自适应耐蚀锚杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种自适应耐蚀锚杆，属于土木施工设备领域。
【背景技术】
[0002]锚杆支护具有适应性强、易于安装等特点，在矿山、隧道，坝体、土木建筑等工程技术中广为应用。可伸长锚杆可使锚杆和围岩在保证支护抗力的情况下有一定的变形，以释放围岩变形的破坏能量。这种锚杆按工作原理分为杆体可伸长和结构元件滑动可伸长两大类。前者是依靠锚杆材料的屈服强度和延伸率分别提供锚杆的支护阻力和延伸量，典型的是德国蒂森可伸长锚杆及前苏联研制的杆体弯曲伸长锚杆；后者是设计某些机械结构，当围岩变形传递给杆体，杆体内拉应力达到一定数值后，杆体可籍助于机械结构而滑动，杆体滑动的阻力和滑动量即为锚杆的工作阻力和延伸量，典型型式有结构摩擦滑动式、结构剪切滑动式和结构挤压滑动式。(候朝炯，可伸长锚杆原理及应用，东北煤炭技术，1995，5)。
[0003]赖应得等人在《几种可伸长锚杆(煤矿开采，1998年第3期)》中总结了可伸长销杆的几种形式，包括杆体摩擦伸长式、孔口压缩式、杆体蛇形式和杆体伸长式可伸长销杆等，但均未得到很好的推广应用。
[0004]随着矿产资源的开采深度不断延伸，巷道围岩体表现出明显的大变形、大地压、持续流变的软岩特性，对锚杆支护材料提出更高的要求:锚杆与围岩协调变形，允许围岩可控变形，发挥围岩的自支撑能力(张国卿.高强塑性TRIP钢锚杆的开发研宄[J].煤矿机械，2013，34(11):43-45)。传统高强度锚杆的伸长率一般在15%左右，已经不能适应这种新的要求，因此需要使用大变形锚杆。
[0005]李铀等人在《一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆》(中南公路工程，2007，第2期)文中还介绍了管缝式、水胀式等结构的可伸长锚杆也能实现大变形支护。
[0006]专利CN201010196197.2提出了一种恒阻大变形锚杆，利用杆体上的螺纹与螺母间的摩擦力提供阻力，实现大的变形量。但是这种借助摩擦提供阻力的结构，不能充分发挥锚杆自身的强度，必须使杆体本身直径很大才能提供足够的锚杆力。专利CN201110187361.8提出了一种加固大变形岩体的恒阻吸能锚杆，锥形筒挤压可扩径圆筒使其内径扩大产生阻力。实际上，很难控制圆筒在扩径过程中不被破坏而导致锚杆失效。CN201110332484提出了一种剪切套管式让压锚杆，锚杆杆体表面焊接有一定数量及间距的剪切核，通过剪切核与套管小内径段的相互剪切作用实现变形让压能力。这样的话，套管需要具有相当高的强度。CN201210139092.2公开了一种高强恒阻大变形锚杆及其使用方法，杆体通过拉丝模时直径的减小提供阻力和伸长。理论上，杆体发生整体的塑形变形需要的拉力非常大，而且要求限制变形的部件(如拉丝模等)的强度非常高，将会使锚杆成本很尚O
[0007]江利等人探讨了新型高强钢(TRIP钢和TWIP钢)用作锚杆的可能性(江利，沈寒领.新型超高强度锚杆材料的力学性能[J].矿山压力与顶板管理，1998，(4).:29-32),这种钢具有优异的强塑性，但价格昂贵，推广应用尚需时日。
[0008]一旦外界拉力F超过锚杆的变形抗力P，锚杆即发生伸长变形，伸长速度V是由拉力F和变形抗力P两个力的合力所决定。一般变形抗力P是一定的，所以伸长速度V随拉力F变化而改变。在需要恒定速度伸长的场合，变形速度不随外力变化而变化，需要进行复杂的控制，通过改变变形抗力以适应外力的变化，如专利CN102953743A公开了一种智能控制增阻大变形锚杆及其应用方法，利用计算机程序控制变形阻力。
[0009]锚杆一般是在密闭潮湿、干湿交替、永久浸泡等复杂环境中工作。这些因素都可能造成金属锚杆的腐蚀，破坏锚杆材料的表面，导致断裂或降低承载能力。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种自适应耐蚀锚杆，解决锚杆在密闭潮湿、干湿交替、永久浸泡等复杂环境中工作，造成金属锚杆的腐蚀，破坏锚杆材料的表面，导致断裂或降低承载能力的问题。
[0011]本发明的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0012]自适应耐蚀锚杆，包括推管、拉伸杆和支撑座，所述推管和支撑座套接在拉伸杆的外部，在所述推管和所述支撑座之间设有滚子，所述滚子位于所述支撑座内部，并且所述滚子设有多个，围绕所述拉伸杆的圆周均匀分布，所述滚子安装在所述推管的前端，使所述推管在向支撑座方向推动时，所述滚子或所述所述推管向所述拉伸杆施加径向压力；所述支撑座通过螺母固定。
[0013]优选的，所述滚子设为圆柱滚子，并对应所述滚子在所述支撑座内部设有渐缩状的导向槽；所述推管前端的推面为平面，所述滚子位于所述推管前端的推面上；对应所述滚子在所述拉伸杆的外表面一体化设有多个纵向的凸起，并且每个所述凸起的前端设为斜面结构。
[0014]进一步的设计是，所述滚子设有四个，并且位于同一横截面上。
[0015]优选的，所述滚子设为圆柱滚子，并对应每个所述滚子将所述推管设为与拉伸杆滑动配合的若干个纵向凸棱，在纵向凸棱的前端设有斜面，所述滚子与斜面配合，每个滚子位于所述支撑座内的滚子定位槽之中。
[0016]所述纵向凸棱与所述拉伸杆之间的配合面为平面。
[0017]优选的，在所述支撑座的侧壁上开口，并设有换向拉杆，所述换向拉杆与所述滚子配合，所述滚子设为圆柱滚子，所述推管前端的推面为平面，所述滚子位于所述推管前端的推面上。
[0018]优选的，所述滚子设为圆柱滚子，并对应所述滚子在所述支撑座内部设有渐缩状的导向槽；所述推管的外壁上设有若干个放射状结构的齿，并且齿的前端设为倾斜的表面，使所述推管在向前推动时，该表面与所述滚子配合。
[0019]优选的，所述滚子设为圆柱滚子，并对应所述滚子在所述支撑座内部设有渐缩状的导向槽；所述推管前端的推面为平面，所述滚子位于所述推管前端的推面上。
[0020]优选的，在所述支撑座的侧壁上开口，并设有压套，所述压套顶在所述滚子外侧，所述滚子设为球状滚子，所述推管的外壁上设有若干个放射状结构的齿，并且齿的前端设为倾斜的表面，使所述推管在向前推动时，该表面与所述滚子配合。
[0021]所述拉伸杆的表面采用塑性材料制造，芯杆采用硬质材料制造。
[0022]拉伸杆是软硬结合的结构，即由芯部到表面由两层构成，芯部是高强度的材料，而表层为高塑性的软质材料，受到挤压力时容易发生塑性变形。软质层可以是各种形状的的凸起，也可以不需要凸起。非变形体为高强度材料，根据工作条件选择高强钢等；支撑套、游动块和杠杆为硬质材料，在工作时不发生塑性变形和断裂。
[0023]表层耐蚀处理:在热处理炉内进行处理，通入压力0.0l-1MPa的水蒸汽或者氨气，在400-600°C温度下保温0.1-2小时。
[0024]表层软化耐蚀处理方法:在热处理炉内进行处理，通入水蒸汽和氢气的混合气，水蒸气压力0.0l-1MPa,氢气压力0.0l-1MPa0在400-900°C温度下保温1_10小时后停止供氢，在400-600°C温度下保温0.1-2小时。
[0025]拉伸杆通过硬质滚子后，在压下力作用下仅发生变形体的局部塑性变形(软质层或齿)，比摩擦式锚杆的阻力大，但比杆体全部发生塑性变形更容易实现；同时具备大变形和大抗力，并且能够根据需要进行调整，自适应外力的变化而保持匀速伸长；耐环境腐蚀下具有更长的服役寿命；结构简单、成本低廉。
[0026]本发明所述的自适应耐蚀锚杆，推管和拉伸杆受到方向相反的轴向外力时，拉伸杆产生伸长。作用在推管上的轴向外力由换向机构得到径向和轴向挤压分力，通过滚子作用在变形体上使其发生塑形变形，径向分力使硬质块稳定在平衡位置，推杆的塑性变形量一定，则伸长部分的伸长速度恒定。
[0027]当轴向外力改变时，轴向分力和径向分力随之改变，轴向分力使伸长速度变化，而径向分力驱动硬质块产生径向位移，阻碍伸长速度的的改变，则伸长部分的伸长速度保持恒定，也即自动适应了外力的变化。拉伸杆以拉拔式和轧压式变形:推管与支座通过螺栓连接在一起，支座上的硬质块与杆压紧，外力F作用时杆与管沿轴向相对运动，使拉伸杆表面的软质层发生局部塑性变形。
【附图说明】
[0028]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0029]图1是本发明实施例一所述自适应耐蚀锚杆的结构图。
[0030]图2是图1中截面示意图。
[0031]图3是本发明实施例二所述自适应耐蚀锚杆的结构图。
[0032]图4是图3中截面示意图。
[0033]图5是本