基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤的制作方法
本實用新型屬于錨固支護施工技術領域，尤其是涉及一種基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤。
背景技術：
礦山井巷工程、邊坡支護工程、基坑支護工程等施工過程中需大量使用各種形式的錨桿(或錨索)對開挖后的變形巖體、土體進行支護。錨桿(或錨索)支護系統(tǒng)中，托盤的作用至關重要，起傳遞錨桿(或錨索)荷載的作用。錨桿(或錨索)最佳的受力狀態(tài)是單向拉伸狀態(tài)，如果有其它方向的力作用于錨桿(或錨索)時將削弱錨桿(或錨索)的承載能力并極易導致斷裂。實際支護施工過程中，也常發(fā)生錨桿(或錨索)斷裂的現(xiàn)象，其斷裂的部位大都發(fā)生在尾部螺紋處，斷裂形式基本為拉剪作用的結(jié)果，造成這種現(xiàn)象的主要原因是托盤本身結(jié)構(gòu)存在許多致命的缺陷，在一定的安裝條件下將使錨桿(或錨索)尾部處于受剪狀態(tài)，從而導致錨桿(或錨索)斷裂。另外，由于圍巖變形包括一部分不可控的變形，支護構(gòu)件須具有讓壓功能以讓掉不可控的變形，而目前支護所用的托盤，如平板形托盤、鑄鐵托盤、蝶形托盤、M形托盤等的脆性都較大，當圍巖變形壓力大時易突然變形并出現(xiàn)卸載或斷裂，適應變形能力差，不具有讓壓性或讓壓能力差，與高強錨桿(或錨索)難以匹配。另外，現(xiàn)如今工程技術人員結(jié)合耦合支護原理一直致力于實現(xiàn)柔性支護，即讓支護材料具備一定讓壓功能，但要實現(xiàn)這一功能要使錨桿(或錨索)采用可變形結(jié)構(gòu)，不僅參數(shù)難以控制，并且成本高。因此，隨著錨固支護技術的發(fā)展，錨桿(或錨索)趨向于高強度和超高強度，要求相配套的托盤不僅要有較高的強度，并且還需具有較好的讓壓性能。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其結(jié)構(gòu)簡單、設計合理且使用操作簡便、使用效果好，能解決現(xiàn)有托盤存在的適應變形能力差、不具有讓壓性或讓壓能力差、難以與高強度的錨桿或錨索匹配使用等問題。
為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征在于：包括安裝在錨固裝置尾部的后托盤、位于后托盤前側(cè)的前托盤和多個均安裝在后托盤前側(cè)壁上的截錐螺旋壓縮彈簧，所述錨固裝置為錨桿或錨索，所述錨桿和所述錨索上均裝有錨具，所述后托盤位于錨具前側(cè)；所述后托盤和前托盤均套裝在錨桿或所述錨索上，后托盤和前托盤上均開有一個供錨桿或所述錨索安裝的安裝孔；多個所述截錐螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧均沿錨桿或所述錨索的長度方向進行布設，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧的外徑均由前至后逐漸增大；每個所述截錐螺旋壓縮彈簧的前端均支頂在前托盤的后側(cè)壁上，且每個所述截錐螺旋壓縮彈簧的后端均固定安裝在后托盤的前側(cè)壁上。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述截錐螺旋壓縮彈簧的數(shù)量不少于三個。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述錨具為對后托盤進行限位的限位件。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述后托盤和前托盤均為平板且二者呈平行布設，所述后托盤和前托盤均與錨桿或所述錨索呈垂直布設。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述后托盤和前托盤均為矩形。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述后托盤和前托盤均為正方形，所述后托盤的寬度B＝250mm～350mm，所述前托盤的寬度為后托盤寬度的1.2～1.5倍。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述截錐螺旋壓縮彈簧的數(shù)量為四個，四個所述截錐螺旋壓縮彈簧分別布設在一個正方形的四個頂點上，每個所述截錐螺旋壓縮彈簧中部與后托盤中心處的間距均為a，其中
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：多個所述截錐螺旋壓縮彈簧沿圓周方向均勻布設或呈梅花形布設。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述截錐螺旋壓縮彈簧的彈簧自由高度H0＝60mm～120mm。
上述基于截錐螺旋壓縮彈簧的讓壓托盤，其特征是：所述后托盤和前托盤均為鋼托盤，所述截錐螺旋壓縮彈簧后端焊接固定在后托盤的前側(cè)壁上。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：
1、結(jié)構(gòu)簡單且加工制作簡便，投入成本較低。
2、結(jié)構(gòu)設計合理，主要包括安裝在錨固裝置尾部的后托盤、位于后托盤前側(cè)的前托盤和多個均安裝在后托盤前側(cè)壁上的截錐螺旋壓縮彈簧，多個截錐螺旋壓縮彈簧均沿錨固裝置的長度方向進行布設且其均安裝于后托盤與前托盤之間。
3、安裝簡便、使用操作簡便且使用效果好，通過多個截錐螺旋壓縮彈簧與前后兩個托盤相配合實現(xiàn)讓壓，讓壓能力好、讓壓效果明顯且適應變形能力強，能夠很好控制支護體變形，能與高強錨桿匹配使用；同時，讓壓距離監(jiān)測簡便且易于控制，根據(jù)監(jiān)測到的讓壓距離能對巖體的實時力學參數(shù)變化規(guī)律進行判斷，以便進一步優(yōu)化支護形式，并提高支護工程質(zhì)量，降低施工成本，最大限度地發(fā)揮經(jīng)濟效益。
綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設計合理且使用操作簡便、使用效果好，能有效解決現(xiàn)有托盤存在的適應變形能力差、不具有讓壓性或讓壓能力差、難以與高強度的錨桿或錨索匹配使用等問題。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為本實用新型的使用狀態(tài)參考圖。
圖2為本實用新型后托盤與截錐螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型后托盤與截錐螺旋壓縮彈簧的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型截錐螺旋壓縮彈簧在后托盤上的安裝位置示意圖。
圖5為本實用新型截錐螺旋壓縮彈簧的特性曲線示意圖。
附圖標記說明:
1—后托盤；2—截錐螺旋壓縮彈簧；3—前托盤；
4—錨桿；5—錨具。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本實用新型包括安裝在錨固裝置尾部的后托盤1、位于后托盤1前側(cè)的前托盤3和多個均安裝在后托盤1前側(cè)壁上的截錐螺旋壓縮彈簧2，所述錨固裝置為錨桿4或錨索，所述錨桿4和所述錨索上均裝有錨具5，所述后托盤1位于錨具5前側(cè)；所述后托盤1和前托盤3均套裝在錨桿4或所述錨索上，后托盤1和前托盤3上均開有一個供錨桿4或所述錨索安裝的安裝孔6；多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2均沿錨桿4或所述錨索的長度方向進行布設，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2的外徑均由前至后逐漸增大；每個所述截錐螺旋壓縮彈簧2的前端均支頂在前托盤3的后側(cè)壁上，且每個所述截錐螺旋壓縮彈簧2的后端均固定安裝在后托盤1的前側(cè)壁上。
本實施例中，所述錨具5為對后托盤1進行限位的限位件。
并且，所述錨具5為鎖緊件且其以螺紋方式安裝在錨桿4或所述錨索上。
本實施例中，所述后托盤1和前托盤3均為平板且二者呈平行布設，所述后托盤1和前托盤3均與錨桿4或所述錨索呈垂直布設。
實際加工時，所述后托盤1和前托盤3均為矩形。
本實施例中，所述后托盤1和前托盤3均為正方形。
并且，所述后托盤1的寬度B＝250mm～350mm，所述前托盤3的寬度為后托盤1寬度的1.2～1.5倍。
本實施例中，所述后托盤1的寬度B＝300mm。實際加工過程中，可根據(jù)具體需要，對后托盤1和前托盤3的寬度與厚度分別進行相應調(diào)整。
實際安裝時，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2沿圓周方向均勻布設或呈梅花形布設。
本實施例中，如圖4所示，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2沿圓周方向均勻布設。實際使用過程中，多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2也可以呈梅花形進行布設，并且多個所述截錐螺旋壓縮彈簧2也可以呈星形等其它形狀進行布設。
實際使用時，所述截錐螺旋壓縮彈簧2的數(shù)量不少于三個。
本實施例中，所述截錐螺旋壓縮彈簧2的數(shù)量為四個。四個所述截錐螺旋壓縮彈簧2分別布設在一個正方形的四個頂點上，每個所述截錐螺旋壓縮彈簧2中部與后托盤1中心處的間距均為a，其中
實際使用過程中，可根據(jù)具體需要，對截錐螺旋壓縮彈簧2的數(shù)量進行相應調(diào)整。
本實施例中，所述后托盤1和前托盤3均為鋼托盤。所述截錐螺旋壓縮彈簧2后端焊接固定在后托盤1的前側(cè)壁上。
本實施例中，所述截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧自由高度H0＝60mm～120mm。
實際使用時，彈簧自由高度H0在滿足穩(wěn)定性要求的前提下，可根據(jù)工程地質(zhì)情況進行選擇。
本實施例中，所述截錐螺旋壓縮彈簧2為等節(jié)距截錐螺旋壓縮彈簧。
以下對截錐螺旋壓縮彈簧2的性能進行分析：
所述截錐螺旋壓縮彈簧2承受荷載時，在簧圈相互接觸前，力與變形符合胡克定律；當所受荷載逐漸增大時，彈簧圈從大圈開始出現(xiàn)并死(即并圈且卡死)，這一階段力與變形是非線性的。在與截錐螺旋壓縮彈簧2的中心線相垂直的后托盤1上的投影是一條阿基米德螺旋線。在相同物理參數(shù)情況下，所述等節(jié)距截錐螺旋壓縮彈簧的各項性能優(yōu)越于等螺旋升角截錐螺旋彈簧，因此本實用新型采用的截錐螺旋壓縮彈簧2，并且所采用的截錐螺旋壓縮彈簧2能滿足高強度、耐腐蝕等性能要求。
實際安裝時，所述截錐螺旋壓縮彈簧2焊接在后托盤1上。如圖5所示，當彈簧形變曲線(也稱為彈簧特性曲線)介于o～p段時，彈簧剛度相對于p～d段較低，當彈簧高度超過一定量后，會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，當截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧自由高度H0過高時，要對其進行徑向穩(wěn)定性校驗，徑向穩(wěn)定性包括彈性穩(wěn)定性和傾覆穩(wěn)定性兩方面，保證徑向彈性穩(wěn)定性應滿足的條件為：保證傾覆穩(wěn)定性的條件為：[F]≥Fmax(2)；公式(1)中，kq為截錐螺旋壓縮彈簧2的橫向剛度且其單位為N/mm，k為截錐螺旋壓縮彈簧2的徑向剛度且其單位為N/mm，x1為彈簧變形量且其單位為mm，H1為彈簧工作高度且其單位為mm；公式(2)中，[F]為彈簧許用負荷且其單位為N，F(xiàn)max為彈簧最大負荷且其單位為N；
當彈簧形變曲線介于p～d段時，彈簧大圈出現(xiàn)并死，隨著并死圈數(shù)增多，有效圈數(shù)相應減少，彈簧剛度逐漸增大，直至簧圈完全壓并。隨著所有彈簧圈被壓落在后托盤1上，彈簧的穩(wěn)定性逐漸增強。此階段不易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。
圖5中，x為截錐螺旋壓縮彈簧2的壓縮長度(也稱彈簧變形量或彈簧讓壓距離)，F(xiàn)為截錐螺旋壓縮彈簧2的彈性力(即讓壓值)。
另外，當彈簧形變曲線介于o～p段時，讓壓值可通過胡可彈簧定律計算：F＝nk·x(3)，公式(3)中F為負荷且其單位為N，x為彈簧讓壓距離且其單位為mm，n為后托盤1上截錐螺旋壓縮彈簧2的數(shù)量；
當彈簧形變曲線介于p～d段時，力與讓壓量的關系為非線性漸增型，p點的讓壓值為：d點的讓壓值為：公式(4)和公式(5)中，G為截錐螺旋壓縮彈簧2所用線材(即鋼絲)的剛性模數(shù)，d0為鋼絲直徑(即線徑)且其單位為mm，R1為截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧絲小端頭(即截錐螺旋壓縮彈簧2前端)的曲率半徑且其單位為mm，R2為截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧絲大端頭(即截錐螺旋壓縮彈簧2后端)的曲率半徑且其單位為mm，H0為截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧自由高度且其單位為mm，m為截錐螺旋壓縮彈簧2的彈簧工作參數(shù)(即截錐螺旋壓縮彈簧2的工作圈數(shù))且其單位為圈。
所述截錐螺旋壓縮彈簧2的讓壓距離x易于測量，最大讓壓距離為支護體變形量。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內(nèi)。
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