.优选的，所述数据采集系统包括应变传感器、压力传感器和数据采集器，所述应变传感器可拆卸连接在所述锚杆外壁上，所述压力传感器设置在所述承载台和所述承载台下方的所述托盘之间；所述数据采集器位于所述反力架的外侧，所述应变传感器、所述压力传感器均与所述数据采集器电性连接，所述数据采集器与所述控制处理器电性连接。
10.优选的，所述控制处理器为计算机。
11.优选的，所述冲击配重块为套设在所述锚杆上的若干个铁饼。
12.本实用新型公开了以下技术效果：通过锚杆两端可拆卸连接的锁紧组件，可快速实现对锚杆的连接固定；通过在反力架上设置的液压加载机构并将液压加载机构与控制处理器电性连接，可通过控制处理器控制液压加载机构提前对锚杆施加作用力，不仅可以减小冲击配重块的质量和冲击高度，还可更加容易测试出锚杆的最大承受力；通过设置的数据采集系统可实现对锚杆受到的应力进行实时监测与收集，并将收集到的应力转换为信号传递给控制处理器进行分析处理。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
14.图1为本实用新型锚杆冲击力学特性测试装置的结构示意图。
15.其中，1、锚杆，2、螺母，3、托盘，4、反力架，5、电磁铁，6、试验平台，7、液压缸，8、冲击配重块，9、第一油管，10、应变传感器，11、弹簧，12、压力传感器，13、承载台，14、电磁控制器，15、数据采集器，16、第二油管，17、液压控制系统，18、计算机。
具体实施方式
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
18.本实用新型提供一种锚杆冲击力学特性测试装置，包括液压加载机构、数据采集系统、控制处理器和反力架4，液压加载机构用于对锚杆1施加作用力，数据采集系统用于采集锚杆1测试时所受到的应力，液压加载机构和数据采集系统均与控制处理器电性连接，控制处理器为计算机18，用于对液压加载机构、数据采集系统进行控制与分析处理，液压加载机构固定设置在反力架4上；锚杆1的两端均可拆卸连接有锁紧组件，锚杆1通过锁紧组件与液压加载机构可拆卸连接；液压加载机构上设置有冲击配重块8，冲击配重块8为若干个铁
饼，冲击配重块8套设在锚杆1上并与锚杆1间隙配合。
19.进一步的，为了实现对锚杆提前施加作用力的效果，液压加载机构包括固定连接在反力架4顶部的试验平台6，试验平台6的底端固定连接有若干个液压缸7，液压缸7的底端固定连接有承载台13，试验平台6和承载台13上均开设有锚杆安装孔，锚杆1的两端分别设置于两锚杆安装孔中；试验平台6的外侧设置有液压控制系统17，液压控制系统17与计算机18电性连接，液压控制系统17的输出端固定连通有第二油管16，第二油管16上固定连通有若干个第一油管9，第一油管9与液压缸7相连通。
20.进一步的，为了实现避免承载台13受到冲击力时，承载台13与锚杆1发生相对移动的效果，液压缸7与承载台13之间设置有弹簧11，弹簧11的两端分别与液压缸7和承载台13固定连接。
21.进一步的，为了实现冲击配重块8自动吸附固定与自由下落的效果，试验平台6底端固定连接有电磁铁5，电磁铁5与冲击配重块8吸附固定；试验平台6外侧设置有电磁控制器14，电磁铁5与电磁控制器14电性连接，电磁控制器14与计算机18电性连接。
22.进一步的，为了实现锚杆1快速连接固定的效果，锁紧组件包括螺母2和托盘3，两锁紧组件的螺母2分别螺纹套设在锚杆1的两端，两托盘3均设置于两螺母2之间，托盘3与锚杆1螺纹连接；位于锚杆1顶端的托盘3与试验平台6的顶端抵接，位于锚杆1底端的托盘3与承载台13的底端抵接，螺母2与托盘3抵接。
23.进一步的，为了实现对锚杆1受到的应力进行采集和分析处理的效果，数据采集系统包括应变传感器10、压力传感器12和数据采集器15，应变传感器10可拆卸连接在锚杆1外壁上，优选为将应变传感器10安装在锚杆1轴线方向的中心处，压力传感器12设置在承载台13和承载台13下方的托盘3之间；数据采集器15位于反力架4的外侧，应变传感器10、压力传感器12均与数据采集器15电性连接，数据采集器15与计算机18电性连接。
24.本实用新型提供的锚杆冲击力学特性测试装置，试验原理如下：
25.已知试验平台6与承载台13之间的高度为h，冲击配重块8的质量为m，由冲击配重块8做自由落体运动可得出：
26.v2＝2gh
ꢀꢀ
(1)
[0027][0028]
其中，g为重力加速度；
[0029]
则由(1)式得出冲击配重块8到达承载台13时的速度v为：
[0030][0031]
由(2)式得出冲击配重块8下落的时间t为：
[0032][0033]
冲击力f计算公式为：
[0034]
ft＝mv
ꢀꢀ
(3)
[0035]
由(3)式得出冲击配重块8下落产生的冲击力f为：
[0036][0037]
本实用新型提供的锚杆冲击力学特性测试装置的工作过程如下：
[0038]
在开始对锚杆1进行冲击力测试前，选择合适的冲击配重块8并将其放置在承载台13上，将待测试的锚杆1依次穿过试验平台6和承载台13上开设的锚杆安装孔中，随后采用托盘3及螺母2分别将锚杆1的两端进行固定连接；连接完成后，将应变传感器10安装在锚杆1轴线方向的中心处，将压力传感器12安装在承载台13与锚杆1底端的托盘3之间，然后将数据采集器15上的传输线分别与应变传感器10、压力传感器12及计算机18相连；连接完成后，通过计算机18调节液压缸7的参数，对锚杆1施加一个轴向应力荷载；荷载施加完成后，通过计算机18开启电磁控制器14上的开关，电磁铁5通电后将冲击配重块8吸附到电磁铁5的底端，随后通过计算机18关闭电磁控制器14上的开关，电磁铁5断电，冲击配重块8开始做自由落体运动，最终撞击在承载台13上；数据采集器15将应变传感器10和压力传感器12监测到的信号进行采集并传输至计算机18进行数据分析。
[0039]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。
[0040]
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。