一种吸能锚杆托盘制造技术

一种吸能锚杆托盘，包括可沿锚杆移动的双层碟形托盘体和螺纹连接在锚杆外露端的预紧螺母；双层碟形托盘体的上层碟形托盘和下层碟形托盘间通过夹层垫圈形成中空的碟形导向槽；预紧螺母与双层碟形托盘体间有套在锚杆上的吸能管，吸能管由撕裂吸能段和撕裂预紧段组成，撕裂预紧段下部穿过上层碟形托盘的中心孔，通过其倒角触压在下层碟形托盘中心孔周边的吸能管调心台上，倒角上有间隔分布的预裂线槽，吸能管调心台外缘有对应预裂线槽的助裂刀。该吸能托盘在受到冲击载荷时，能通过吸能管轴裂让位实现持续稳定的让压吸能，与高强度锚杆配合能够实现高冲击倾向围岩的有效支护。

【技术实现步骤摘要】
一种吸能锚杆托盘
本专利技术涉及矿山及隧道等地下工程安全支护技术，特别是一种用于地下巷道锚杆支护中具有让压吸能功能的锚杆托盘。
技术介绍
在地下巷道锚杆支护中，锚杆托盘是锚杆支护系统中的一个重要部件。其作用是，一方面通过压紧托盘给锚杆施加预应力，并使预应力扩散到锚杆周围的煤岩体中，实现锚杆的主动、及时支护；另一方面围岩变形使载荷作用于托盘上，通过托盘将载荷传递到锚杆杆体，锚杆变化的载荷又通过托盘扩散到围岩中，从而改善围岩的应力状态，控制围岩变形与破坏。对于锚杆支护的高地应力巷道，为较好实现锚杆系统和围岩的强度和刚度耦合，锚杆系统的设计既要提供足够的承载力，又要实现让位让压吸能。而目前煤矿使用的锚杆托盘，包括平板形托盘、铸铁托盘、碟形托盘及M形托盘等大多着眼于改善托盘静载作用时对锚杆螺母端头的应力状态，而忽略了通过托盘的让位让压吸能特性解决矿井巷道内冲击载荷作用下锚杆托盘易发生突然变形卸载或断裂的技术问题。如申请号为201310686070.2的中国专利公开的一种煤矿井下用锚杆托盘，该托盘仅考虑静载作用下托盘强度和结构的优化，虽能提高托盘的抗弯强度，增加托盘的支护面积，但不具备抗动载冲击的吸能防冲破坏特性。申请号为201210210850.5的中国专利公开的双层锚杆托盘，解决的是工程施工时保护锚杆丝扣免于破坏、使锚杆可重复利用的技术问题，也不具备防冲击失效功能。申请号为201010515672的中国专利公开的一种持续性渐进让压锚杆托盘，通过带有多圈圆环状让压沟槽的碟形托盘体与围岩壁挤压让位，使其虽具有一定的让压特性，但让压过程阻力不稳定，易对围岩造成挤压剐蹭损伤，使围岩松动，导致锚杆失效；且该托盘不能重复使用；沟槽加工困难。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种冲击载荷作用下托盘不易发生变形卸载或断裂、适应变形能力强、能够持续让压的吸能锚杆托盘。为实现上述目的，本专利技术提供的吸能锚杆托盘，包括套在锚杆上、可沿锚杆移动的双层碟形托盘体和螺纹连接在锚杆外露端的预紧螺母；所述双层碟形托盘体由上层碟形托盘和下层碟形托盘组成，上层碟形托盘和下层碟形托盘之间通过与上层碟形托盘和下层碟形托盘外缘焊接在一起的夹层垫圈形成中空的碟形导向槽；所述预紧螺母与双层碟形托盘体之间有套在锚杆上(与锚杆外壁保持一定间隙)的吸能管，该吸能管由撕裂吸能段和外径小于撕裂吸能段的撕裂预紧段组成，撕裂吸能段和撕裂预紧段的总长度与所述导向槽的深度相同，其中撕裂预紧段的长度为10～15mm，撕裂吸能段的外径略小于上层碟形托盘的中心孔孔径(保证撕裂吸能段能沿上层碟形托盘的中心孔滑动)，撕裂吸能段的管壁厚度略小于所述导向槽的厚度(保证撕裂吸能段的管壁被撕裂后能沿导向槽滑动)，撕裂预紧段的下端有倒角，撕裂预紧段下部穿过上层碟形托盘的中心孔，通过其倒角触压在下层碟形托盘中心孔周边的吸能管调心台上，倒角上有间隔均匀分布的一组预裂线槽，在吸能管调心台的外缘有对应预裂线槽的一组助裂刀。在所述吸能管的撕裂吸能段的外壁上有轴向设置的吸能撕裂刻度尺，用其监测撕裂吸能段撕裂吸能让位行程。本专利技术锚杆托盘使用时，先进行初始安装(如图1所示)：将双层碟形托盘体通过其中心孔套在锚杆外露部分的根部，然后将吸能管套在锚杆的端部，使吸能管的撕裂预紧段下端穿过上层碟形托盘的中心孔，其端部的倒角触坐在下层碟形托盘的吸能管调心台上，并使倒角上的预裂线槽与吸能管调心台外缘上的助裂刀一一对应，然后将预紧螺母与锚杆端部螺纹连接，旋拧预紧螺母，使吸能管被预紧螺母固定压紧，完成初始安装。然后进行预紧安装(如图2所示)：继续旋拧预紧螺母，对吸能管施加压力，使吸能管的撕裂预紧段发生扩径塑性形变，由助裂刀将其沿倒角上的预裂线槽撕裂成放射状条形，向外伸入双层碟形托盘体的碟形导向槽中，直至吸能管的撕裂预紧段全部撕裂进入导向槽内，停止旋拧预紧螺母，完成锚杆托盘的预紧安装，投入使用。完成预紧安装后的锚杆托盘，其工作原理是：通过选取双层碟形托盘体的材质和尺寸，以及吸能管的材质、直径和管壁厚度使托盘在锚杆系统处于静载等较弱载荷时，具有足够的承载力；当锚杆系统受到冲击等强载荷时，吸能管的撕裂吸能段受强载荷的作用力，先发生一定程度的扩径塑性形变，然后沿吸能管的预裂线槽发生阻力恒定轴裂让位(如图3所示)，依靠塑性变形和管壁撕裂消波耗能，实现碟形托盘体的让压吸能。同时，利用吸能管撕裂吸能段外壁上的撕裂吸能刻度尺实现吸能管撕裂吸能让位行程的实时监测。当吸能管吸能全程作用结束后，吸能管上端的螺母挤压台紧压于上层碟形托盘中心孔的斜面端口上，使吸能托盘作为普通托盘继续用于承压支护。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术能够在锚杆系统受到冲击载荷时，通过吸能管轴裂让位，使碟形托盘体实现让压吸能；吸能托盘具备持续稳定的让位吸能能力，可有效防止托盘冲击断裂和突然变形失效，与高强度锚杆配合能够实现高冲击倾向围岩的有效支护；在不改变锚杆杆体强度和结构的前提下，能够实现软岩大变形、冲击大变形的吸能让位。2、本专利技术吸能托盘的吸能管可实现阻力恒定设计、阻力值可调、吸能行程长度可调等力学特性，从而使其应用于不同工况地质环境和力学环境。3、本专利技术吸能托盘的吸能管撕裂预紧段可按工程需要设置固定长度的预紧撕裂行程，确保每根支护锚杆受到相同的预紧力，实现预紧力精确可控的锚杆安装方法；通过撕裂吸能段外壁上的吸能撕裂刻度尺，可对撕裂吸能段的撕裂吸能让位行程进行实时监测。4、本专利技术吸能托盘通过更换吸能管可以实现吸能托盘的回收重复利用。5、本专利技术吸能托盘结构简单，加工方便，性能安全可靠，安装施工工艺简单。附图说明图1为吸能锚杆托盘完成初始安装后的状态示意图(轴向剖视图)；图2为吸能锚杆托盘完成预紧安装后的状态示意图(轴向剖视图)；图3为吸能托盘吸能后的状态示意图(轴向剖视图)；图4为图1中双层碟形托盘体的俯视图(中心孔部位放大)；图5为图1中夹层垫圈的示意图；图6为图1中吸能管的轴向剖视图；图7为图6的左视图。图中：1-双层碟形托盘体；2-上层碟形托盘；3-下层碟形托盘；4-夹层垫圈；5-导向槽；6-助裂刀；7-吸能管调心台；8-吸能管；8-1-(吸能管)撕裂预紧段；8-2-(吸能管)撕裂吸能段；9-吸能撕裂刻度尺；10-倒角；11-预裂线槽；12-螺母挤压台；13-螺母垫圈；14-预紧螺母；15-锚杆。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步说明。本实施例为用于某煤矿井下支护锚杆上的吸能托盘。锚杆由直径22mm的螺纹钢构成。结合图1、图2和图4，套在锚杆15上、可沿锚杆移动的双层碟形托盘体1由外缘为正方形的上层碟形托盘2和下层碟形托盘3组成，正方形外缘的每个边长为150mm；在上层碟形托盘和下层碟形托盘的外缘焊接如图5所示的外方内圆夹层垫圈4，夹层垫圈的方形外缘尺寸与上层碟形托盘和下层碟形托盘外缘尺寸相同，夹层垫圈的厚度为5mm，夹层垫圈的圆形孔直径略大于上层碟形托盘和下层碟形托盘的弧底圆直径，上层碟形托盘和下层碟形托盘之间形成厚度与夹层垫圈的厚度相同、深度为100mm的导向槽5；上层碟形托盘的中心孔孔径为36mm，孔的端口呈斜面(斜面与锚杆轴线平行)；下层碟形托盘的中心孔的孔径为24mm，围绕中心孔周边有宽度2mm的吸能管调心台7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸能锚杆托盘，包括套在锚杆(15)上、可沿锚杆移动的双层碟形托盘体(1)和螺纹连接在锚杆外露端的预紧螺母(14)；其特征在于：所述双层碟形托盘体(1)由上层碟形托盘(2)和下层碟形托盘(3)组成，上层碟形托盘和下层碟形托盘之间通过与上层碟形托盘和下层碟形托盘外缘焊接在一起的夹层垫圈(4)形成中空的碟形导向槽(5)；所述预紧螺母(14)与双层碟形托盘体之间有套在锚杆上的吸能管(8)，该吸能管由撕裂吸能段(8‑2)和外径小于撕裂吸能段的撕裂预紧段(8‑1)组成，撕裂吸能段和撕裂预紧段的总长度与所述导向槽的深度相同，其中撕裂预紧段的长度为10～15mm，撕裂吸能段的外径略小于上层碟形托盘的中心孔孔径，撕裂吸能段的管壁厚度略小于所述导向槽的厚度，撕裂预紧段的下端有倒角(10)，撕裂预紧段下部穿过上层碟形托盘的中心孔，通过其倒角触压在下层碟形托盘中心孔周边的吸能管调心台(7)上，倒角上有间隔均匀分布的一组预裂线槽(11)，在吸能管调心台的外缘有对应预裂线槽的一组助裂刀(6)。

【技术特征摘要】
1.一种吸能锚杆托盘，包括套在锚杆(15)上、可沿锚杆移动的双层碟形托盘体(1)和螺纹连接在锚杆外露端的预紧螺母(14)；所述双层碟形托盘体(1)由上层碟形托盘(2)和下层碟形托盘(3)组成，上层碟形托盘和下层碟形托盘之间通过与上层碟形托盘和下层碟形托盘外缘焊接在一起的夹层垫圈(4)形成中空的碟形导向槽(5)；其特征在于：所述预紧螺母(14)与双层碟形托盘体之间有套在锚杆上的吸能管(8)，该吸能管由撕裂吸能段(8-2)和外径小于撕裂吸能段的撕裂预紧段(8-1)组成，撕裂吸能段和撕裂预紧段的总长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱文，潘一山，代连朋，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21