一种锚杆轴力可视化监测预警装置及其监测预警方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锚杆轴力可视化监测预警装置及其监测预警方法，解决了现有锚杆轴力监测装置存在的成本高昂、操作繁琐、适用范围有限等技术问题。本发明专利技术包括顶盖和底盖，锚杆穿过顶盖和底盖，锚杆的端部设置有螺母，顶盖和底盖夹持在螺母与岩体之间，顶盖和底盖之间设置有转轴和压缩弹簧，转轴的两端分别与顶盖和底盖转动连接，转轴与顶盖或/和底盖之间设置有发条弹簧，转轴上设置有滑槽，滑槽的槽底为回转坡面，顶盖或底盖上设置有与回转坡面顶接的滑动柱，转轴上设置有扇叶，扇叶上设置有预警标识，顶盖或/和底盖上设置有与预警标识相对应的监测孔。本发明专利技术成本低、操作简单、适用范围广。

A visual monitoring and early warning device for bolt axial force and its monitoring and early warning method

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆轴力可视化监测预警装置及其监测预警方法
本专利技术属于轴力监测装置
，特别是指一种锚杆轴力可视化监测预警装置及其监测预警方法。
技术介绍
锚杆是岩土体加固的杆件体系结构，一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，通过锚杆杆体的纵向拉力作用，实现岩土体的稳定。在锚杆支护的边坡、基坑、矿山、矿井、隧道以及地下工程等领域服务期内，及时准确的对锚杆支护质量进行监测，对结构的稳定以及工程的安全具有十分重要的意义。为实现准确有效地监测锚杆轴力，诸多研究人员提出了大量的监测原理和方法，如光纤光栅锚杆测力计、无源型矿用锚杆轴向力监测装置、电阻应变计测力锚杆、液压枕式测力锚杆等。现有的监测装置普遍存在以下几方面问题：1、精密的仪器设备造价高，成本高昂；2、设备安装和数据采集过程繁琐；3、上述的各类监测装置大多需要供电，受外部供电系统稳定的影响较大。结合工程实际，锚杆工作环境和工作状态较为复杂，其轴力在设定工作阈值内时为安全状态，低于或高于阈值范围则应进行预警干预，工作阈值范围的监测能够有效减少结果采集、存储和后期分析的成本。因此，采用简单的、可视化的、无需电源的、适用范围广的监测装置显得尤为重要。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种锚杆轴力可视化监测预警装置及其监测预警方法，解决了现有锚杆轴力监测装置存在的成本高昂、操作繁琐、适用范围有限等技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种锚杆轴力可视化监测预警装置，包括顶盖和底盖，锚杆穿过顶盖和底盖，锚杆的端部设置有螺母，顶盖和底盖夹持在螺母与岩体之间，顶盖和底盖之间设置有转轴和压缩弹簧，转轴的两端分别与顶盖和底盖转动连接，转轴与顶盖或/和底盖之间设置有发条弹簧，转轴上设置有滑槽，滑槽的槽底为回转坡面，顶盖或底盖上设置有与回转坡面顶接的滑动柱，转轴上设置有扇叶，扇叶上设置有预警标识，顶盖或/和底盖上设置有与预警标识相对应的监测孔。进一步地，所述扇叶上的预警标识包括至少一个轴力阈值区间，通过检测孔观察到的轴力阈值区间，可以直接得出锚杆轴力是否异常，进而做出对锚杆做出调整。进一步地，不同轴力阈值区间设置有不同图案，所述图案包括条形码或/和二维码或/和图像，图案的形式可以为任意形式，只要能够满足区别需求即可。进一步地，所述图案包括涂抹图案或/和印刷图案或/和雕刻图案，根据施工环境对监测预警装置的不同影响，可以选用不同的图案制作方式，保证监测预警的可靠性和持久性。进一步地，所述转轴的中心设置有轴孔，顶盖上设置有与轴孔转动配合的上限位轴，底盖上设置有与轴孔转动配合的下限位轴。进一步地，所述滑槽开设在转轴的外缘且为外侧壁开放式结构，不仅加工制造简单，而且便于调试安装和维修。进一步地，所述滑槽绕转轴的轴线回转设置，在便于转轴灵活转动的同时，也便于计算出对应的轴力阈值区间。进一步地，所述滑槽的回转坡面朝向顶盖，所述滑动柱设置在顶盖上，这样的配合结构便于调试和维护。进一步地，所述发条弹簧套设在转轴上，保证转轴自动回位便捷的同时节约了安装空间；底盖上设置有弹簧夹，发条弹簧的固定端与弹簧夹相连。进一步地，所述底盖包括槽口结构，顶盖与槽口结构滑动配合，顶盖通过槽口结构卡接在底盖内，顶盖可以沿着底盖的侧壁上下滑动。进一步地，顶盖上设有凸起的上环孔，底盖上设置有凸起的下环孔，所述压缩弹簧套设在上环孔与下环孔之间，这样的装配关系既能够保证压缩弹簧安装的稳固性，又能够保证顶盖和底盖滑动的稳定性。所述锚杆分别通过上环孔、下环孔穿过顶盖和底盖，不仅能使整个装置结构更加紧凑，而且可以更加平稳地检测锚杆的轴力变化。进一步地，所述底盖连接有顶靠岩体的垫板，垫板能够使底盖更加稳定地顶靠在岩体上。进一步地，所述监测孔内设置有透光片，能够在不影响检测的前提下，对顶盖和底盖之间的空间进行有效防护。一种锚杆轴力可视化监测预警装置的监测预警方法，包括以下步骤：S1，确定轴力阈值区间，根据地质勘测资料，考虑施工误差、轴力损失以及杆体强度等因素，计算出锚杆轴力在安全期内合理范围（Fmin，Fmax），同时计算出非安全期内轴力下限值Flow和上限值Ftop，由此形成三个轴力阈值区间：A（Flow，Fmin），B（Fmin，Fmax）和C（Fmax，Ftop）。S2，装置选型，所述压缩弹簧的有效压力范围记为（Flow，Ftop），压缩弹簧满足F=kL，k为压缩弹簧的劲度系数，L为压缩弹簧的形变量，压缩弹簧的有效压缩范围记为（Llow，Ltop），所述转轴通过滑动柱与滑槽的相互配合，滑动柱的竖向平动转化成转轴的水平向转动，回转坡面的竖向位移满足L=f(θ)，则锚杆的轴力F与转轴转动的角度θ之间满足F=kf(θ)，反函数为θ=f-1(F/k)，由此可推算出所述轴力阈值区间A（Flow，Fmin）、B（Fmin，Fmax）、C（Fmax，Ftop）所对应的角度θA、θB、θC。S3，锚杆安装，在锚杆杆体上依次套设垫板、底盖和顶盖和螺母，将锚杆（8）安装到锚杆孔内，与孔周岩体形成锚固且达到设计锚固强度后，拧紧螺母直至通过监测孔仅能看到轴力阈值区间B（Fmin，Fmax），锚杆安装完成。S4，监测预警，轴力阈值区间A（Flow，Fmin）、B（Fmin，Fmax）、C（Fmax，Ftop）表面设有不同的图案，当出现轴力阈值区间A（Flow，Fmin）、C（Fmax，Ftop）的图案时，对锚杆进行处理。进一步地，所述S1-S4中，所述轴力阈值区间划分的数量不限，各区间轴力范围依据需要自定。进一步地，所述S4中，根据检测孔检测到的不同图案，判断扇叶位于轴力阈值区间A（Flow，Fmin）或B（Fmin，Fmax）或C（Fmax，Ftop）。进一步地，所述S4中，监测预警的方式包括人工监测、固定监测设备监测、巡检机器人监测。本专利技术的有益效果包括：（1）成本低廉，装置结构简单、加工制造方便、无需用电；（2）操作简便，同常规的锚杆安装过程相似，旋拧螺母时仅需通过观察监测孔的扇叶颜色、符号或样式等的变化，便可判断锚杆安装是否到位；（3）适用范围广，适用于绝大多数锚杆；（4）自动预警，在灯光或扫描设备的作用下，自动发出警报，便于相关人员及时做出处理；（5）技术要求低，监测结果判识清晰，监测人员无需进行特别培训。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述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专利技术的一些实施例，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。图1为本专利技术的锚杆轴力可视化监测预警装置示意图；图2为图1的爆炸图；图3为本专利技术的顶盖示意图；图4为本专利技术的转轴示意图；图5为本专利技术的锚杆轴力可视化监测预警装置工作时的示意图。其中：1、顶盖，1-1、上环孔，1-2、上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：包括顶盖（1）和底盖（2），锚杆（8）穿过顶盖（1）和底盖（2），锚杆（8）的端部设置有螺母（6），顶盖（1）和底盖（2）夹持在螺母（6）与岩体之间，顶盖（1）和底盖（2）之间设置有转轴（4）和压缩弹簧（5），转轴（4）的两端分别与顶盖（1）和底盖（2）转动连接，转轴（4）与顶盖（1）或/和底盖之间设置有发条弹簧（3），转轴（4）上设置有滑槽（4-1），滑槽（4-1）的槽底为回转坡面（4-4），顶盖（1）或底盖（2）上设置有与回转坡面（4-4）顶接的滑动柱（1-4），转轴（4）上设置有扇叶（4-3），扇叶（4-3）上设置有预警标识，顶盖（1）或/和底盖（2）上设置有与预警标识相对应的监测孔（1-3）。/n

【技术特征摘要】
1.一种锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：包括顶盖（1）和底盖（2），锚杆（8）穿过顶盖（1）和底盖（2），锚杆（8）的端部设置有螺母（6），顶盖（1）和底盖（2）夹持在螺母（6）与岩体之间，顶盖（1）和底盖（2）之间设置有转轴（4）和压缩弹簧（5），转轴（4）的两端分别与顶盖（1）和底盖（2）转动连接，转轴（4）与顶盖（1）或/和底盖之间设置有发条弹簧（3），转轴（4）上设置有滑槽（4-1），滑槽（4-1）的槽底为回转坡面（4-4），顶盖（1）或底盖（2）上设置有与回转坡面（4-4）顶接的滑动柱（1-4），转轴（4）上设置有扇叶（4-3），扇叶（4-3）上设置有预警标识，顶盖（1）或/和底盖（2）上设置有与预警标识相对应的监测孔（1-3）。


2.根据权利要求1所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述扇叶（4-3）上的预警标识包括至少一个轴力阈值区间。


3.根据权利要求2所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：不同轴力阈值区间设置有不同图案，所述图案包括条形码或/和二维码或/和图像。


4.根据权利要求3所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述图案包括涂抹图案或/和印刷图案或/和雕刻图案。


5.根据权利要求1-4任一项所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述转轴（4）的中心设置有轴孔（4-2），顶盖（1）上设置有与轴（4-2）孔转动配合的上限位轴（1-2），底盖（2）上设置有与轴孔（4-2）转动配合的下限位轴（2-2）。


6.根据权利要求5所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述滑槽（4-1）开设在转轴（4）的外缘且为外侧壁开放式结构。


7.根据权利要求1-4或6任一项所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述滑槽（4-1）绕转轴（4）的轴线回转设置。


8.根据权利要求7所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述滑槽（4-1）的回转坡面（4-4）朝向顶盖（1），所述滑动柱（1-4）设置在顶盖（1）上。


9.根据权利要求1-4或6或8任一项所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述发条弹簧（3）套设在转轴（4）上，底盖（2）上设置有弹簧夹（2-3），发条弹簧（3）的固定端与弹簧夹（2-3）相连。


10.根据权利要求9所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述底盖（2）包括槽口结构，顶盖（1）与槽口结构滑动配合。


11.根据权利要求1-4或6或8或10任一项所述的锚杆轴力可视化监测预警装置，其特征在于：所述顶盖（1）上设有凸起的上环孔（1-1），底盖（2）上设置有凸起的下环孔（2-1），所述压缩弹簧（5）套设在上环孔（1-1）与下环孔（2-1）之间。


12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕程程，白中坤，李鹏，于少辉，李洋，王宁，王薛霞，李明芳，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41