一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统及其测试方法技术方案

一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，包括计算机处理系统和实验装置，实验装置为框架型结构，实验装置沿左右方向横向设置，实验装置的左端和右端均垂直向下固定连接有支撑板，每块支撑板的底部固定有安装脚板，实验装置的左端部内侧设有夹具，实验装置的右端设有轴向拉伸组件，通过启动轴向拉伸组件可以模拟围岩变形对锚杆锚索的轴向拉拔作用力，实验装置的顶部和前部分别设有可以滑动的正向施压组件和侧向施压组件，可以模拟围岩错动对锚杆锚索的横向剪切作用力；本发明专利技术新颖、操作方便，能够开展不同荷载作用下锚杆锚索拉剪试验，并且试验机由液压系统驱动，实验数据由计算机处理，大大提高了实验的便捷性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统及其测试方法
本专利技术属于力学性能测试
，具体涉及一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统及其测试方法。
技术介绍
巷道支护是煤矿安全生产的基础，锚杆锚索支护已经成为煤矿巷道采用的经济有效的支护形式。与传统的砌碹支护和型钢支护相比，锚杆支护具有显著提高巷道支护效果，降低巷道支护成本，减轻工人劳动强度，简化综采工作面端头支护和超前支护工艺，提高工作面回采速度和单产等优点。尽管锚杆锚索支护技术在煤矿上已经得到普遍推广和应用，但是用于锚杆锚索力学性能测试的实验设备发展缓慢，现有实验设备往往只能够单独地开展锚杆锚索的轴向拉拔实验，而不能模拟在轴向拉拔荷载和横向剪切荷载作用下的锚杆锚索工作过程。因此，现有锚杆锚索测试系统并不能有效地模拟现场状况。为此，研制出一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，该专利技术对于摸清不同荷载作用条件下锚杆锚索的工作机制及其失效机制、设计合理的锚杆锚索技术参数具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构新颖、操作方便、能够模拟轴向拉拔荷载和横向剪切荷载作用的锚杆锚索力学性能测试系统及其测试方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，包括计算机处理系统和实验装置，实验装置为框架型结构，实验装置沿左右方向横向设置，实验装置的左端和右端均垂直向下固定连接有支撑板，每块支撑板的底部固定有安装脚板，实验装置的左端部内侧设有夹具，实验装置的右端设有轴向拉伸组件，实验装置的顶部滑动设有正向施压组件，实验装置的前侧滑动设有侧向施压组件，轴向拉伸组件上设有位移传感器和第一压力传感器，正向施压组件和侧向施压组件上分别设有第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器分别通过数据采集仪与计算机处理系统连接。轴向拉伸组件包括拉伸油缸和拉板，拉伸油缸的缸体端部固定在实验装置的右侧面，拉伸油缸的活塞杆水平向右设置，拉伸油缸的活塞杆端部固定有连接板，拉板位于实验装置内，连接板通过两根连接杆与拉板连接，两根连接杆关于拉伸油缸的轴线对称设置，实验装置的右侧面开设有两个穿孔，两根连接杆对应穿设在两个穿孔内，拉板中部设有圆孔，圆孔与夹具的夹口左右对应设置，第一压力传感器呈环形托盘式结构，第一压力传感器设置在拉板右侧面并位于圆孔外周，位移传感器设置在拉板上。正向施压组件包括正向施压油缸和安装板，实验装置顶部前侧和后侧均沿长度方向开设有两条平行的直线滑槽，两条直线滑槽前后对称设置，安装板的前端部下表面与后端部下表面分别固定设置有第一滑块，两个第一滑块分别滑动连接在两条直线滑槽内，正向施压油缸固定在安装板上，正向施压油缸的活塞杆垂直向下穿过安装板设置，正向施压油缸的活塞杆端部固定有位于安装板下方且截面呈半圆形的正向施压板，正向施压板的中心线与圆孔的中心线重合。实验装置的前侧沿左右方向开设有一条宽长通孔和两条窄长槽，宽长通孔位于两条窄长槽之间，侧向施压组件包括侧向施压油缸和滑动护板，滑动护板通过第二滑块滑动连接在两条窄长槽上，滑动护板为向前弯曲的弧形结构，滑动护板上沿圆周方向开设有弧形通孔和两条弧形滑槽，弧形通孔位于两条弧形滑槽之间，侧向施压油缸的中心线沿滑动护板的径向方向设置，侧向施压油缸位于滑动护板的前侧，侧向施压油缸的缸体端部设有第三滑块，第三滑块滑动连接在弧形滑槽上，侧向施压油缸的活塞杆水平向后依次穿过弧形通孔和宽长通孔伸入到实验装置内，侧向施压油缸的活塞杆端部铰接有截面呈半圆形的侧向施压板，侧向施压板的中心线与圆孔的中心线重合。正向施压板和侧向施压板的内侧分别设有第二压力传感器和第三压力传感器。第一滑块与直线滑槽之间、第二滑块与窄长槽之间、第三滑块与弧形滑槽之间的滑动配合结构均为燕尾槽滑动结构。一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统的测试方法，包括以下步骤：（1）、首先通过螺栓将安装脚板固定在地面，从而使得实验装置稳固地放置在地面上；（2）、将锚杆锚索的托盘端穿过拉板的圆孔，将锚杆锚索的锚固端夹持在夹具上，然后通过液压力矩扳手扭转锚杆托盘外侧的螺母或者通过锚索张拉千斤顶的张拉，从而实现锚杆锚索的托盘端的固定，并使托盘端的左侧面与第一压力传感器顶压接触，然后将位移传感器设置固定在拉板上；（3）、调整正向加压装置安装板在直线滑槽内的位置，使正向施压板接触锚杆锚索第二压力传感器并与锚杆锚索杆体挤紧；调整滑动护板在窄长槽内的位置，接着沿弧形滑槽滑动侧向施压油缸直至实验设定的角度，使侧向施压板接触锚杆锚索第三压力传感器并与锚杆锚索杆体挤紧；（4）、启动拉伸油缸，拉伸油缸的活塞杆升起并对连接板施加向右的推力，从而连接板通过连接杆拉动拉板，拉板对锚杆施加拉力，从而模拟围岩变形对锚杆锚索的轴向拉拔作用力；（5）、启动正向施压油缸和侧向施压油缸，正向施压油缸的活塞杆推动正向施压板，侧向施压油缸的活塞杆推动侧向施压板，从而正向施压板对锚杆锚索施加正向的剪力，侧向施压板对锚杆锚索施加侧向的剪力，从而模拟围岩错动对锚杆锚索的横向剪切作用力；（6）、实验过程中，通过数据采集仪将第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器实时监测所得到的信号传输至计算机数据处理系统，通过计算机数据处理系统分析拉剪作用下锚杆锚索力学性能。采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：在巷道支护工程中，锚杆锚索受到围岩变形而产生的轴向拉力和横向剪力的综合作用。本专利技术包括轴向拉伸组件、正向施压组件和侧向施压组件，通过启动轴向拉伸组件可以模拟围岩变形对锚杆锚索的轴向拉拔作用力，通过启动正向拉伸组件和侧向拉伸组件，可以模拟围岩错动对锚杆锚索的横向剪切作用力，与传统试验设备相比，本专利技术能够有效模拟巷道围岩变形对锚杆锚索的加载作用过程，能够有效测试拉剪作用下（轴向拉力和横向剪力简称拉剪）锚杆锚索力学性能，对于摸清不同荷载作用条件下锚杆锚索的工作机制及其失效机制、设计合理的锚杆锚索技术参数具有重要意义。总之，本专利技术结构新颖、操作方便、能够开展不同荷载作用下锚杆锚索拉剪试验，并且试验机由液压系统驱动，实验数据由计算机自动处理，大大提高了实验的便捷性和可靠性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是实验装置的前侧示意图；图3是安装护板的结构示意图；图4是锚杆的结构示意图。具体实施方式如图1-4所示，本专利技术的一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，包括计算机处理系统和实验装置1，实验装置1为框架型结构，实验装置1沿左右方向横向设置，实验装置1的左端和右端均垂直向下固定连接有支撑板14，每块支撑板14的底部固定有安装脚板15，实验装置1的左端部内侧设有夹具8，实验装置1的右端设有轴向拉伸组件，实验装置1的顶部滑动设有正向施压组件，实验装置1的前侧滑动设有侧向施压组件，轴向拉伸组件上设有位移传感器和第一压力传感器，正向施压组件和侧向施压组件上分别设有第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器分别通过数据采集仪与计算机处理系统连接。轴向拉伸组件包括拉伸油缸7和拉板5，拉伸油缸7的缸体端部固定在实验装置1的右侧面，拉伸油缸7的活塞杆水平向右设置，拉伸油缸7的活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：包括计算机处理系统和实验装置，实验装置为框架型结构，实验装置沿左右方向横向设置，实验装置的左端和右端均垂直向下固定连接有支撑板，每块支撑板的底部固定有安装脚板，实验装置的左端部内侧设有夹具，实验装置的右端设有轴向拉伸组件，实验装置的顶部滑动设有正向施压组件，实验装置的前侧滑动设有侧向施压组件，轴向拉伸组件上设有位移传感器和第一压力传感器，正向施压组件和侧向施压组件上分别设有第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器分别通过数据采集仪与计算机处理系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：包括计算机处理系统和实验装置，实验装置为框架型结构，实验装置沿左右方向横向设置，实验装置的左端和右端均垂直向下固定连接有支撑板，每块支撑板的底部固定有安装脚板，实验装置的左端部内侧设有夹具，实验装置的右端设有轴向拉伸组件，实验装置的顶部滑动设有正向施压组件，实验装置的前侧滑动设有侧向施压组件，轴向拉伸组件上设有位移传感器和第一压力传感器，正向施压组件和侧向施压组件上分别设有第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器分别通过数据采集仪与计算机处理系统连接。2.根据权利要求1所述的一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：轴向拉伸组件包括拉伸油缸和拉板，拉伸油缸的缸体端部固定在实验装置的右侧面，拉伸油缸的活塞杆水平向右设置，拉伸油缸的活塞杆端部固定有连接板，拉板位于实验装置内，连接板通过两根连接杆与拉板连接，两根连接杆关于拉伸油缸的轴线对称设置，实验装置的右侧面开设有两个穿孔，两根连接杆对应穿设在两个穿孔内，拉板中部设有圆孔，圆孔与夹具的夹口左右对应设置，第一压力传感器呈环形托盘式结构，第一压力传感器设置在拉板右侧面并位于圆孔外周，位移传感器设置在拉板上。3.根据权利要求2所述的一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：正向施压组件包括正向施压油缸和安装板，实验装置顶部前侧和后侧均沿长度方向开设有两条平行的直线滑槽，两条直线滑槽前后对称设置，安装板的前端部下表面与后端部下表面分别固定设置有第一滑块，两个第一滑块分别滑动连接在两条直线滑槽内，正向施压油缸固定安装板上，正向施压油缸的活塞杆垂直向下穿过安装板设置，正向施压油缸的活塞杆端部固定有位于安装板下方且截面呈半圆形的正向施压板，正向施压板的中心线与圆孔的中心线重合。4.根据权利要求3所述的一种拉剪作用下锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：实验装置的前侧沿左右方向开设有一条宽长通孔和两条窄长槽，宽长通孔位于两条窄长槽之间，侧向施压组件包括侧向施压油缸和滑动护板，滑动护板通过第二滑块滑动连接在两条窄长槽上，滑动护板为向前弯曲的弧形结构，滑动护板上沿圆周方向开设有弧形通孔和两条弧形滑槽，弧形通孔位于两条弧形滑槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖同强，神文龙，涂兴子，王猛，翟新献，李如波，李海洋，许磊，尹士花，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41