專利名稱：一種錨桿預緊力無損動力檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦山和隧道的錨桿預緊力無損動力檢測裝置。
背景技術：
錨桿被廣泛應用于礦山、隧道圍巖加固和支護中，以煤礦為例，我國煤礦巷道錨桿用量至少在5000萬根以上，錨桿(錨索)的預緊力對于保證錨桿(索)支護效果至關重要，但如何準確、全面地檢測錨桿預緊力是否滿足設計要求，目前仍然是一個難題。事實上，對于現在的錨桿支護巷道的錨桿、錨索，由于施工素質和施工設備的影響，同一巷道的錨桿預緊力存在極大的差異，一部分錨桿預緊力達不到要求將引起圍巖離層、碎裂，最終引發垮巷、冒頂等事故的發生。因此，進行施工后錨桿、錨索的預緊力無損檢測，及時掌握施工后的錨桿、錨索的預緊力情況，對未達到設計要求的錨桿、錨索補加載，對于煤礦安全意義明顯。目前對錨桿預緊力檢測主要是利用扭矩扳手來測定錨桿的預緊力，這種檢測手段由于受錨桿托板與煤巖壁間、錨桿鎖緊螺母與托板間的摩擦效應影響而使檢測的準確性不高；而且，由于目前錨桿類別較多，其外端螺紋的螺距也截然不同，螺距不同的錨桿施加同樣的預緊力所需的扭矩也截然不同。綜上所述，采用扭矩扳手測定錨桿預緊力的準確性不高，只能相對評價一批錨桿預緊力的大小，不能真實檢測錨桿的預緊力。
實用新型內容為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種直接用于施工后的錨桿預緊力無損動力檢測裝置。本實用新型的技術方案是:一種錨桿預緊力無損動力測裝置，由錨桿連接桿、加速度傳感器、承壓筒、連接桿緊固螺母、扭矩扳手、激振撞桿、信號傳輸線、信號采集分析儀組成，其中所述錨桿連接桿螺紋固接在錨桿的外露端，加速度傳感器固接在錨桿連接桿上，錨桿連接桿上套裝承壓筒。本實用新型在預緊力的檢測過程中，對施工后的錨桿無損壞，無拆卸，且檢測方便、快捷，檢測精度高；信號采集儀能夠直接繪制“預緊力-橫向振動基頻”曲線，錨桿預緊力判讀直觀、可靠。本實用新型克服了現有技術不能在井下直觀讀取錨桿預緊力的缺陷。本實用新型基于“一端固支、一端簡支”的經典梁模型，采取在錨桿外露端加接連接桿和承壓筒，當承壓筒受力達到錨桿預緊力時，錨桿托板與圍巖壁分離，此時梁長由“錨桿外露端長度+連接桿長度”突變為“錨桿長度L1+錨桿連接桿長度L2-錨固長度I ”，而“一端固支、一端簡支”的經典梁橫向振動理論表明:梁長變化必然引起橫向振動基頻的顯著變化，故采用在錨桿外露端加接的連接桿上固定位置橫向激振的方法，使錨桿外露端梁產生彎曲應力波，并用加速度傳感器直接采集系統振動信號，直接提取錨桿系統振動基頻，根據錨桿系統振動基頻的突變來確定錨桿預緊力，消除了因測試系統的系統誤差帶來的錨桿預緊力檢測不準確性。
圖1是本實用新型的結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。參見圖1，本實用新型由錨桿連接桿7、加速度傳感器9，承壓筒11、連接桿緊固螺母8、扭矩扳手14、激振撞桿10、信號傳輸線12、信號采集分析儀13組成，其中所述錨桿連接桿7固接在錨桿3的外露端，加速度傳感器9固接在錨桿連接桿7上，錨桿連接桿7上套裝承壓筒11。利用錨桿預緊力無損動力檢測裝置檢測錨桿預警力的過程如下:I)連接檢測裝置:首先將錨桿3經錨固體2固定在圍巖I上的錨桿孔4內，錨桿3外露端設有托板5，托板5經鎖緊螺母6固定在圍巖I上；將錨桿3在圍巖I內安裝好后，將錨桿連接桿7套接在錨桿3外露端上，再在錨桿連接桿7固接加速度傳感器9，隨后將承壓筒11套裝在錨桿連接桿7上，并將緊固螺母8在錨桿連接桿7外螺紋上擰緊，使其與圍巖壁緊壓，從而使錨桿3外露端產生一定的軸向張拉,最后用信號傳輸線12將加速度傳感器9和信號采集分析儀13連通，開啟信號采集分析儀。2)信號采集:首先預估錨桿的預緊力矩值M1，將預緊力矩值M1乘以1.2再8等分；然后從小到大以每一個等分值為力矩對錨桿連接桿7上的緊固螺母8施加力矩，每一次施加力矩后測試錨桿系統的橫向振動頻率；錨桿3外露端加力后采用激振撞桿10側向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動信號，并經信號傳輸線12傳輸到信號采集分析儀13存儲，在信號采集儀上分析該單次信號，并提取信號基頻，然后重復采集一次，若信號及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該力矩作用下的振動頻率值。3)預緊力確定。以上述的力矩值為橫坐標，每一次施加力矩后測得的橫向振動基頻為縱坐標繪制曲線，曲線發生畸變的前一個點對應的橫坐標即為錨桿預緊力對應的預緊力矩；然后根據實驗室標定的力矩與預緊力的關系曲線查圖得到錨桿預緊力檢測值，因為承壓筒橫端面、錨桿連接桿外螺紋和緊固螺母都是一樣的，其因施加扭矩在錨桿外露端產生的軸向張力與力矩的關系曲線可以準確標定。利用錨桿預緊力無損動力檢測裝置對錨固長度的測定步驟如下:步驟1)，2)同上；3)錨固長度的測定:于“力矩-橫向振動基頻”曲線上發生畸變后的點，這些曲線點橫坐標對應的預緊力大于錨桿施工時的預緊力，則錨桿托板與圍巖壁分離，即錨桿橫向振動基頻對應的梁長L為錨桿長度L1+錨桿連接桿長度L2-錨固長度I ;根據力學中的梁振動理論，可得到“一端固支、一端簡支”的橫向振動梁長L與梁軸向力N、振動基頻f的關系式 L=F (f，N)，則錨固長度 I=F (f，N)-L1-L20利用錨桿預緊力無損動力檢測裝置對錨桿工作載荷的監測步驟如下:步驟1)，2)同上；3)錨桿工作載荷的監測:擰緊該裝置的緊固螺母8，使錨桿托板5與圍巖壁分離；當圍巖I壓力增大時，錨桿工作載荷相應增大，此時采用激振撞桿10側向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動信號，并經信號傳輸線12傳輸到信號采集分析儀13存儲，在信號采集儀13上分析該單次信號，并提取信號基頻，然后重復采集一次，若信號及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該次檢測的振動頻率值，然后利用“一端固支、一端簡支”梁的軸向力N與梁的橫向振動基頻f、梁長L的關系式N=G (L，f)得到錨桿工作載荷，若定時檢測則可實現錨桿工作載荷的監測。
權利要求1.一種錨桿預緊力無損動力檢測裝置，其特征在于，所述錨桿檢測裝置由錨桿連接桿(7)、加速度傳感器(9)，承壓筒(11)、連接桿緊固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞桿(10)、信號傳輸線(12)、信號采集分析儀(13)組成，其中所述錨桿連接桿(7)固接在錨桿(3)的外露端，加速度傳感器(9)固接在錨桿連接桿(7)上，錨桿連接桿(7)上套裝承壓筒(11)。
2.如權利要求1所述的錨桿預緊力無損動力檢測裝置，其特征在于，錨桿(3)與錨桿連接桿(7)采用螺紋連接。
專利摘要本實用新型公開了一種錨桿預緊力無損動力檢測裝置。所述錨桿預緊力無損動力檢測裝置由錨桿連接桿(7)、加速度傳感器(9)，承壓筒(11)、連接桿緊固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞桿(10)、信號傳輸線(12)、信號采集分析儀(13)組成，其中錨桿連接桿(7)固接在錨桿(3)的外露端，加速度傳感器(9)固接在錨桿連接桿(7)上，錨桿連接桿(7)上套裝承壓筒(11)。本實用新型解決了現有問題中采用扭矩扳手測定錨桿預緊力的準確性不高，只能相對評價一批錨桿預緊力的大小，不能真實檢測錨桿的預緊力的問題。
文檔編號G01L5/24GK203067004SQ201320059638
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者李青鋒, 朱川曲 申請人:湖南科技大學