一种锚杆冲击试验装置及其方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于材料力学性能测试，涉及矿山支护技术领域，特别是涉及一种锚杆冲击试验装置。
【背景技术】
[0002]目前，因具有支护成本低、成巷速度快、劳动强度小等优点，锚杆支护已成为世界各国矿井巷道的一种主要支护形式，且广泛应用于我国煤矿巷道中。在实际采矿活动中，冲击地压发生时，巷道围岩瞬间破坏释放大量能量并对锚杆造成轴向冲击，使锚杆体多发生拉伸变形。因此，为保障矿井安全高效生产，对锚杆进行专门的力学性能测试尤其是在动载作用下的力学性能测试是十分必要的。
[0003]现有的试验设备一种是采用静态拉伸的方式对锚杆进行静态拉伸试验，然而这种静态试验方式缺少符合锚杆实际破坏情况的专门的冲击试验装置，所采集的数据不准确。另一种是采用动态测试方法，此方法是利用落锤自由下落或摆锤自由下摆冲击锚杆，测量该过程中锚杆的受力及变形状况，其中通过改变落锤的自重和高度来提供冲击能冲击锚杆的方式要求试验设备高度很高，且增减落锤重量时拆卸困难，最重要的是落锤的自重可调节范围及可升降高度有限，导致所提供的冲击能范围有限；而摆锤自由下摆的方式只能通过改变摆锤摆动角度来提供冲击能冲击锚杆，所能提供的冲击能更是有限。因此，当锚杆的承受力不在落锤或摆锤所能提供冲击能范围内时，则无法测量到锚杆的最大承受力。以上的锚杆冲击试验装置都无法得到完整且精确的力学性能数据参数，导致测试的不准确性和不科学性。因此，有必要设计一种更好锚杆冲击试验装置以解决现有技术存在的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锚杆冲击试验装置，能够实现专用于锚杆力学性能测试的高速冲击试验。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种锚杆冲击试验装置，用于测试锚杆的力学性能，所述锚杆冲击试验装置包括底座，所述底座上固定有立柱，所述立柱的顶端设有顶梁，所述锚杆固定于所述顶梁，所述立柱上安装有冲击梁，所述冲击梁上设有传感器，所述锚杆上设有冲击板，所述冲击梁位于所述冲击板的上方，所述冲击梁在冲击力施加单元的作用下冲击所述冲击板以拉伸所述锚杆，所述传感器测量所述锚杆拉伸过程中的力学参数。
[0007]进一步，所述冲击力施加单兀包括液压冲击缸和冲击缸固定梁，所述液压冲击缸的液压活塞杆与所述传感器相连接。
[0008]进一步，所述液压冲击缸与外部液压机相连通。
[0009]进一步，所述冲击梁与所述液压活塞杆通过所述传感器相连接，三者共同运动。
[0010]进一步，所述冲击板焊接于所述锚杆上，并位于所述锚杆的尾部托盘上方。
[0011]进一步，所述传感器是拉应力传感器。
[0012]进一步，所述立柱固定于所述底座的两侧。
[0013]—种采用上述锚杆冲击试验装置的试验方法，包括:
[0014]a.将所述冲击板固定于所述锚杆上，并将所述锚杆固定于所述顶梁上，所述冲击板位于所述冲击梁的下方；
[0015]b.启动外部液压机，并设定其载荷输出值，所述外部液压机驱动所述冲击力施加单元快速向下移动，进而带动所述冲击梁快速向下移动冲击所述冲击板，所述冲击板直接将冲击载荷传递给所述锚杆，所述传感器用于记录该冲击过程中的冲击力数值；
[0016]c.观察所述锚杆受到冲击后的状态，若所述锚杆被瞬间拉断，则采集所述传感器记录的整个冲击过程中冲击力数值，完成一次试验;若所述锚杆未被拉断，则调整所述外部液压机的载荷输出值，重复步骤b，直至所述锚杆被拉断。
[0017]进一步，所述冲击力施加单元包括液压冲击缸和冲击缸固定梁，所述液压冲击缸上设有液压活塞杆，在步骤b中，所述液压活塞杆快速向下移动以带动所述冲击梁向下移动。
[0018]进一步，步骤a中，所述冲击板焊接于所述锚杆上，并位于所述锚杆的尾部托盘上方。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]所述立柱上安装有冲击梁，所述锚杆上设有冲击板，所述冲击梁位于所述冲击板的上方，所述冲击梁在冲击力施加单元的作用下冲击所述冲击板以拉伸所述锚杆，所述传感器测量所述锚杆拉伸过程中的力学参数，所述冲击力施加单元可以提供足够的冲击载荷，以冲击所述锚杆使其断裂，便于测量到其断裂时的最大载荷值及其他力学参数，更符合实际运用中锚杆受到破坏时承受的冲击力，试验结果更具有准确性和科学性。
【附图说明】
[0021]图1为本发明一种锚杆冲击试验装置的结构示意图。
[0022]图中，I一顶梁，2—螺纹孔，3—锚杆，4一冲击板，5—冲击梁，6—锚杆托盘，7—传感器，8—液压活塞杆，9一进液口，10—冲击缸，11一冲击缸固定梁，12—立柱，13—底座。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0024]如图1所示，本发明的锚杆冲击试验装置，包括锚杆拉伸冲击试验单元及冲击力施加单元，锚杆拉伸冲击试验单元及冲击力施加单元依次套于立柱12上，锚杆拉伸冲击试验单元与冲击力施加单元相配合。
[0025]锚杆拉伸冲击单元包括底座13，底座13的两侧固定有立柱12，立柱12的顶端设有顶梁I，在顶梁I下表面中心处设有螺纹孔2，锚杆3固定于该螺纹孔2内，锚杆3的底部设有锚杆托盘6，在锚杆托盘6的上方固定有冲击板4，优选的，冲击板4焊接于锚杆3上，冲击板4的上方设有冲击梁5，冲击梁5的两侧向下延伸连接于冲击力施加单元，当冲击力施加单元施力于冲击梁5时，冲击梁5冲击冲击板4以拉伸锚杆3。冲击梁的下端连接有传感器7，优选的，所述传感器是拉应力传感器。
[0026]所述冲击力施加单元包括液压冲击缸10和冲击缸固定梁11，所述液压冲击缸10固定于冲击缸固定梁11中心处，冲击缸固定梁11安装于立柱12上并位于冲击梁5下侧。所述液压冲击缸10的液压活塞杆8上端与传感器7相连接，传感器7的下端与液压活塞杆7固定连接，传感器的上端与冲击梁5的下端固定连接，可以采用螺纹连接的方式，通过这种连接，液压活塞杆8与冲击梁5以及传感器7共同运动。所述液压冲击缸10通过缸体上的进液口 9与外部液压机相连通。
[0027]采用本发明的锚杆冲击试验装置进行锚杆拉伸冲击试验，以获取锚杆在冲击载荷作用下的力学性能，试验方法如下:
[0028]a.将冲击板4焊接在锚杆3尾端托盘6上方，并将锚杆3顶端固定在顶梁I中心螺纹孔2处；
[0029]b.启动外部液压机，同时设定外部液压机的载荷输出值，外部液压机驱动液压冲击缸10的液压活塞杆8快速向下移动，进而带动冲击梁5快速下行，此时冲击梁5会以高速冲击冲击板4，并将冲击力传递给冲击板4，而冲击板4直接将冲击载荷传递给锚杆3，锚杆3被拉伸；
[0030]c.观察锚杆3受到冲击后的状态，如果冲击过程中冲击力大于锚杆3所能承受的极限值，锚杆3会瞬间被拉断，而整个冲击过程的冲击力随时间变化的冲击力数值都将被传感器7采集下来，此时完成一次锚杆冲击试验;如果冲击力小于锚杆冲击试验用的锚杆3所能承受的极限值，锚杆3不会被拉断，证明外部液压机的载荷输出值过小，此时停止外部液压机的载荷输出，重新设定载荷输出值，可以往复多次的进行步骤b的拉伸冲击试验，直到锚杆被拉断。
[0031]通过上述方法可以采集到锚杆3受到冲击时的力学参数，并且能够测得锚杆的最大承受力，满足了测量锚杆力学性能的拉伸冲击试验，为提高矿井支护强度，高效安全生产奠定了基础。
[0032]实施例中的方案并非限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施例或变更，均包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种锚杆冲击试验装置，用于测试锚杆的力学性能，其特征在于，包括:底座，所述底座上固定有立柱，所述立柱的顶端设有顶梁，所述锚杆固定于所述顶梁，所述立柱上安装有冲击梁，所述冲击梁上设有传感器，所述锚杆上设有冲击板，所述冲击梁位于所述冲击板的上方，所述冲击梁在冲击力施加单元的作用下冲击所述冲击板以拉伸所述锚杆，所述传感器测量所述锚杆拉伸过程中的力学参数。2.根据权利要求1所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述冲击力施加单元包括液压冲击缸和冲击缸固定梁，所述液压冲击缸的液压活塞杆与所述传感器相连接。3.根据权利要求2所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述液压冲击缸与外部液压机相连通。4.根据权利要求2所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述冲击梁与所述液压活塞杆通过所述传感器相连接，三者共同运动。5.根据权利要求1所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述冲击板焊接于所述锚杆上，并位于所述锚杆的尾部托盘上方。6.根据权利要求1所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述传感器是拉应力传感器。7.根据权利要求1所述的锚杆冲击试验装置，其特征在于:所述立柱固定于所述底座的两侧。8.一种采用权利要求1所述的锚杆冲击试验装置的方法，其特征在于，包括: a.将所述冲击板固定于所述锚杆上，并将所述锚杆固定于所述顶梁上，所述冲击板位于所述冲击梁的下方； b.启动外部液压机，并设定其载荷输出值，所述外部液压机驱动所述冲击力施加单元快速向下移动，进而带动所述冲击梁快速向下移动冲击所述冲击板，所述冲击板直接将冲击载荷传递给所述锚杆，所述传感器用于记录该冲击过程中的冲击力数值； c.观察所述锚杆受到冲击后的状态，若所述锚杆被瞬间拉断，则采集所述传感器记录的整个冲击过程中冲击力数值，完成一次试验;若所述锚杆未被拉断，则调整所述外部液压机的载荷输出值，重复步骤b，直至所述锚杆被拉断。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:所述冲击力施加单元包括液压冲击缸和冲击缸固定梁，所述液压冲击缸上设有液压活塞杆，在步骤b中，所述液压活塞杆快速向下移动以带动所述冲击梁向下移动。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤a中，所述冲击板焊接于所述锚杆上，并位于所述锚杆的尾部托盘上方。
【专利摘要】一种锚杆冲击试验装置及其方法，用于测试锚杆的力学性能，所述锚杆冲击试验装置包括底座，所述底座上固定有立柱，所述立柱的顶端设有顶梁，所述锚杆固定于所述顶梁，所述立柱上安装有冲击梁，所述冲击梁上设有传感器，所述锚杆上设有冲击板，所述冲击梁位于所述冲击板的上方，所述冲击梁在冲击力施加单元的作用下冲击所述冲击板以拉伸所述锚杆，所述传感器测量所述锚杆拉伸过程中的力学参数，所述冲击力施加单元可以提供足够的冲击载荷，以冲击所述锚杆使其断裂，便于测量到其断裂时的最大载荷值及其他力学参数，更符合实际运用中锚杆受到破坏时承受的冲击力量，试验结果更具有准确性和科学性。
【IPC分类】G01N3/307
【公开号】CN105606472
【申请号】CN201610133907
【发明人】潘一山, 朱小景, 唐治, 李忠华, 李国臻
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月10日