一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置及方法，属于岩土与地下工程支护监测技术领域，包括：锚杆、齿轮螺母、托盘、传递齿轮、转换齿轮和位移读取器，所述齿轮螺母、所述传递齿轮和所述位移读取器均连接在托盘上，所述锚杆贯穿所述齿轮螺母并与所述齿轮螺母螺纹连接，所述齿轮螺母与所述传递齿轮啮合连接，所述转换齿轮与所述位移读取器同轴连接，所述传递齿轮与所述转换齿轮啮合连接。本发明专利技术具有安装便捷、数据可靠、成本低廉的优点。成本低廉的优点。成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土与地下工程支护监测
，具体涉及一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置及方法。

技术介绍

[0002]预应力锚固技术通过在锚杆上施加预应力来实现岩体的稳定，可以充分发挥岩体的稳定性，是一种可靠性强、经济效益好、对原岩扰动小的加固技术。传统的预应力锚杆由锚头、杆体和垫板组成。锚头产生的锚固力使得锚杆整体对围岩施加一定的预压应力从而发挥主动强化围岩的功能。一般来说，对锚杆施加预应力(预紧力)是锚杆主动支护的主要手段，预应力(预紧力)处于合适的范围内才能最大利用锚杆的主动支护作用。但由于受围岩变形、施工安装等因素影响，锚杆安装后其预应力会造成不可控的损失。因此，如何实时获得巷道、隧道、硐室等地下工程锚杆预应力的实际情况，这是影响锚杆支护效果能否得到充分发挥的关键。
[0003]20世纪中叶以来，国内外对预应力锚杆的技术理论进行了大量研究，主要着力点在于锚固系统和加固岩体两方面，具体研究了预应力的传递机理、作用机理和锚固效果，而对预应力及围岩控制效果之间的关系的相关研究较少。从施工中来说，仅仅是判断螺栓预应力的情况已经存在许多问题有待解决。目前对锚杆施加预应力主要采用力矩扳手、力矩放大器和螺栓定位器，但此类方法存在着无法实时动态地监测锚杆预应力大小、测量精度低、可靠性差等问题，致使对锚杆后续支护效果没有较好的指导意义。目前常使用锚杆测力计或压力盒(液压枕)同样可实时监测锚杆受力状态，但此类方法实际上监测的是锚杆的轴向力，而不是锚杆施加的预应力。研究表明，根据锚杆材料变形也能反馈锚杆的预应力情况，在一定的变形范围内使用这种方法所得到的结论是相对准确的。因此，可根据锚杆因预应力施加产生的变形用于监测预应力大小的方法具有一定的可靠性，但此类方法往往结构复杂或者成本较高，不便于应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置及方法，具有实时获取预应力状态信息的的优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，包括：锚杆、齿轮螺母、托盘、传递齿轮、转换齿轮和位移读取器，所述齿轮螺母、所述传递齿轮和所述位移读取器均连接在所述托盘上，所述锚杆贯穿所述齿轮螺母并与所述齿轮螺母螺纹连接，所述齿轮螺母与所述传递齿轮啮合连接，所述转换齿轮与所述位移读取器同轴连接，所述传递齿轮与所述转换齿轮啮合连接。
[0007]进一步地，所述传递齿轮的中心转轴穿插在所述托盘上。
[0008]进一步地，所述转换齿轮的转轴一端为圆柱状转轴，另一端为棱柱状转轴。
[0009]进一步地，所述位移读取器包括：位移读取器外壳、位移卷尺和指针，所述位移读取器外壳内设置有读取器内腔，所述圆柱状转轴贯穿所述位移读取器外壳，并与所述外壳轴承连接，所述位移卷尺位于读取器内腔中，并固定在所述圆柱状转轴上，所述指针设置在所述读取器外壳顶部开口处。
[0010]进一步地，所述位移读取器还包括固定脚，所述固定脚设置在所述读取器外壳的底部，并通过螺栓与托盘固定连接。
[0011]进一步地，还包括位移响应器，所述位移响应器包括：感应探头、转角传感器和报警器，所述转角传感器套设在所述圆柱状转轴上，所述感应探头套设在所述棱柱状转轴上，所述感应探头与所述转角传感器电连接，所述报警器与所述转角传感器电连接。
[0012]进一步地，所述位移读取器还包括：对接槽，所述对接槽设置在所述读取器外壳的正面，所述转角传感器底部翼缘中心设有凹型槽，与所述对接槽配合连接。
[0013]进一步地，所述位移响应器还包括：清零按钮，所述清零按钮安装在所述位移响应器上。
[0014]进一步地，所述感应探头外部设有突出杆。
[0015]一种机械齿轮式锚杆预应力监测方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1；在设计位置钻孔，放入锚杆，将托盘从锚杆外露段套入至围岩表面，将齿轮螺母从锚杆外露段拧至与托盘接触；
[0017]步骤2，在托盘指定位置设有的卡槽安装传递齿轮，传递齿轮与齿轮螺母的齿轮部分啮合，调整转换齿轮使得指针对应的位移卷尺上的刻度值为0，在微小幅度内再次调整转换齿轮使其与传递齿轮啮合，将位移读取器上的固定脚通过螺栓与托盘固定，记录此时指针所对应位移卷尺上的刻度值为初始值；
[0018]步骤3，将转角传感器底部凹槽对准位移读取器外壳正面的对接槽并对接，此时棱柱状转轴从转角传感器内的空心部分穿过，将感应探头底部空心棱槽对准棱柱状转轴并对接，按下转角传感器表面的清零按钮进行清零；
[0019]步骤4，将齿轮螺母拧紧，预应力开始施加，通过位移、转角之间的比例换算，指针对应的位移卷尺上的刻度变化，当预应力施加到位移响应器设定的对应值时，位移响应器发出响声，此时停止施加锚杆预应力。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术结构简单，使用方便，具有动态反应锚杆预应力情况的优点，弥补了现有锚杆无法在施工过程中实时获取预应力状态信息的缺点，增加了实时监测锚杆支护的能力，从而起到预防工程故障的作用，操作人员可以根据本专利技术的位移读取器使得施加的预应力位于设计要求的范围内，促进了施工了标准化；当预应力施加到位移响应器设定的对应值时，位移响应器发出响声，此时操作人员停止施加锚杆预应力，可避免对锚杆过渡施加预应力从而造成施加困难的情况，也可防止因对锚杆施加的预应力不够从而影响锚杆的支护效果，本专利技术装置结构上为传统机械式，结果可靠，使用后回收，可重复使用，生产成本小，经济效益高，在本领域内具有广泛的适用性。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1附图为本专利技术的整体结构示意图。
[0024]图2附图为本专利技术部分结构爆炸示意图。
[0025]图3附图为本专利技术部分结构示意图。
[0026]其中，图中：
[0027]1‑
锚杆，2
‑
齿轮螺母，3
‑
托盘，4
‑
围岩，5
‑
锚杆孔，6
‑
传递齿轮，7
‑
读取器内腔，8
‑
转换齿轮，9
‑
位移卷尺，10
‑
指针，11
‑
位移读取器外壳，12
‑
感应探头，13
‑
转角传感器，14
‑
棱柱状转轴，15
‑
圆柱状转轴，16
‑
对接槽，17
‑
螺栓，18
‑
固定脚，19
‑
清零按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，包括：锚杆(1)、齿轮螺母(2)、托盘(3)、传递齿轮(6)、转换齿轮(8)和位移读取器，所述齿轮螺母(2)、所述传递齿轮(6)和所述位移读取器均连接在所述托盘(3)上，所述锚杆(1)贯穿所述齿轮螺母(2)并与所述齿轮螺母(2)螺纹连接，所述齿轮螺母(2)与所述传递齿轮(6)啮合连接，所述转换齿轮(8)与所述位移读取器同轴连接，所述传递齿轮(6)与所述转换齿轮(8)啮合连接。2.根据权利要求1所述的一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，所述传递齿轮(6)的中心转轴穿插在所述托盘(3)上。3.根据权利要求1所述的一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，所述转换齿轮(8)的转轴一端为圆柱状转轴(15)，另一端为棱柱状转轴(14)。4.根据权利要求3所述的一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，所述位移读取器包括：位移读取器外壳(11)、位移卷尺(9)和指针(10)，所述位移读取器外壳(11)内设置有读取器内腔(7)，所述圆柱状转轴(15)贯穿所述位移读取器外壳(11)，并与所述外壳轴承连接，所述位移卷尺(9)位于读取器内腔(7)中，并固定在所述圆柱状转轴(15)上，所述指针(10)设置在所述读取器外壳(11)顶部开口处。5.根据权利要求4所述的一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，所述位移读取器还包括固定脚(18)，所述固定脚(18)设置在所述读取器外壳(11)的底部，并通过螺栓(17)与托盘(3)固定连接。6.根据权利要求4所述的一种机械齿轮式锚杆预应力监测装置，其特征在于，还包括位移响应器，所述位移响应器包括：感应探头(12)、转角传感器(13)和报警器，所述转角传感器(13)套设在所述圆柱状转轴(15)上，所述感应探头(12)套设在所述棱柱状转轴(14)上，所述感应探头(12)与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，温国惠，胡平，朱建平，连平小，孙兆冰，周广磊，史振，周涛，董润泽，杨超，戴永帅，孟庆彬，陈彦龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：