一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台及测试方法
【专利摘要】本发明涉及矿山支护【技术领域】，具体涉及一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台及测试方法。该试验台包括设置在所述安装测试台上的推进与搅拌测试机构、安装预紧测试机构及设置在工作测试台上的弯曲载荷测试机构、轴向载荷测试机构、剪切载荷测试机构和冲击载荷测试机构；通过该试验台可实现在实验室内模拟锚杆安装与工作过程，并对锚杆施加扭转、拉伸、弯曲、剪切与冲击等单项或多项组合外力；采用相互独立的加载系统对锚杆施加相应载荷，可分别进行锚杆安装与工作过程中各种载荷的独立试验，也可以进行安装受力与围岩变形引起的拉伸、剪切与冲击等几种任意工作受力的组合加载试验，从而有效测试锚杆在各种不同外力组合作用下的综合力学性能。
【专利说明】一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山支护【技术领域】，尤其涉及一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台及测试方法。
【背景技术】
[0002]锚杆支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道中得到大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆锚固于煤岩体内，拧紧杆尾螺母对围岩施加预应力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。
[0003]锚杆支护施工完成后，处于实际工作状态的锚杆受力情况十分复杂，包括支护施工的安装作用力和工作过程围岩变形破坏对锚杆的作用力。
[0004]锚杆支护施工过程中:在锚杆锚固与螺母拧紧时，锚杆承受施工机具施加的扭转力矩；锚杆在拧紧螺母后，承受初始轴向拉伸载荷和残余安装扭矩；安装托盘拧紧螺母后，锚杆安装钻孔轴线与围岩表面法线形成不同角度，锚杆杆体轴线向围岩表面法线方向偏转，在锚固段与非锚固段分界面处和钻孔孔口处发生弯曲，杆体承受弯曲载荷。
[0005]锚杆支护安装施工完成后，在采掘动压、地应力及地质构造应力等各种复杂应力作用下，巷道围岩内部应力重新分布，不可避免的发生离层碎胀及滑移错动等变形。锚杆支护工作过程中的围岩离层碎胀，使杆体承受的轴向拉伸载荷增加；滑移错动的岩层，在滑移面处剪切锚杆，使锚杆承受剪切力；在具有冲击倾向的煤岩层巷道内，围岩瞬时破坏释放能量时，对锚杆形成轴向冲击载荷。
[0006]这些复杂的外力作用，在锚杆杆体内形成拉伸应力、弯曲应力、扭转应力、剪切应力、冲击应力等复杂的应力组合，使锚杆实际承载能力下降，并在不同应力组合时的承载能力显著不同。复杂的外力作用也使锚杆的变形情况复杂化，锚杆轴向伸长作为锚杆变形的主要形式，使锚杆对围岩的约束力下降，也是引起锚杆支护巷道围岩变形的主要因素。
[0007]系统研究锚杆支护施工过程的工艺参数，是完善锚杆支护材料配套性，提高锚杆支护施工质量的基础。研究锚杆在复杂受力条件下的力学性能，对深化锚杆支护机理研究，提高锚杆支护可靠性，保证工程安全具有重要意义。
[0008]目前，研究锚杆支护工艺参数和锚杆工作过程中复杂受力状态下锚杆力学性能的方法主要有两大类:井下试验与实验室试验。
[0009]井下试验主要测试锚杆锚固后预紧时的螺母扭矩，评价锚杆安装效果，通过安装测力计或液压枕等测试仪器，测试锚杆不同阶段的轴向受力，评价锚杆的工作状态。虽然获得的数据为现场实测数据，能够真实反映井下锚杆的安装与工作状况。但是，井下试验，不能从钻孔中取出锚杆观察锚固剂搅拌与固化情况，也无法控制施工过程锚杆的推进速度与推进力和旋转速度与搅拌扭矩，不能进行材料配套性和工艺参数的系统性研究。测试的锚杆受力，只能反映锚杆在各种应力综合作用下形成的轴向应力或轴向载荷大小，无法区分实际载荷对锚杆的作用方式及幅度。因不能重新揭露钻孔中的锚杆，也不能测试锚杆的实际轴向变形。此外，由于井下特殊的环境，一些先进的监测方法与仪器的应用也受到限制，而且能够监测的锚杆数量有限，代表性不足。
[0010]实验室试验目前缺乏能够进行锚杆支护材料的工艺配套性和施工工艺参数系统研究的试验设备，主要进行锚杆杆体材料试件的拉伸、弯曲、扭转、剪切及材料冲击的单项试验，和锚固剂的固化时间、试块抗压强等相关指标的测试。虽然测试的数据准确，能够反映锚杆及配套材料的基本力学性能。但是，室内单项试验只反映锚杆及配套材料的单一力学指标，不能反映锚杆支护材料应用于某一具体条件时，所能达到实际效果和最适宜的施工工艺，也无法获得锚杆工作过程承受多种外力叠加作用时的力学性能。
[0011]因此，针对以上不足，开发用于测试锚杆安装工艺参数与锚杆工作过程综合力学性能的试验台，模拟锚杆安装与支护工作全过程。系统研究锚杆支护材料配套性能和工艺参数；对锚杆施加扭转、拉伸、弯曲、剪切与冲击等单项或多项组合外力，准确测试锚杆支护工作过程，不同受力状态下的综合力学性能。
【发明内容】
[0012](一)要解决的技术问题
[0013]本发明要解决的技术问题是提供了一种用于测试锚杆支护施工过程工艺参数和锚杆支护工作过程综合力学性能的试验台及测试方法，使得能够在实验室内模拟锚杆安装与支护工作过程，系统测试锚杆支护材料配套性和施工工艺参数，并对锚杆施加扭转、拉伸、弯曲、剪切与冲击等单项或多项组合外力，能够准确、有效地测试锚杆综合力学性能。
[0014](二)技术方案
[0015]为了解决上述技术问题，本发明提供用于测试锚杆综合力学性能的试验台，该试验台包括安装测试台和与安装测试台对应设置的工作测试台，该试验台还包括:
[0016]设置在所述安装测试台上的推进与搅拌测试机构、安装预紧测试机构，所述推进与搅拌测试机构用于驱动锚杆绕其轴线转动并使锚杆沿安装测试台直线移动，以将锚杆的一端锚固于工作测试台的钻孔模型内；所述安装预紧测试机构通过转动拧紧锚杆外露端的螺母以对所述锚杆施加轴向预紧力；
[0017]设置在工作测试台上的弯曲载荷测试机构、轴向载荷测试机构、剪切载荷测试机构和冲击载荷测试机构；所述弯曲载荷测试机构用于对锚杆施加弯曲载荷，使锚杆发生弯曲形变；所述轴向载荷测试机构用于对锚杆施加轴向拉伸载荷，使锚杆发生轴向形变；所述剪切载荷测试机构用于对锚杆施加剪切载荷，使锚杆发生径向剪切形变；所述冲击载荷测试机构用于对锚杆施加瞬时冲击载荷，使锚杆发生冲击形变。
[0018]其中，所述推进与搅拌测试机构包括:
[0019]推进装置，所述推进装置包括推进马达和滚珠丝杠，所述推进马达固定于所述安装测试台的端部，所述滚珠丝杠与推进马达的输出轴固定连接；
[0020]搅拌与安装预紧装置，所述搅拌与安装预紧装置包括搅拌与安装马达和推进平车，所述推进平车滑动安装于安装测试台顶面上的滑轨上，且推进平车与滚珠丝杠的丝杠螺母固定连接，所述推进平车上固定安装有搅拌与安装马达，所述搅拌与安装马达用于驱动锚杆绕其轴线转动；
[0021]动态扭矩转速传感器，两个所述动态扭矩转速传感器分别安装于推进马达的输出轴上、搅拌与安装马达的输出轴上。
[0022]其中，所述安装预紧测试机构包括:
[0023]拉伸装置，所述拉伸装置包括冲击梁和拉伸顶梁，所述拉伸顶梁与冲击梁对应设置，用于阻止冲击梁沿锚杆轴向移动；
[0024]搅拌与安装预紧装置，所述搅拌与安装预紧装置上的搅拌与安装马达输出端连接有安装套筒，所述安装套筒与所述锚杆外露端的螺母连接，所述安装套筒在搅拌与安装马达的驱动下绕所述锚杆的轴线旋转，以使所述锚杆外露端固定于所述冲击梁的端面上；
[0025]负荷传感器，所述负荷传感器位于所述拉伸顶梁与冲击梁之间，用于测试所述拉伸顶梁与冲击梁之间的正压力；
[0026]动态扭矩转速传感器和静态扭矩转速传感器，所述动态扭矩转速传感器安装于搅拌与安装马达输出轴与安装套筒之间，所述静态扭矩转速传感器与所述钻孔模型的模型固定套管固定连接。
[0027]其中，所述弯曲载荷测试机构包括:偏转装置、弯曲应力计，所述锚杆一端插入钻孔模型以形成锚固段与自由段，所述偏转装置套装于锚杆的外露端，用于使所述锚杆发生弯曲变形，所述锚杆在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部，在锚固段与自由段的分界面处形成第二弯曲部，所述弯曲应力计分别安装在第一弯曲部和第二弯曲部，用于测试锚杆的弯曲应力。
[0028]其中，所述偏转装置包括斜垫板和托盘，所述托盘固定套设于位于锚固在钻孔模型内的锚杆外露端上，所述斜垫板安装于钻孔模型的孔口处，且位于托盘与冲击梁之间，用于改变所述托盘安装面法线与钻孔模型轴线之间的夹角。
[0029]其中，所述轴向载荷测试机构包括拉伸装置、拉伸油缸、负荷传感器和位移传感器，所述拉伸装置包括冲击梁和拉伸顶梁，所述锚杆的外露端通过螺母、调心球形垫圈、托盘锁紧于冲击梁的端面上；所述拉伸顶梁在拉伸油缸的带动下顶推作用于冲击梁，以使所述锚杆承受轴向拉伸载荷并发生轴向拉伸变形；所述负荷传感器位于冲击梁和拉伸顶梁之间，用于测试所述轴向拉伸载荷，所述位移传感器分别安装于锚杆的两端，用于测试所述锚杆轴向变形量。
[0030]其中，所述拉伸油缸通过油缸机架安装在工作测试台上，且所述拉伸油缸的活塞杆与拉伸顶梁固定连接，用于驱动所述拉伸顶梁沿锚杆的轴向顶推作用于所述冲击梁上；所述位移传感器的数量为两个，其中一个所述位移传感器位于锚杆的钻孔模型外露端，且与锚杆端面中心处相连；另一个所述位移传感器位于锚杆锚固段的钻孔模型孔底端，且穿过静态扭矩转速传感器的中心孔与锚杆端面中心处相连。
[0031]其中，所述剪切载荷测试机构包括:
[0032]剪切装置，所述剪切装置包括剪切滑块、剪切部机架，所述剪切部机架安装于工作测试台上，所述剪切部机架上设有垂直于锚杆轴向的导向滑槽，所述剪切滑块滑动安装于所述导向滑槽内；
[0033]剪切油缸，所述剪切油缸与剪切滑块对应设置，用于驱动所述剪切滑块沿所述导向滑槽滑动；
[0034]所述钻孔模型包括固定钻孔模型和随动钻孔模型，所述锚杆插入并锚固于随动钻孔模型和固定钻孔模型的钻孔内，所述固定钻孔模型固定安装于工作测试台上，所述随动钻孔模型安装于剪切滑块内部且随所述剪切滑块一起沿所述导向滑槽滑动，使所述锚杆在固定钻孔模型与随动钻孔模型之间形成剪切面；
[0035]液压传感器，所述液压传感器安装于剪切油缸的加载油路系统上，用于测试剪切油缸的系统压力。
[0036]其中，所述冲击载荷测试机构包括:
[0037]驱动装置，所述驱动装置包括电动机、电磁离合器、减速器、减速器滑座和减速器托箱，所述减速器通过减速器托箱安装于减速器滑座的导轨上，所述电动机安装于所述减速器的输入端，所述电磁离合器安装于所述减速器的输出端；
[0038]冲击装置，所述冲击装置包括摆锤、摆臂和摆锤滑座；所述摆锤滑座安装于所述钻孔模型上方的滑轨上，所述摆臂的一端固定连接于电磁离合器输出端的摆轴上，且其在所述电动机、减速器和电磁离合器的驱动下摆动，所述摆锤安装于所述摆臂的另一端，用于沿平行于锚杆轴线方向撞击所述冲击梁，以对所述锚杆施加沿其轴线方向的冲击载荷；
[0039]角度编码器，所述角度编码器安装于摆轴的外端部，以测试所述摆锤的摆动角度。
[0040]冲击载荷测试机构还包括锁紧油缸、缓冲油缸，所述缓冲油缸沿平行于锚杆轴线的方向安装于摆锤滑座上，通过顶推摆锤滑座使摆锤滑座沿滑轨滑动，并带动减速器托箱沿导轨滑动，所述锁紧油缸沿垂直于锚杆轴线的方向安装于摆锤滑座上，用于将摆锤滑座定位并锁紧在冲击位置。
[0041]一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台的测试方法，包括如下步骤:
[0042]S1、通过推进与搅拌测试机构带动锚杆沿安装测试台直线移动并驱动锚杆绕其轴线转动，以将锚杆一端锚固在工作测试台的钻孔模型内；并测试锚杆在推进与搅拌锚固时的工艺参数；
[0043]S2、通过安装预紧测试机构锁紧锚杆外露端的螺母，以对锚杆施加预紧力，并测试锚杆在预紧安装时的受力；
[0044]S3、通过弯曲载荷测试机构对锚杆施加弯曲载荷，并测试锚杆在弯曲时的力学性倉泛;
[0045]S4、通过轴向载荷测试机构对锚杆施加轴向拉伸载荷,并测试锚杆在轴向拉伸时的力学性能；
[0046]S5、通过剪切载荷测试机构对锚杆施加径向剪切载荷，并测试锚杆在剪切时的力学性能；
[0047]S6、通过冲击载荷测试机构对锚杆施加轴向瞬时冲击载荷，并测试锚杆冲击时的力学性能。
[0048]其中，SI包括:通过动态扭矩转速传感器分别检测推进马达和搅拌与安装马达的输出轴扭矩和输出轴转速，并将检测信息反馈至计算机控制与数据采集系统，通过计算机控制与数据采集系统运算得出锚杆的推进力、锚杆的推进速度、锚杆的旋转搅拌扭矩、锚杆的旋转搅拌速度；
[0049]S2包括:通过动态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时螺母承受的扭矩；通过静态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时锚杆杆体承受的扭矩；通过负荷传感器测试锚杆预紧力；
[0050]S3包括:通过弯曲应力计分别安装在锚杆上的第一弯曲部和第二弯曲部，以测试第一弯曲部和第二弯曲部的弯曲应力；测试锚杆外露端轴线转角，确定锚杆弯曲挠度；
[0051]S4包括:通过负荷传感器测试拉伸顶梁与冲击梁之间的正压力，正压力与锚杆轴向拉伸载荷大小相同；
[0052]S5包括:通过液压传感器测试剪切油缸系统压力；剪切载荷为油缸加载系统压力与加载油缸面积的乘积；利用剪切油缸伸缩量或剪切滑块滑移量，测试锚杆剪切面处的变形；
[0053]S6包括:通过角度编码器分别测试摆锤冲击前后的摆动角度，并根据摆锤初始势能与冲击后势能的差值测得锚杆所吸收的冲击能量。
[0054]其中，通过位移传感器分别测试在步骤S2-S6中锚杆两端的位移量，并将所测位移量代数求和，得出锚杆轴向绝对形变量。
[0055](三)有益效果
[0056]本发明的上述技术方案具有以下有益效果:本发明用于测试锚杆综合力学性能的试验台可实现在实验室内模拟锚杆安装与支护工作全过程；通过该用于测试锚杆综合力学性能的试验台实现对锚杆施加扭转、拉伸、弯曲、剪切与冲击等单项或多项组合外力；采用相互独立的加载系统对锚杆施加相应载荷，可分别进行锚杆安装与工作过程中各种载荷的独立试验，也可以进行安装受力与围岩变形引起的拉伸、剪切与冲击等几种任意工作受力的组合加载试验；通过数据采集机构能够准确、有效地测试锚杆在各种不同外力组合作用下的综合力学性能；通过该用于测试锚杆综合力学性能的试验台，可实现在实验室内对锚杆综合力学性能的测试，为锚杆支护理论研究和复杂应力条件下的锚杆支护设计提供依据，对深化锚杆支护机理研究、提高锚杆支护可靠性和保证工程安全具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0057]图1为本发明实施例用于测试锚杆综合力学性能的试验台的剖视图；
[0058]图2为本发明实施例推进与搅拌测试机构的剖视图；
[0059]图3为本发明实施例安装预紧测试机构的剖视图；
[0060]图4为本发明实施例弯曲载荷测试机构的剖视图；
[0061]图5为本发明实施例轴向载荷测试机构的剖视图；
[0062]图6为本发明实施例剪切载荷测试机构的剖视图；
[0063]图7为本发明实施例冲击载荷测试机构的立体图；
[0064]图8为本发明实施例冲击载荷测试机构的剖视图。
[0065]其中，1:安装测试台；2:工作测试台；4:偏转装置；5:锚杆；6:拉伸装置；7:剪切装置；8:冲击装置；11:底座；20:驱动装置；21:自由段；22:锚固段；23:固定钻孔模型；24:随动钻孔模型；31:推进装置；32:搅拌与安装预紧装置；41:斜垫板；42:锚杆托盘；61:拉伸顶梁；62:冲击梁；63:拉伸油缸；71:剪切油缸；72:剪切滑块；73 ;剪切部机架；81:摆锤；82 ;摆臂；83:摆锤滑座；84:锁紧油缸；85:缓冲油缸；91:浮筒；92:模型固定套管；93:煤岩体物理模型；101:动态扭矩转速传感器；102:静态扭矩转速传感器；103:负荷传感器；104:弯曲应力计；105:液压传感器；106:位移传感器；107:角度编码器；201:电动机；202:电磁离合器；203:减速器；204:减速器滑座；205:减速器托箱；311:推进马达；312:滚珠丝杠；321:搅拌与安装马达；322:推进平车；323:安装套筒。
【具体实施方式】
[0066]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0067]在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0068]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0069]如图1所示，本实施例提供一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台，包括安装测试台I和与安装测试台I对应设置的工作测试台2，该试验台还包括:
[0070]设置在安装测试台I上的推进与搅拌测试机构、安装预紧测试机构，推进与搅拌测试机构用于驱动锚杆5绕其轴线转动并使锚杆5沿安装测试台I直线移动，以将锚杆5的一端锚固于工作测试台2的钻孔模型内；安装预紧测试机构通过转动拧紧锚杆5外露端的螺母以对锚杆5施加预紧力；
[0071]设置在工作测试台2上的弯曲载荷测试机构、轴向载荷测试机构、剪切载荷测试机构和冲击载荷测试机构；弯曲载荷测试机构用于对锚杆5施加弯曲载荷，使锚杆5发生弯曲形变；轴向载荷测试机构用于对锚杆5施加轴向拉伸载荷,使锚杆5发生轴向形变；剪切载荷测试机构用于对锚杆5施加剪切载荷,使锚杆5发生径向剪切形变；冲击载荷测试机构用于对锚杆5施加瞬时冲击载荷,使锚杆5发生冲击形变。
[0072]如图2所示，推进与搅拌测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述推进与搅拌测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0073]该推进与搅拌测试机构包括:
[0074]推进装置31，推进装置31包括推进马达311和滚珠丝杠312，推进马达311固定于安装测试台I的端部，滚珠丝杠312与推进马达311的输出轴固定连接；
[0075]搅拌与安装预紧装置32，搅拌与安装预紧装置32包括搅拌与安装马达321和推进平车322，推进平车322滑动安装于安装测试台I顶面上的滑轨上，且推进平车322与滚珠丝杠312的丝杠螺母固定连接，推进平车322上固定安装有搅拌与安装马达321，搅拌与安装马达321用于驱动锚杆5绕其轴线转动；
[0076]动态扭矩转速传感器101，两个动态扭矩转速传感器101分别安装于推进马达311的输出轴上、搅拌与安装马达321的输出轴上。
[0077]此外，在安装测试台I上安装有轴承座，滚珠丝杠312穿设于轴承座上，滚珠丝杠312能够在轴承座内旋转，减少了安装测试台I的振动；此外，在安装测试台I底部安装有底座11，底座11上设有滑轨，安装测试台I在油缸的带动下可以沿滑轨滑动，方便改变安装测试台I的所在位置。
[0078]如图3所示，安装预紧测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述安装预紧测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0079]该安装预紧测试机构包括:
[0080]拉伸装置6，拉伸装置6包括冲击梁62和拉伸顶梁61，拉伸顶梁61与冲击梁62对应设置，用于阻止冲击梁62沿锚杆5轴向移动；
[0081]搅拌与安装预紧装置32，搅拌与安装预紧装置32安装在安装测试台I上，可与推进与搅拌测试机构共用。搅拌与安装预紧装置32上的搅拌与安装马达321输出端连接有安装套筒323，安装套筒323与锚杆5外露端的螺母连接，安装套筒323在搅拌与安装马达321的驱动下绕锚杆5的轴线旋转，对螺母进行拧紧作用，以使锚杆5外露端固定于冲击梁62的端面上；
[0082]负荷传感器103，负荷传感器103位于拉伸顶梁61与冲击梁62之间，用于测试拉伸顶梁61与冲击梁62之间的正压力；
[0083]动态扭矩转速传感器101和静态扭矩转速传感器102，动态扭矩转速传感器101安装于搅拌与安装马达321输出轴与安装套筒323之间，静态扭矩转速传感器102与钻孔模型的模型固定套管92固定连接。
[0084]负荷传感器103、动态扭矩转速传感器101和静态扭矩转速传感器102可将检测信息反馈至计算机控制与数据采集系统中进行数据处理与运算。
[0085]其中的锚杆5的一端穿过冲击梁62、拉伸顶梁61，并锚固在钻孔模型中，冲击梁62在锚杆5的带动下，沿锚杆5的轴向压紧作用于拉伸顶梁61。
[0086]此外，搅拌与安装马达321进油路上还安装有压力传感器和先导比例减压阀，压力传感器测试搅拌与安装马达321的供液系统压力，通过计算机控制系统控制先导比例减压阀动作改变供液系统的压力，从而实现调节搅拌与安装马达321的输出扭矩，实现对螺母扭矩的控制。
[0087]进一步地，搅拌与安装马达321进油路上安装有控制流量的比例调速阀，通过计算机控制系统控制比例调速阀动作，以调节马达进油量，从而改变马达输出转速，实现对锚杆螺母转速的控制。
[0088]如图4所示，弯曲载荷测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述弯曲载荷测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0089]该弯曲载荷测试机构包括:偏转装置4、弯曲应力计104，锚杆5—端插入钻孔模型以形成锚固段22与自由段21，偏转装置4套装于锚杆5的外露端，用于使锚杆5发生弯曲变形，锚杆5在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部，在锚固段22与自由段21的分界面处形成第二弯曲部，弯曲应力计104分别安装在第一弯曲部和第二弯曲部上，用于测试锚杆5的弯曲应力。
[0090]偏转装置4包括斜垫板41和托盘42，托盘42固定套设于位于钻孔模型外的锚杆5上，斜垫板41安装于钻孔模型的孔口处，且位于托盘42与冲击梁62之间，用于改变托盘42安装面与钻孔模型轴线之间的夹角。
[0091 ] 斜垫板41优选为斜面体结构，斜垫板41的法线与钻孔轴线倾斜度可随意改变，优选为0° -75。;其中斜垫板41可以优选为倾斜角度为5°的斜面体结构；斜垫板41可以优选为倾斜角度为10°的斜面体结构；斜垫板41可以优选为倾斜角度为15°的斜面体结构；斜垫板41可以优选为倾斜角度为20°的斜面体结构；斜垫板41可以优选为倾斜角度为25°的斜面体结构；斜垫板41可以优选为倾斜角度为30°的斜面体结构；从而获知钻孔模型角度与杆体弯曲载荷的关系。
[0092]通过改变钻孔模型内锚固剂的装入量，可改变锚固段22与自由段21长度，从而改变锚固段22与自由段21分界面位置，直至锚杆5在钻孔模型内全长锚固，消除孔内弯曲点，使锚杆5由两处弯曲转变为孔口一处弯曲受力。
[0093]如图5所示，轴向载荷测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述轴向载荷测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0094]轴向载荷测试机构包括拉伸装置6、拉伸油缸63、负荷传感器103和位移传感器106,
[0095]拉伸装置6包括冲击梁62和拉伸顶梁61，可与安装预紧测试机构共用。锚杆5的外露端通过螺母、托盘、调心球形垫圈锁紧于冲击梁62的端面上；拉伸顶梁61在拉伸油缸63的带动下顶推作用于冲击梁62，以使锚杆5承受轴向拉伸载荷并发生轴向拉伸变形；负荷传感器103位于冲击梁62和拉伸顶梁61之间,用于测试轴向拉伸载荷,位移传感器106分别安装于锚杆5的两端，用于测试轴向变形量。
[0096]拉伸油缸63通过油缸机架安装在工作测试台2上，且拉伸油缸63的活塞杆与拉伸顶梁61固定连接，用于驱动拉伸顶梁61沿锚杆5的轴向顶推作用于冲击梁62上；位移传感器106的数量为两个,其中一个位移传感器106位于锚杆5的钻孔模型外露端,且与锚杆5端面中心处相连；另一个位移传感器106位于锚杆5的钻孔模型孔底端，且穿过静态扭矩转速传感器102的中心孔与锚杆5端面中心处相连。
[0097]此外，位移传感器106可通过外部支架安装于锚杆5的两端。
[0098]如图6所示，剪切载荷测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述剪切载荷测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0099]该剪切载荷测试机构包括:
[0100]剪切装置7，剪切装置7包括剪切滑块72、剪切部机架73，剪切部机架73安装于工作测试台2上，剪切部机架73上设有垂直于锚杆5轴向的导向滑槽，剪切滑块72滑动安装于导向滑槽内；
[0101]剪切油缸71，剪切油缸71与剪切滑块72对应设置，用于驱动剪切滑块72沿导向滑槽滑动；
[0102]钻孔模型包括固定钻孔模型23和随动钻孔模型24，锚杆5插入并锚固于随动钻孔模型24和固定钻孔模型23的钻孔内，固定钻孔模型23固定安装于工作测试台2上，随动钻孔模型24安装于剪切滑块72内部且随剪切滑块72 —起沿导向滑槽滑动，使锚杆5在固定钻孔模型23与随动钻孔模型24之间形成剪切面；
[0103]液压传感器105，液压传感器105安装于剪切油缸71的加载油路系统上，用于测试剪切油缸71的系统压力。
[0104]为避免剪切加载过程因锚杆5变形，固定钻孔模型23的套管和随动钻孔模型24的套管直接剪切锚杆5，沿锚杆5轴线垂直剪切面，在随动钻孔模型24的套管顶部和固定钻孔模型23的套管底部以及前机架的剪切面一侧开设有宽度和深度大于锚杆5直径的豁口，以保证试验全过程由钻孔模型对锚杆5进行剪切。
[0105]进一步地，随动钻孔模型24通过模型固定套管92、浮筒91固定在剪切滑块72的内部，固定钻孔模型23固定在前支撑座上，随动钻孔模型24与固定钻孔模型23同轴设置；同时，固定钻孔模型23和随动钻孔模型24通过钻孔内的锚固剂与锚杆5相粘结。
[0106]剪切油缸71固定于工作测试台2的底座上，且其通过活塞杆与剪切滑块72的底部连接，活塞杆的方向垂直于锚杆5的轴向，向剪切油缸71活塞杆腔供油时，剪切油缸71活塞杆回缩并驱动剪切滑块，带动内部安装的主轴及随动钻孔模型24 —起向下移动，使随动钻孔模型24与固定钻孔模型23在分界面处发生相对滑移，从而对锚杆5施加剪切载荷。
[0107]剪切油缸71活塞腔的油路系统上安装有用于防止活塞杆回缩的液控单向阀，用于非剪切试验过程的剪切油缸71闭锁，避免剪切油缸71活塞杆的自动回缩，以保证随动钻孔模型24与固定钻孔模型23在非剪切试验过程时处于同一轴线上。
[0108]优选地，剪切油缸71的数量为两个，且两个剪切油缸71通过双联同步搅拌与安装马达以同步其运动速度。在剪切油缸71的加载油路系统上安装有双联同步搅拌与安装马达，用于保证两条剪切油缸71运动速度的一致性，防止剪切滑块72沿直线滑移时发生偏斜，以保证对锚杆5施加垂直于锚杆5轴线的纯剪切载荷。
[0109]同时，剪切油缸71通过控制系统控制先导比例减压阀动作，改变供液系统的压力，可调节油缸输出的剪切力；利用双单向节流阀控制液压系统流量，可改变油缸活塞杆的回缩速度，进而控制剪切载荷的加载速度。
[0110]如图7-8所示，冲击载荷测试机构可独立使用，也可与其他测试机构配合使用，为了清楚地描述冲击载荷测试机构，图中未标出其他测试机构。
[0111]该冲击载荷测试机构包括:
[0112]驱动装置20，驱动装置20包括电动机201、电磁离合器202、减速器203、减速器滑座204和减速器托箱205，减速器203通过减速器托箱205安装于减速器滑座204的导轨上，电动机201安装于减速器203的输入端，电磁离合器202安装于减速器203的输出端；
[0113]冲击装置8，冲击装置8包括摆锤81、摆臂82和摆锤滑座83 ;摆锤滑座83安装于钻孔模型上方的滑轨上，摆锤滑座83可在滑轨上直线滑动，减速器203的输出端转动穿设于摆锤滑座83，当摆锤滑座83在滑轨上直线滑动时可带动减速器203沿减速器滑座204的导轨同步直线滑动；
[0114]摆臂82的一端固定连接于电磁离合器202输出端的摆轴上，且其在电动机201、减速器203和电磁离合器202的驱动下摆动，摆锤81安装于摆臂82的另一端，用于沿平行于锚杆5轴线方向撞击冲击梁62,以对锚杆5施加沿其轴线方向的冲击载荷；瞬时松开电磁离合器202以使摆锤81下摆，摆锤81用于在摆动至最低点处时沿平行于锚杆5轴线方向撞击冲击梁62,以对锚杆5施加沿其轴线方向的冲击载荷。
[0115]其中的锚杆5的钻孔模型外露端通过托盘、螺母锁紧固定于冲击梁62上，且冲击梁62上还设有与摆锤81对应设置的冲击砧块。
[0116]角度编码器107，角度编码器107安装于摆轴的外端部，以测试摆锤81的摆动角度。电动机201调整摆锤81的初始摆升角度，可以改变摆锤81获得的初始势能，进而调整冲击载荷。摆锤81在撞击冲击梁62前后，通过减速器203输出端上的角度编码器107测试其摆动角度。摆动角度包括冲击前摆锤81摆升至一定高度时的摆角及冲击后摆锤81自由回摆至一定高度的摆角。
[0117]该冲击载荷测试机构还包括锁紧油缸84、缓冲油缸85，锁紧油缸84沿垂直于锚杆5轴线的方向安装于摆锤滑座83上，用于将冲击装置8锁紧在冲击加载的准确位置，缓冲油缸85沿平行于锚杆5轴线的方向安装于摆锤滑座83上，通过顶推摆锤滑座83使摆锤滑座83沿滑轨滑动，并带动减速器托箱205沿导轨滑动，以准确定位冲击位置，吸收摆锤81撞击冲击梁62时产生的反向冲击力；施加冲击载荷前，通过推移摆锤滑座83以准确定位冲击点，缓冲油缸85可有效吸收摆锤81撞击冲击梁62时产生的反向冲击力，并通过液压系统安装的直动式溢流阀卸荷，降低反向冲击力导致的系统增压，对液压系统进行有效保护。
[0118]可根据锚杆5轴向变形量，缓冲油缸85顶推摆锤滑座83并带动减速器托箱205沿各自导轨直线移动，使摆锤81在自由下垂状态时，摆锤81冲击端面贴紧冲击梁62上的冲击砧块表面，保证了摆锤81在最低点位置撞击冲击梁62，并使摆锤81获得的初始势能全部转化为动能以实现瞬时实施冲击。
[0119]该冲击载荷测试机构采用多重闭锁，保证了操作人员和设备安全。缓冲油缸与钻台复位油缸间相互闭锁，锚杆5安装时，该冲击载荷测试机构不能启动；其所使用的失电型电磁离合器，使冲击机构在非工作状态下闭锁，摆锤81不能自由摆动。
[0120]本实施例用于测试锚杆综合力学性能的试验台在使用时，为了保证测试数据的真实性，锚杆5通过锚固剂与钻孔模型的煤岩体物理模型93粘结。
[0121]进一步地，煤岩体物理模型93优选为真实的煤或岩石，此外，煤岩体物理模型93也可为与煤、岩石相似的其他工程材质制成的钻孔模型；锚固剂是由不饱和聚酯树脂、固化齐U、促进剂和其它辅料，按一定比例配制而成的粘稠状锚固粘接材料，由聚酯薄膜分割包装呈圆柱状药卷，具有搅拌后常温固化快，粘接强度高，锚固力可靠和耐久力好等优良性能，确保测试数据的真实性。
[0122]本发明还提供了一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台的测试方法，包括如下步骤:
[0123]S1、通过推进与搅拌测试机构带动锚杆沿安装测试台直线移动并驱动锚杆绕其轴线转动，以将锚杆一端锚固在工作测试台的钻孔模型内；并测试锚杆在推进与搅拌锚固时的工艺参数；
[0124]具体而言:将安装测试台移动至靠近煤岩体物理模型位置；向煤岩体物理模型钻孔内加入锚固剂；将待测锚杆的一端安装于搅拌与安装预紧装置上；通过推进装置使锚杆沿轴向插入煤岩体物理模型钻孔内；通过搅拌与安装预紧装置使锚杆绕其轴线旋转，锚杆充分搅拌锚固剂；通过动态扭矩转速传感器分别检测推进马达和搅拌与安装马达的输出轴扭矩和输出轴转速，并将检测信息反馈至计算机控制与数据采集系统，通过计算机控制与数据采集系统运算得出锚杆的推进力、锚杆的推进速度、锚杆的旋转搅拌扭矩、锚杆的旋转搅拌速度；
[0125]推进力根据推进马达的输出轴扭矩、滚珠丝杠直径、滚珠丝杠螺旋升角、滚珠丝杠摩擦力及推进平车摩擦力计算所得；推进速度根据推进马达的输出轴转速和滚珠丝杠螺旋升角计算所得。锚杆的旋转搅拌速度为搅拌与安装马达的输出轴转速；锚杆的旋转搅拌扭矩为搅拌与安装马达的输出轴扭矩。
[0126]S2、通过安装预紧测试机构锁紧锚杆外露端的螺母，以对锚杆施加预紧力，并测试锚杆在预紧安装时的受力；
[0127]具体而言:在待测锚杆一端锚固于工作测试台的钻孔模型后；通过搅拌与安装预紧装置拧紧锚杆尾部的螺母，以对锚杆施加预紧力；通过负荷传感器测试锚杆预紧力；搅拌与安装马达通过控制系统控制先导比例减压阀动作，改变其供液系统的压力以调节搅拌与安装马达的输出扭矩。搅拌与安装马达通过控制系统控制比例调速阀动作，改变搅拌与安装马达的进油量以调节马达输出转速。锚杆承受的预紧力使拉伸装置产生压力，而且压力的大小与预紧力的大小相同；
[0128]通过动态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时螺母承受的扭矩；通过静态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时锚杆杆体承受的扭矩；
[0129]S3、通过弯曲载荷测试机构对锚杆施加弯曲载荷，并测试锚杆在弯曲时的力学性能；测试锚杆外露端轴线转角，确定锚杆弯曲挠度；
[0130]具体而言:将待测的锚杆锚固于工作测试台的钻孔模型内，在钻孔模型的孔口段形成自由段，在钻孔模型的孔底段形成锚固段；其中，锚杆一端插入钻孔模型，并在钻孔模型的孔底段通过锚固剂与其孔壁粘结形成锚固段，在不与其孔壁粘结的孔口段形成自由段；
[0131]进一步地，钻孔模型的全长为煤岩体物理模型，锚固段长度随钻孔模型内装入锚固剂的数量变化可随意调整，直至进行钻孔模型全长锚固。
[0132]通过偏转装置对锚杆施加弯曲载荷，使锚杆在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部和在自由段与锚固段之间分界面处形成第二弯曲部；
[0133]斜垫板对托盘具有力的作用；使用不同倾斜度的斜垫板使托盘的安装面发生倾斜，从而改变托盘安装面与钻孔模型轴线之间的夹角，可分别使用倾斜角度为5°、10°、15°、20°、25。及30°的斜垫板改变托盘的安装面。并通过弯曲应力计分别测试第一弯曲部和第二弯曲部的弯曲应力。
[0134]S4、通过轴向载荷测试机构对锚杆施加轴向拉伸载荷，并测试锚杆在轴向拉伸时的力学性能；
[0135]具体而言，将待测的锚杆一端锚固于工作测试台的钻孔模型后，通过拉伸油缸带动拉伸顶梁顶推作用于冲击梁，使锚杆承受轴向拉伸载荷，并产生轴向拉伸变形；通过负荷传感器测试拉伸顶梁与冲击梁之间的正压力，正压力与轴向拉伸载荷大小相同；通过位移传感器分别测试锚杆两端的位移量，并将所测位移量代数求和，得出锚杆轴向绝对形变量。
[0136]通过控制系统控制先导比例减压阀动作以改变供液系统的压力，从而调节拉伸油缸活塞杆的推力；利用节流阀控制液压系统流量，以改变拉伸油缸活塞杆的伸出速度，进而控制锚杆轴向加载速度。
[0137]S5、通过剪切载荷测试机构对锚杆施加径向剪切载荷，并测试锚杆在剪切时的力学性能；利用剪切油缸伸缩量或剪切滑块滑移量，测试锚杆剪切面处的变形。
[0138]具体而言:将待测的锚杆锚固于固定钻孔模型和随动钻孔模型的钻孔内；进行剪切试验的锚杆一端锚固于煤岩体物理模型钻孔内，孔口端的安装托盘通过拧紧螺母预紧后，使随动钻孔模型在剪切油缸的驱动下沿锚杆径向(垂直于锚杆轴线方向)滑移，模拟井下锚杆支护过程围岩变形层面间错动时，锚杆承受剪切载荷的过程。
[0139]随动钻孔模型与固定钻孔模型分界面发生滑动，钻孔模型相对滑动的反方向一侧孔壁挤压锚杆，对锚杆形成剪切。随动钻孔模型可以向垂直于锚杆轴线的360°任意方向滑动，本试验台剪切油缸安装于试验台底座上，随动钻孔模型垂直向下滑移剪切锚杆。
[0140]剪切装置在不施加剪切载荷时，剪切油缸活塞杆处于伸出状态以使固定钻孔模型与随动钻孔模型处于同一轴线上；施加剪切载荷时，向剪切油缸内供油，活塞杆回缩并驱动剪切滑块及随动钻孔模型一起向下移动，使固定钻孔模型与随动钻孔模型的分界面处相对滑移，从而对锚杆施加剪切载荷。
[0141]其中，剪切油缸通过控制系统控制先导比例减压阀动作，以改变供液系统的压力，从而改变剪切油缸活塞杆输出的剪切力；利用节流阀控制液压系统流量，可改变剪切油缸活塞杆的回缩速度，进而控制剪切载荷的加载速度。
[0142]通过液压传感器测试剪切油缸系统压力；根据测试油缸系统压力计算锚杆承受的剪切载荷。剪切载荷为油缸加载系统压力与加载油缸面积的乘积。
[0143]S6、通过冲击载荷测试机构对锚杆施加轴向瞬时冲击载荷，并测试锚杆冲击时的力学性能。
[0144]具体而言:
[0145]将待测的锚杆一端锚固于工作测试台的钻孔模型内，锚杆的钻孔模型外露端通过托盘、螺母锁紧固定于冲击梁上，并拧紧螺母施加预紧力，通过缓冲油缸准确定位摆锤撞击冲击梁的冲击点，并吸收摆锤撞击冲击梁时产生的反向冲击力，通过其液压系统安装的直动式溢流阀卸荷，降低反向冲击力导致的系统增压，以对液压系统进行保护；而且，根据锚杆轴向变形量，通过缓冲油缸顶推作用于摆锤滑座，以带动摆锤滑座沿滑轨滑动及减速器托箱沿导轨滑动，使摆锤在自由下垂状态时贴紧冲击梁上的冲击砧块表面；通过锁紧油缸将冲击装置锁紧在冲击加载的准确位置；启动驱动装置，使冲击装置摆升至一定高度，以获得初始势能；
[0146]通过电动机驱动减速机，经电磁离合器转动摆臂以摆升摆锤，使摆锤摆升至一定高度获得初始势能，且控制电动机调整摆锤的初始摆升角度，以改变摆锤获得的初始势倉泛;
[0147]瞬间松开离合器，使摆锤下摆并在最低点处沿平行于锚杆轴线的方向撞击冲击梁，摆锤的冲击载荷传递给锚杆托盘后，经螺母沿锚杆轴线的方向作用于锚杆杆体；摆锤在撞击冲击梁后自由摆升至一定高度，形成冲击后势能；
[0148]利用角度编码器记录冲击前后摆锤的摆升角度，并根据摆锤撞击冲击梁前后的势能变化测定锚杆的冲击载荷。
[0149]其中，通过位移传感器分别测试在步骤S2-S6中锚杆两端的位移量，并将所测位移量代数求和，得出锚杆轴向绝对形变量。
[0150]本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【权利要求】
1.一种用于测试锚杆综合力学性能的试验台，包括安装测试台(I)和与安装测试台(I)对应设置的工作测试台(2)，其特征在于:还包括: 设置在所述安装测试台(I)上的推进与搅拌测试机构、安装预紧测试机构，所述推进与搅拌测试机构用于驱动锚杆(5)绕其轴线转动并使锚杆(5)沿安装测试台(I)直线移动，以将锚杆(5)的一端锚固于工作测试台(2)的钻孔模型内；所述安装预紧测试机构通过转动拧紧锚杆(5)外露端的螺母以对所述锚杆(5)施加轴向预紧力； 设置在工作测试台(2)上的弯曲载荷测试机构、轴向载荷测试机构、剪切载荷测试机构和冲击载荷测试机构；所述弯曲载荷测试机构用于对锚杆(5)施加弯曲载荷，使锚杆(5)发生弯曲形变；所述轴向载荷测试机构用于对锚杆(5)施加轴向拉伸载荷,使锚杆(5)发生轴向形变；所述剪切载荷测试机构用于对锚杆(5)施加剪切载荷，使锚杆(5)发生径向剪切形变；所述冲击载荷测试机构用于对锚杆(5)施加瞬时冲击载荷，使锚杆(5)发生冲击形变。
2.根据权利要求1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述推进与搅拌测试机构包括: 推进装置(31)，所述推进装置(31)包括推进马达(311)和滚珠丝杠(312)，所述推进马达(311)固定于所述安装测试台(I)的端部，所述滚珠丝杠(312)与推进马达(311)的输出轴固定连接； 搅拌与安装预紧装置(32)，所述搅拌与安装预紧装置(32)包括搅拌与安装马达(321)和推进平车(322)，所述推进平车(322)滑动安装于安装测试台(I)顶面上的滑轨上，且推进平车(322)与滚珠丝杠( 312)的丝杠螺母固定连接，所述推进平车(322)上固定安装有搅拌与安装马达(321)，所述搅拌与安装马达(321)用于驱动锚杆(5)绕其轴线转动； 动态扭矩转速传感器(101)，两个所述动态扭矩转速传感器(101)分别安装于推进马达(311)的输出轴上、搅拌与安装马达(321)的输出轴上。
3.根据权利要求1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述安装预紧测试机构包括: 拉伸装置(6)，所述拉伸装置(6)包括冲击梁(62)和拉伸顶梁(61)，所述拉伸顶梁(61)与冲击梁(62)对应设置，用于阻止冲击梁(62)沿锚杆(5)轴向移动； 搅拌与安装预紧装置(32)，所述搅拌与安装预紧装置(32)上的搅拌与安装马达(321)输出端连接有安装套筒(323)，所述安装套筒(323)与所述锚杆(5)外露端的螺母连接，所述安装套筒(323)在搅拌与安装马达(321)的驱动下绕所述锚杆(5)的轴线旋转，以使所述锚杆(5)外露端固定于所述冲击梁(62)的端面上； 负荷传感器(103)，所述负荷传感器(103)位于所述拉伸顶梁(61)与冲击梁(62)之间，用于测试所述拉伸顶梁(61)与冲击梁(62)之间的正压力； 动态扭矩转速传感器(101)和静态扭矩转速传感器(102)，所述动态扭矩转速传感器(101)安装于搅拌与安装马达(321)输出轴与安装套筒(323)之间，所述静态扭矩转速传感器(102)与所述钻孔模型的模型固定套管(92)固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述弯曲载荷测试机构包括:偏转装置(4)、弯曲应力计(104)，所述锚杆(5) —端插入钻孔模型以形成锚固段(22)与自由段(21)，所述偏转装置(4)套装于锚杆(5)的外露端，用于使所述锚杆(5)发生弯曲变形，所述锚杆(5)在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部，在锚固段(22)与自由段(21)的分界面处形成第二弯曲部，所述弯曲应力计(104)分别安装在第一弯曲部和第二弯曲部，用于测试锚杆(5)的弯曲应力。
5.根据权利要求4所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述偏转装置(4)包括斜垫板(41)和托盘(42)，所述托盘(42)固定套设于锚固在钻孔模型内的锚杆(5)的外露端上，所述斜垫板(41)安装于钻孔模型的孔口处，且位于托盘(42)与冲击梁(62)之间，用于改变所述托盘(42)安装面法线与钻孔模型轴线之间的夹角。
6.根据权利要求1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述轴向载荷测试机构包括拉伸装置(6)、拉伸油缸(63)、负荷传感器(103)和位移传感器(106)，所述拉伸装置(6)包括冲击梁(62)和拉伸顶梁(61)，所述锚杆(5)的外露端通过螺母、托盘、调心球形垫圈锁紧于冲击梁(62)的端面上；所述拉伸顶梁(61)在拉伸油缸(63)的带动下顶推作用于冲击梁(62)，以使所述锚杆(5)承受轴向拉伸载荷并发生轴向拉伸变形；所述负荷传感器(103)位于冲击梁(62)和拉伸顶梁(61)之间，用于测试所述轴向拉伸载荷，所述位移传感器(106)分别安装于锚杆(5)的两端，用于测试所述轴向变形量。
7.根据权利要求6所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述拉伸油缸(63)通过油缸机架安装在工作测试台(2)上，且所述拉伸油缸(63)的活塞杆与拉伸顶梁(61)固定连接，用于驱动所述拉伸顶梁(61)沿锚杆(5)的轴向顶推作用于所述冲击梁(62)上；所述位移传感器(106)的数量为两个，其中一个所述位移传感器(106)位于锚杆(5)的钻孔模型外露端，且与锚杆(5)端面中心处相连；另一个所述位移传感器(106)位于锚杆(5)的锚固段钻孔模型孔底端，且穿过静态扭矩转速传感器(102)的中心孔与锚杆(5)端面中心处相连。
8.根据权利要求 1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述剪切载荷测试机构包括: 剪切装置(7)，所述剪切装置(7)包括剪切滑块(72)、剪切部机架(73)，所述剪切部机架(73)安装于工作测试台(2)上，所述剪切部机架(73)上设有垂直于锚杆(5)轴向的导向滑槽，所述剪切滑块(72)滑动安装于所述导向滑槽内； 剪切油缸(71)，所述剪切油缸(71)与剪切滑块(72)对应设置，用于驱动所述剪切滑块(72)沿所述导向滑槽滑动； 所述钻孔模型包括固定钻孔模型(23)和随动钻孔模型(24)，所述锚杆(5)插入并锚固于随动钻孔模型(24)和固定钻孔模型(23)的钻孔内，所述固定钻孔模型(23)固定安装于工作测试台(2)上，所述随动钻孔模型(24)安装于剪切滑块(72)内部且随所述剪切滑块(72) —起沿所述导向滑槽滑动，使所述锚杆(5)在固定钻孔模型(23)与随动钻孔模型(24)之间形成剪切面； 液压传感器(105)，所述液压传感器(105)安装于剪切油缸(71)的加载油路系统上，用于测试剪切油缸(71)的系统压力。
9.根据权利要求1所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，所述冲击载荷测试机构包括: 驱动装置(20)，所述驱动装置(20)包括电动机(201)、电磁离合器(202)、减速器(203)、减速器滑座(204)和减速器托箱(205)，所述减速器(203)通过减速器托箱(205)安装于减速器滑座(204)的导轨上，所述电动机(201)安装于所述减速器(203)的输入端，所述电磁离合器(202)安装于所述减速器(203)的输出端； 冲击装置(8)，所述冲击装置(8)包括摆锤(81)、摆臂(82)和摆锤滑座(83);所述摆锤滑座(83)安装于所述钻孔模型上方的滑轨上，所述摆臂(82)的一端固定连接于电磁离合器(202)输出端的摆轴上，且其在所述电动机(201)、减速器(203)和电磁离合器(202)的驱动下摆动，所述摆锤(81)安装于所述摆臂(82)的另一端，用于沿平行于锚杆(5)轴线方向撞击所述冲击梁(62)，以对所述锚杆(5)施加沿其轴线方向的冲击载荷； 角度编码器(107)，所述角度编码器(107)安装于摆轴的外端部，以测试所述摆锤(81)的摆动角度。
10.根据权利要求9所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台，其特征在于，还包括锁紧油缸(84)、缓冲油缸(85)，所述缓冲油缸(85)沿平行于锚杆(5)轴线的方向安装于摆锤滑座(83)上，通过顶推摆锤滑座(83)使摆锤滑座(83)沿滑轨滑动，并带动减速器托箱(205)沿导轨滑动，所述锁紧油缸(84)沿垂直于锚杆(5)轴线的方向安装于摆锤滑座(83)上，用于将摆锤滑座(83)定位并锁紧在冲击位置。
11.一种根据权利要求ι-?ο中任一项所述的用于测试锚杆综合力学性能的试验台的测试方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、通过推进 与搅拌测试机构带动锚杆沿安装测试台直线移动并驱动锚杆绕其轴线转动，以将锚杆一端锚固在工作测试台的钻孔模型内；并测试锚杆在推进与搅拌锚固时的工艺参数； 52、通过安装预紧测试机构锁紧锚杆外露端的螺母，以对锚杆施加预紧力，并测试锚杆在预紧安装时的受力； 53、通过弯曲载荷测试机构对锚杆施加弯曲载荷，并测试锚杆在弯曲时的力学性能； 54、通过轴向载荷测试机构对锚杆施加轴向拉伸载荷,并测试锚杆在轴向拉伸时的力学性能； 55、通过剪切载荷测试机构对锚杆施加径向剪切载荷，并测试锚杆在剪切时的力学性倉泛; 56、通过冲击载荷测试机构对锚杆施加轴向瞬时冲击载荷，并测试锚杆冲击时的力学性能。
12.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于， SI包括:通过动态扭矩转速传感器分别检测推进马达和搅拌与安装马达的输出轴扭矩和输出轴转速，并将检测信息反馈至计算机控制与数据采集系统，通过计算机控制与数据采集系统运算得出锚杆的推进力、锚杆的推进速度、锚杆的旋转搅拌扭矩、锚杆的旋转搅拌速度； S2包括:通过动态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时螺母承受的扭矩；通过静态扭矩转速传感器测试锚杆预紧时锚杆杆体承受的扭矩；通过负荷传感器测试锚杆预紧力； S3包括:通过弯曲应力计分别安装在锚杆上的第一弯曲部和第二弯曲部，以测试第一弯曲部和第二弯曲部的弯曲应力；测试锚杆外露端轴线转角，确定锚杆弯曲挠度； S4包括:通过负荷传感器测试拉伸顶梁与冲击梁之间的正压力，正压力与锚杆轴向拉伸载荷大小相同；S5包括:通过液压传感器测试剪切油缸系统压力；剪切载荷为油缸加载系统压力与加载油缸面积的乘积；利用剪切油缸伸缩量或剪切滑块滑移量，测试锚杆剪切面处的变形； S6包括:通过角度编码器分别测试摆锤冲击前后的摆动角度，并根据摆锤初始势能与冲击后势能的差值测得锚杆所吸收的冲击能量。
13.根据权 利要求12所述的测试方法，其特征在于，通过位移传感器分别测试在步骤S2-S6中锚杆两端的位移量，并将所测位移量代数求和，得出锚杆轴向绝对形变量。
【文档编号】G01N3/24GK104075943SQ201410307419
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】康红普, 杨景贺, 林健, 吕华文, 吴拥政, 高富强, 邵培森 申请人:天地科技股份有限公司