一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器的制作方法

本实用新型涉及矿井巷道锚杆安装领域，具体涉及一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器。

背景技术：

锚杆作为主动支护，是矿山巷道支护当前最有效的支护形式之一。每年我国煤矿巷道的锚杆用量就达到10亿根以上，新掘进进巷道数千公里。锚杆主动支护的最重要的指标就是预应力，而这一指标很难直观的观察到，只能通过事后抽检确定施工质量。因此，对于锚杆支护来说，定量控制锚杆预应力并实现安装即合格，对提高巷道锚杆支护效果和巷道支护质量至关重要。

现有的锚杆预应力施加主要有以下三个方面的问题：（1）锚杆钻机输出的实际扭矩未知。采用锚杆钻机等施工机具施工时，我们仅仅知道钻机型号及核定扭矩，但是并不知道实际输出扭矩，这导致无法控制安装质量，全凭施工人员的经验安装，再通过事后抽检的方式，检验预应力的安装是否合格。（2）锚杆钻机额定扭矩不足，但是不能通过增加其额定扭矩。考虑到施工安全，我国锚杆钻机的输出扭矩一般不超过150n.m，超过该值后，一旦卡钻容易伤人。因此，施工人员不敢使用额定扭矩施加预应力，因为一旦停转，容易发生扭伤胳膊，甚至发生将人甩出的事故，这都造成安装扭矩无法满足锚杆支护设计的预应力，使得巷道支护质量难以保证。（3）现有锚杆预紧力需要二次紧固。一旦发生抽检不合格的情况，需要对工期内的所有锚杆进行人工二次紧固，费时费力且增加工人劳动强度。另外在实际生产过程中，锚杆预应力损失，会造成预应力降低。如果存在定量化控制预应力的装置即可解决上述问题，并可通过施加富余量的方式，解决预应力损失和二次紧固问题。

因此，为了经济、有效地解决锚杆支护预应力无法定量控制、智能通过事后抽检检验安装质量，以及钻机骤停伤人问题，需要提供一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器。

技术实现要素：

为了解决锚杆支护中紧固扭矩不足、紧固扭矩无法定量控制、不同巷道安装扭矩调节和锚杆钻机达到最大扭矩伤人问题，本实用新型公开了一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器，包括输入轴、随检及力矩脱离装置、行星齿轮装置和输出轴，所述随检及力矩脱离装置包括中心套和设置在中心套外周的外圆套；所述中心套为外周设置有多台阶的空心轴，所述中心套通过螺纹和键与输入轴固定连接，所述外圆套通过连接螺栓与行星齿轮装置的输入端固定连接，行星齿轮装置的输出端与输出轴固定连接；所述中心套与外圆套之间设置有轴承、中心环、压环、定位盘和刻度盘，所述轴承通过卡簧与中心套固定连接；所述中心环通过轴承与中心套连接；所述外圆套通过螺栓与所述中心环一侧固定连接；所述压环位于所述中心环另一侧，所述压环与所述中心环之间设置有滚动体，所述中心环上与所述滚动体对应位置设置有滚动体槽，所述压环上与所述滚动体对应位置设置有环形的浅凹槽，所述浅凹槽内均匀分布有多个与滚动体外形匹配的深凹槽；所述定位盘设置在所述压环另一侧并与中心套固定连接；所述压环与定位盘之间设置有弹簧组，所述刻度盘设置在所述定位盘外侧并与定位盘固定连接。

所述行星齿轮装置的外周设置有把手或链条。

所述定位盘上均布有多个定位孔，所述刻度盘外部盘面上设置有固定孔，所述固定孔两侧设置有扣爪抓孔，调节螺栓的一端穿过所述固定孔设置在所述定位孔内，调节螺栓另一端的端部为椭圆形，且沿椭圆形短轴方向开销孔，防松扣爪两侧的爪部分别设置在所述扣爪抓孔内，防松扣爪中心设置有与调节螺栓位置对应的长条孔，锁紧螺母设置在调节螺栓上并位于所述防松扣爪外侧，所述开销孔内设置有销钉。

所述滚动体为滚珠、滚柱、或者滚针。

所述弹簧组为碟型簧组、螺旋弹簧或压簧。

所述中心套外周与所述刻度盘对应的位置设置有外螺纹，所述刻度盘与所述中心套通过螺纹连接，所述定位盘与所述中心套通过键连接。

所述刻度盘外部盘面上设置有两个调节孔以及沿径向均匀分布的刻度线。

所述刻度盘外周侧面设置有外u型槽，所述外u型槽内设置有用于与所述外圆套配合的密封圈。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）本实用新型提供了一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器，不仅实现了巷道锚杆安装扭矩的定量控制，解决了锚杆安装经验化难题，而且，通过行星齿轮装置，可以实现安装扭矩的增大，提高了锚杆支护质量，保证了锚杆安装的安全。

（2）本实用新型采用机械方式紧固，当监测到安装扭矩达到设计扭矩时，钻机与锚杆间的力矩传递切断，实现随检-力矩脱离，并且以低扭矩运转，减少工人操作难度和所受冲击力，提高了施工安全。而且，安全完即可检验达标，无需人工二次预紧，降低了工人劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中随检及力矩脱离装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中刻度盘的平面示意图；

图4为本实用新型实施例一中定位盘安装的剖面示意图；

图5为本实用新型实施例一中压环的表面凹槽的示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例三中随检及力矩脱离装置的结构示意图；

图8为本实用新型实施例三中压环的表面凹槽的示意图；

图中：1输入轴、2随检力矩脱离装置、3行星齿轮装置、4输出轴、21中心套、22外圆套、23卡簧、24轴承、25中心环、26滚动体、27压环、28弹簧组、29定位盘、210刻度盘、211固定螺栓、212键、213调节螺栓、214锁紧螺母、215连接螺栓、216内螺纹段、217第一键槽，218外螺纹、219第二键槽、220固定孔、221调节孔、222外u型槽、223密封圈、224扣爪抓孔、225高频震动防松扣爪、226长条孔、227销孔、228刻度线、229定位孔、251滚动体槽、271浅凹槽、272深凹槽，31链条，32把手。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1~5所示，本实用新型实施例一提供了一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器，包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、行星齿轮装置3和输出轴4，所述随检及力矩脱离装置2包括中心套21和设置在中心套21外周的外圆套22；所述中心套21为外周设置有多台阶的空心轴，所述中心套21通过螺纹和键与输入轴1固定连接，所述外圆套22通过连接螺栓215与行星齿轮装置3的输入端固定连接，行星齿轮装置3的输出端与输出轴4固定连接；所述中心套21与外圆套22之间设置有轴承24、中心环25、压环27、定位盘29和刻度盘210，所述轴承24通过卡簧23与中心套21固定连接；所述中心环25通过轴承24与中心套21连接；所述外圆套22通过螺栓与所述中心环25一侧固定连接；所述压环27位于所述中心环25另一侧并通过键与中心套21连接，所述压环27与所述中心环25之间设置有滚动体，所述中心环25上与所述滚动体对应位置设置有滚动体槽251，所述压环27上与所述滚动体对应位置设置有环形的浅凹槽271，所述浅凹槽271内均匀分布有多个与滚动体外形匹配的深凹槽272；所述定位盘29设置在所述压环27另一侧并与中心套21固定连接；所述压环27与定位盘29之间设置有弹簧组，所述刻度盘210设置在所述定位盘29外侧并与定位盘固定连接。

如图1所示，本实施例中，所述行星齿轮装置3的外周设置有链条31。安装时，需要通过链条31把持住行星齿轮装置3，避免行星齿轮装置进行扭矩增大时的反向旋转。

进一步地，如图3所示，本实施例中，所述定位盘29上均布有多个定位孔229，所述刻度盘210外部盘面上设置有固定孔220，所述固定孔220两侧设置有扣爪抓孔224，调节螺栓213的一端穿过所述固定孔220设置在所述定位孔229内，调节螺栓213另一端的端部为椭圆形，且沿椭圆形短轴方向开销孔227，防松扣爪225两侧的爪部分别设置在所述扣爪抓孔224内，防松扣爪225中心设置有与调节螺栓213位置对应的长条孔226，锁紧螺母214设置在调节螺栓213上并位于所述防松扣爪225外侧，所述开销孔227内设置有销钉。锁紧螺母214用于将防松扣爪225固定在调节螺栓213上，使其固定，进而对调节螺栓213起到防止转动的固定作用。具体地，本实施例中，所述定位盘29上均布有多个定位孔229；所述刻度盘210外部盘面上设置有两个调节孔221以及沿径向均匀分布的刻度线228。

具体地，当需要调节安装力矩时，依次将销钉、锁紧螺母、防松扣爪从调节螺栓上取下，然后卸掉调节螺栓，转动刻度盘210，即可以调节定位盘29与压环27之间的距离，也就是调节弹簧组28的弹力，刻度线228可以指示调节值，调节完成后，将锁紧螺母装好后，依次装上防松扣爪，锁定螺母和销钉即可。防松扣爪225上的长条孔可以限制调节螺栓的震动，而锁紧螺母，扣爪抓孔的配合，将防松扣爪固定在刻度盘上，销钉又将锁紧螺母锁定在调节螺母上，因此，本实施例的固定结构可以将刻度盘与定位盘紧密连接，防止高频震动脱落，而且，本实施例的装置还可以调节安装扭矩。

具体地，本实施例中，所述滚动体为滚珠，所述弹簧组为碟型簧组。

具体地，如图5所示，本实施例中，所述压环27上与所述滚动体26对应位置设置有环形的浅凹槽，所述浅凹槽271内均匀分布有多个与滚动体外形匹配的深凹槽272；此外，所述中心环25上与所述滚动体26对应的位置设置也设置有用于容纳滚动体的滚动体槽251，具体地，本实施例中，所述滚动体26位滚珠，所述滚动体槽251为半球形。

进一步地，如图2所示，本实施例中，所述中心套21外周与所述刻度盘210对应的位置设置有外螺纹218，所述刻度盘210与所述中心套21通过螺纹连接，所述定位盘29与所述中心套21通过位于第二键槽219内的键连接。

进一步地，如图3所示，本实施例中，所述刻度盘210外部盘面上设置有两个调节孔221以及沿径向均匀分布的刻度线228。

进一步地，如图2所示，本实施例中，所述刻度盘210外周侧面设置有外u型槽222，所述外u型槽222内设置有用于与所述外圆套22配合的密封圈223。

本实施例的工作原理如下：中心套21因其与输入轴1采用螺纹和键连接，当输入轴1转动时，可带动中心套21转动，定位盘29通过键与中心套21固定连接，刻度盘210与定位盘29固定连接，压环27与定位盘29之间设置有弹簧组28，则在弹簧组28的作用下，当中心套21随着输入轴1转动时，可以带动定位盘29和刻度盘210和压环27同步转动，滚动体26放置于中心环25的半球形槽251中，因为中心环25的滚动体槽251（半球形槽）比深凹槽272的深度大，滚动体26先从深凹槽272中滚出。当输入轴1处输入扭矩，扭矩通过中心套21、定位盘29、弹簧组28、压环27传递给滚动体26，如果压环27施加给滚动体26的主动力小于弹簧组28推力作用下滚出深凹槽272的阻力，滚动体26的两侧分别位于深凹槽272和中心环25的半球形槽251中，滚动体26无法滚出深凹槽272，则扭矩继续传递到中心环25。因中心环25与外圆套22通过固定螺栓211连接，所以扭矩进一步传递给外圆套22，并通过外圆套22传递给行星齿轮装置3，经行星齿轮装置3进行扭矩增大后传递给输出轴4。当输出轴4受到较大阻力时，会产生一个与输入轴1相反的反向扭矩，反向扭矩依次通过外圆套22，中心环25、滚动体26、压环27、弹簧组28、定位盘29、刻度盘210、中心套21。一旦反向扭矩产生的力大于等于滚动体26滚出压环27上深凹槽272的最大静摩擦力时，滚动体26仍然处于半球形槽251中，而压环27与滚动体26之间相对运动，则滚动体26滚出深凹槽272，沿浅凹槽271继续滚动，在进入下一个深凹槽272前，在轴承24的扶正下，中心套21、滚动体26、压环27、弹簧组28、定位盘29、刻度盘210在输入轴1的扭矩作用下继续旋转，而外圆套22、中心环25、行星齿轮装置3和输出轴4则停止转动，实现了输入轴1和输出轴4之间的力矩脱离和力矩增大。同时由于可以通过旋转刻度盘210设定弹簧组28的压缩量，调节滚动体26滚出压环27上深凹槽272的最大静摩擦力，因此本实用新型不仅可以实现输出扭矩的调节和检验，从而达到随检-力矩脱离的目的，而且，通过行星齿轮装置，还可以实现扭矩的增大。

本实用新型实施例的使用方法如下：如图3、4所示，利用专用扳手通过调节孔221旋转调节刻度盘210，达到某一设定随检-脱离扭矩，安装防松扣爪225，将调节螺栓213一端插入定位盘29上的定位孔229内，另一端用锁紧螺母214紧固。

如图1所示，输入轴1连接锚杆钻机，开动钻机向输入端1输出扭矩。当未达到设定扭矩值时，输入轴1将扭矩通过随检力矩脱离装置2整体随输入端旋转，进一步将扭矩传递给行星齿轮装置3，然后行星齿轮装置3将扭矩通过输出轴4传递给锚杆螺母，进行紧固。对锚杆进行安装时，需要通过行星齿轮装置上的链条对行星齿轮装置进行手持，避免行星齿轮装置进行扭矩增大时的反向旋转。

如图1、4所示，当输入轴的扭矩达到设定值时，滚动体26滚出压环27上深凹槽272，中心环25和压环27之间的间隙增大，实现力矩脱离。滚动体26沿滚动一定距离后进入深凹槽272，再达到设定值时，滚动体26再次滚出压环27上浅凹槽271，以此往返的滚入、滚出深凹槽272，从而实现力矩脱离，此时设定扭矩是已知的，行星齿轮的扭矩增大是固定的，故本实施例不仅可以实现扭矩的随检，还可以实现扭矩的增大，一次性实现锚杆的定量控制和安装。力矩脱离过程中，中心套21、卡簧23、滚动体26、压环27、弹簧组28、定位盘29、刻度盘210、固定螺栓211、调节螺栓213、锁紧螺母214等在输入端1的扭矩作用下继续旋转，而外圆套22、中心环25、行星齿轮装置3和输出轴4则停止转动。

实施例2

如图6所示，为本实用新型实施例二提供的一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器的结构示意图，与实施例一相同的是，本实施例中，也包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、行星齿轮装置3和输出轴4，所述输入轴1、随检及力矩脱离装置2、行星齿轮装置3和输出轴4的结构与实施例一也相同，不同的是，本实施例中，行星齿轮装置上设置的是把手32而不是链条，对锚杆进行安装时，可以通过行星齿轮装置上的把手对行星齿轮装置进行手持，避免行星齿轮装置进行扭矩增大时的反向旋转。

实施例3

本实用新型实施例三提供了一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器，与实施例一相同的是，本实施例中，也包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、行星齿轮装置3和输出轴4，所述输入轴1、行星齿轮装置3和输出轴4的结构与实施例一也相同，不同的是，本实施例中，随检及力矩脱离装置2的结构不同。如图7~8所示，本实施例中，随检及力矩脱离装置2内部的弹簧组为螺旋弹簧，而且，滚动体26为滚柱，滚柱为圆台柱状，靠近压环27轴心一侧的直径小，中心环25上的滚动体槽251为半圆筒槽，此外，压环27上的浅凹槽271和深凹槽272的截面为柱形。

此外，本实施例中，弹簧组28也可以为压簧，滚动体26也可以为滚针。

综上，本实用新型提供了一种可力矩定量控制及随检的锚杆安装器，采用机械方式紧固，当监测到安装扭矩达到设计扭矩时，钻机与锚杆间的力矩传递切断，并且以低扭矩运转，实现随检与力矩脱离，而且，还可以实现扭矩的增大，进行锚杆的一次性紧固安装、因此，本实用新型不仅可以减少工人操作难度和所受冲击力，提高了施工安全；而且可检验达标，无需人工二次预紧，降低了工人劳动强度。此外，本实用新型通过设置定位盘和刻度盘，利用刻度盘转动带动定位盘移动来控制弹簧组的弹力，实现了巷道锚杆安装扭矩的定量控制，解决了锚杆安装经验化难题，提高了锚杆支护质量，保证了施工安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。