CN111472821B - 一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井锚杆安装领域，公开了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括输入轴、随检及力矩脱离装置、减速增扭器、输出轴和均匀分布在减速增扭器圆周方向上的多个反力臂；随检及力矩脱离装置包括中心套、外圆套和设置在中心套外周的轴承、中心环、压环、定位盘和刻度盘；中心环设置在中心套外周并通过轴承与中心套连接；压环位于中心环另一侧，压环与中心环之间设置有滚动体；反力臂包括限制转向结构和伸缩适应结构，限制转向结构一端通过固定设置在减速增扭器上的固定轴与减速增扭器转动连接，另一端通过球头万向节与伸缩适应结构连接。本发明可以实现巷道锚杆安装扭矩的定量控制，并且提高了锚杆安装的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及矿井锚杆安装领域，具体涉及一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置。
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。（4）现有安装器有一个把手作为反力臂。在锚杆紧固过程中，安装器的把手会反向旋转，需要工人用手或者钎杆阻止把手旋转。但是在实际过程中经常存在因为安装器把手控制不住的伤人事件，因此，急需解决把手失控伤人问题。
因此，需要提出一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，以经济、有效的解决锚杆支护预应力无法定量控制、只能通过事后抽检检验安装质量、钻机骤停伤人问题。在现有公开的文献中，还未能获得相关支护技术的报道。
发明内容
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，本发明提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括依次连接的输入轴、随检及力矩脱离装置、减速增扭器、输出轴和均匀分布在减速增扭器圆周方向上的多个反力臂；
所述随检及力矩脱离装置包括中心套、外圆套和设置在中心套外周的轴承、中心环、压环、定位盘和刻度盘；所述中心套和外圆套分别用于连接输入轴和减速增扭器；所述中心套为外周设置有多台阶的空心轴；所述中心环设置在中心套外周并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；所述定位盘固定设置在中心套外侧；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其固定连接；
所述反力臂包括限制转向结构和伸缩适应结构，所述限制转向结构一端通过固定设置在减速增扭器上的固定轴与减速增扭器转动连接，另一端通过球头万向节与伸缩适应结构连接；所述伸缩适应结构包括台阶轴、弹簧和台阶套杆，台阶轴一端设置有用于与顶板围岩配合的顶尖部，所述弹簧套设在所述台阶轴另一端的第一细杆部上，台阶套杆一端的内部设置有用于容纳所述台阶轴和弹簧的粗孔部以及用于容纳所述台阶轴的第一细杆部的细孔部；台阶套杆的另一端与限制转向结构连接。
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。
所述外圆套通过连接螺栓与输出轴固定连接，所述中心套内部空心部外周设置有内螺纹，所述中心套通过内螺纹和键与输入轴固定连接，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。
所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，还包括包括数据监控***，所述数据监控***包括压力传感器、数据记录及传输模块、上位机、逻辑判断模块和现场指示报警模块；
压力传感器设置在弹簧组与定位盘之间，用于监测弹簧组与定位盘之间的压力值，数据记录及传输模块用于实时记录测量值并通过有线或者无线方式传输到逻辑判断模块，逻辑判断模块用于判断测量值是否达到设定值，如果未达到设定值，判定锚杆安装扭矩不合格，并通过现场指示报警模块进行声光报警，同时将不合格信息传输到上位机上。
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。
所述球头万向节包括球头、限制套、柔性保护套和设置在限制转向结构上的球座；所述球头设置在球座内，所述限制套通过螺纹与所述球座连接，进而将所述球头固定在球座内；球头另一端穿过所述限制套后通过螺纹与台阶套杆的另一端连接；柔性保护套的一端紧固在台阶套杆的另一端端部，另一端紧固在限制套上。
所述台阶轴靠近所述顶尖部的一端设置有第二细杆部，所述台阶套杆靠近顶尖部的一端设置有第二限位盖，所述第二限位盖的中心设置有孔径大于所述第二细杆部杆和顶尖部的直径并小于所述台阶轴主体直径的通孔。
所述台阶轴靠近所述顶尖部的一端设置有第二细杆部，所述台阶套杆靠近顶尖部的一端设置有第二限位盖，所述第二限位盖的中心设置有孔径大于所述第二细杆部杆和顶尖部的直径并小于所述台阶轴主体直径的通孔。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）本发明提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，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-力矩脱离，因此，本发明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。
（2）本发明提供的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，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；
（3）本发明提供的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，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；
（4）本发明提供的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，采用自适应反力臂，可以将反力通过顶尖传递到围岩上，代替了工人用手或者钎杆提供反力的方式，杜绝了安装器把手失控伤人事件发生，提高了安全性，解决了当前部分安装器把手将反力作用于钻机上加大锚杆钻机操作人员的把持力，杜绝了因把手反力叠加，造成的钻机骤停，将人甩出的事故，保证了安全，不需要另外一个人用手或者钎杆阻止把手旋转，减少了人力资源浪费，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置结构图；
图2是本发明实施例一中反力臂的结构示意图；
图3是本发明实施例一中随检力矩脱离装置的结构示意图；
图4是本发明实施例一中刻度盘的平面示意图；
图5是图4的A-A剖面图；
图6是图3的局部示意图；
图7是实施例一中随检力矩脱离装置中滚珠在压环凹槽中运动剖面示意图；
图8是实施例一提供的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置的使用状态示意图；
图9是本发明实施例二中反力臂的结构示意图；
图10是本发明实施例三中随检力矩脱离装置的局部结构示意图；
图11是实施例三中随检力矩脱离装置滚柱在压环凹槽中运动剖面示意图；
图12为本发明实施例四中随检力矩脱离装置的结构示意图；
图13为本发明实施例四中数据监控***的结构示意图；
图中：1 输入轴、2随检力矩脱离装置、3减速增扭器、4输出轴、5反力臂、6数据监控***，7围岩，8锚杆，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、51-限制性转向结构、52-伸缩适应结构、61压力传感器、62数据记录及传输模块、63上位机、64逻辑判断模块、65现场指示报警模块、81锚杆螺母、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、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半球形槽、271浅凹槽、272深凹槽、512-球座、513-限制套、514-球头、515-柔性保护套、521-台阶套杆、522-弹簧、523-顶尖部、524-台阶轴、525-长条槽、526-限位螺栓、527-粗孔部、528-限位盖、529-细孔部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1~图8所示，本发明实施例一提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3、输出轴4和均匀分布在减速增扭器3圆周方向上的多个反力臂5；所述输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3和输出轴4依次连接。
具体地，如图2所示，本实施例中，所述反力臂5包括限制转向结构51和伸缩适应结构52，所述限制转向结构51一端通过固定设置在减速增扭器3上的固定轴31与减速增扭器3转动连接，另一端通过球头万向节与伸缩适应结构52连接。
进一步地，如图2所示，所述伸缩适应结构52包括台阶轴524、弹簧522和台阶套杆521，台阶轴524一端设置有用于与顶板围岩6配合的顶尖部413，所述弹簧522套设在所述台阶轴414另一端的第一细杆部上，所述台阶轴524通过所述弧形孔与限制转向结构51转动连接，并通过弹簧522与所述限制转向结构51弹性连接，台阶套杆521一端的内部设置有用于容纳所述台阶轴524和弹簧522的粗孔部527以及用于容纳所述台阶轴524的第一细杆部的细孔部529；台阶套杆521的另一端与限制转向结构51连接。
进一步地，如图2所示，所述球头万向节包括球头514、柔性保护套515、限制套513和设置在限制转向结构51上的球座512；所述球头514设置在球座512内，所述限制套513通过螺纹与所述球座512连接，进而将所述球头514固定在球座512内；球头另一端穿过所述限制套513后通过螺纹与台阶套杆521的另一端连接。柔性保护套515的一端紧固在台阶套杆521的另一端端部，另一端紧固在限制套513上。柔性保护套515可以防止杂物进入球头万向节中。
进一步地，如图2所示，本实施例中，所述台阶轴524上设置有长条槽525，所述台阶套杆521上设置有限位孔，限位螺栓527通过限位孔***台阶套杆521并设置在台阶轴524上的长条槽525内，进而限制所述台阶轴524在台阶套杆521内的伸缩范围。则通过限位螺栓527，可以对台阶轴524起到限位作用，使其即可以在台阶套杆521中自由伸缩滑动，又可以避免台阶轴524从台阶套杆521中滑出。
进一步地，本实施例中，所述限制转向结构51的一端设置有用于使所述固定轴31穿过的通孔，所述限制转向结构51套设在所述固定轴31上并通过销钉32固定。限制转向结构51转动设置在减速增扭器3上，使其可以自由调节角度，增加反力臂自适应调节的维度。
具体地，本实施例中，所述的具有自适应特点的反力臂4的数量1~4个，当只有1个自适应反力臂4时，其随机分布在在减速增扭器2的圆周方向上，若有多个时，则其均匀分布在减速增扭器2的圆周方向上。
具体地，如图3所示，本实施例中，随检及力矩脱离装置2包括中心套21、外圆套22和设置在中心套21外周的轴承24、中心环25、压环27、定位盘29和刻度盘210；所述中心套21和外圆套22分别用于连接输入轴1和减速增扭器3；所述中心套21为外侧设置有多台阶的空心轴；所述中心环25设置在中心套21外周并通过轴承24与中心套21连接；所述外圆套22通过固定螺栓211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另一侧并通过键与所述中心套21连接，所述压环27与所述中心环25之间设置有滚动体26；所述定位盘29固定设置在中心套21外侧，并位于压环27另一侧，所述压环27与定位盘29之间设置有弹簧组28，所述刻度盘210设置在所述定位盘29外侧并与其固定连接。
具体地，如图3所示，所述轴承24通过卡簧23与中心套21固定连接。
进一步地，如图4所示，本实施例中，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。如图4、5所示，调节螺栓213的一端穿过所述固定孔220设置在定位盘29上的定位孔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，长条孔226的短边要大于调节螺栓213的端部椭圆的短轴长度且小于长轴长度，其目的为通过长条孔226限制调节螺栓213的转动。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，如图5、6所示，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；所述弹簧组28为碟形弹簧。
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与所述中心套对应位置设置有键槽219，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。
具体地，本实施例中，如图1所示，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。
具体地，本实施例中，如图1所示，所述外圆套22通过连接螺栓215与减速增扭器3固定连接，所述中心套21内部空心部外周设置有内螺纹216和第一键槽217，所述中心套21通过内螺纹216和位于第一键槽217内的键与输入轴1连接。安装时，先将中心套21与输入轴螺纹连接，再通过***第一键槽217内的键对其圆周转动进行限定。
本发明实施例中随检力矩脱离装置的工作原理如下：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传递给减速增扭器3。当减速增扭器3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、减速增扭器3则停止转动，实现了输入轴1和减速增扭器3之间的力矩脱离。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，因此本发明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。
本发明实施例中随检力矩脱离装置的使用方法如下：如图4、5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***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，开动钻机向输入轴1输出扭矩。当未达到设定扭矩值时，随检力矩脱离装置2整体随输入轴1旋转，输入轴1将扭矩通过随检力矩脱离装置2传递给减速增扭器3，进一步通过减速增扭器3传递给锚杆螺母81，进行紧固。如图8所示，紧固时，自适应反力臂4的顶尖部523首先接触锚杆 5附近的顶板围岩6，通过伸缩适应结构52，调节输出轴4的位置，使之与锚杆6对准；钻机推动本实施例向锚杆方向运动，反力臂5的弹簧522被压缩，直到输出端4与锚杆螺母81连接。进一步，锚杆螺母81上紧的过程中，反力臂4的弹簧522进一步被压缩，通过增加顶尖部523与顶板围岩7之间的接触力，给反力臂5提供稳定的支点，防止输入端1输入扭矩引起的减速增扭器3和自适应反力臂5的反向旋转，直到锚杆安装完成。
如图2和图6所示，当输入端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，故可以实现随检。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等在输入轴1的扭矩作用下继续旋转，而外圆套22、中心环25、减速增扭器3则停止转动。此时即可达到扭矩定量安装的目的。
实施例二
本发明实施例二提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3、输出轴4和均匀分布在减速增扭器3圆周方向上的多个反力臂5；本实施例中，输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3和输出轴4的结构均与实施例一相同，与实施例一不同的是，本实施例中，反力臂的结构略有不同。
如图9所示，为本发明实施例二中反力臂的结构示意图，所述台阶轴524靠近所述顶尖部523的一端设置有第二细杆部，所述台阶套杆521靠近顶尖部523的一端设置有第二限位盖528，所述第二限位盖528的中心设置有孔径大于所述第二细杆部杆和顶尖部523的直径并小于所述台阶轴524主体直径的通孔。则通过第二限位盖529，可以对台阶轴起到限位作用，使其即可以在台阶套杆521中自由伸缩滑动，又可以避免台阶轴524从台阶套杆521中滑出。
实施例三
本发明实施例三提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3、输出轴4和均匀分布在减速增扭器3圆周方向上的多个反力臂5；本实施例中，输入轴1、减速增扭器3、反力臂5和输出轴4的结构均与实施例一相同，与实施例一不同的是，本实施例中，随检及力矩脱离装置2的结构略有不同。
如图10所示，为本实施例中随检及力矩脱离装置2的局部结构示意图，本实施例中，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为螺旋弹簧组。如图11所示，为滚动体26在滚动槽内的运动示意图。
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。
实施例四
本发明实施例四提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，包括输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3、输出轴4和均匀分布在减速增扭器3圆周方向上的多个反力臂5；本实施例中，输入轴1、随检及力矩脱离装置2、减速增扭器3、反力臂5和输出轴4的结构均与实施例一相同，与实施例一不同的是，本实施例的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置还包括数据监控***6，具体地，如图12所示，数据监控***6包括压力传感器61、数据记录及传输模块62、上位机63、逻辑判断模块64、现场指示报警模块65。
如图12~13所示，压力传感器61设置在弹簧组28与定位盘29之间，用于监测弹簧组28与定位盘29之间的压力值，数据记录及传输模块62实时记录测量值并通过有线或者无线方式传输到逻辑判断模块64，逻辑判断模块64判断测量值是否达到设定值，如果未达到设定值，判定锚杆安装扭矩不合格，则现场指示报警模块65进行声光报警，同时不合格信息传输到上位机63上。
压力传感器61为盘状，其与中心套21的连接方式与定位盘29和中心套21的连接方式是相同的，都是通过键连接，且其上设置与定位孔229位置对应的钻孔。213调节螺栓穿过定位孔229后设置在钻孔内，进一步限定压力传感器61的位置，使其与中心套21和定位盘29同步转动。其中，为了便于压力传感器的信号传输，优选无线传输的方式，具体实施时，在定位盘29的内侧开设一电路板槽，放置数据记录及传输模块的电路，在随检及力矩脱离装置2的外侧设置无线接收器，实时接收测量到的压力数据后发送到逻辑判断模块64和上位机。
通过设置数据数据监控***6，则本实施例不仅可以实现安装力矩的定量控制，而且，还可以实现安装力矩的随检，进一步提高了锚杆支护质量，保证了施工安全。
综上，本发明提供了一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，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-力矩脱离，因此，本发明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，本发明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。进一步地，本发明通过采用自适应反力臂，可以将反力通过顶尖传递到围岩上，代替了工人用手或者钎杆提供反力的方式，杜绝了安装器把手失控伤人事件发生，提高了安全性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，包括依次连接的输入轴（1）、随检及力矩脱离装置（2）、减速增扭器（3）、输出轴（4）和均匀分布在减速增扭器（3）圆周方向上的多个反力臂（5）；
所述随检及力矩脱离装置（2）包括中心套（21）、外圆套（22）和设置在中心套（21）外周的轴承（24）、中心环（25）、压环（27）、定位盘（29）和刻度盘（210）；所述中心套（21）和外圆套（22）分别用于连接输入轴（1）和减速增扭器（3）；所述中心套（21）为外周设置有多台阶的空心轴；所述中心环（25）设置在中心套（21）外周并通过轴承（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）另一侧并通过键与所述中心套（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）固定设置在中心套（21）外侧；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）外侧并与其固定连接；
所述反力臂（5）包括限制转向结构（51）和伸缩适应结构（52），所述限制转向结构（51）一端通过固定设置在减速增扭器（3）上的固定轴（31）与减速增扭器（3）转动连接，另一端通过球头万向节与伸缩适应结构（52）连接；所述伸缩适应结构（52）包括台阶轴（524）、弹簧（522）和台阶套杆（521），台阶轴（524）一端设置有用于与顶板围岩（7）配合的顶尖部（523），所述弹簧（522）套设在所述台阶轴（524）另一端的第一细杆部上，台阶套杆（521）一端的内部设置有用于容纳所述台阶轴（524）和弹簧（522）的粗孔部（527）以及用于容纳所述台阶轴（524）的第一细杆部的细孔部（529）；台阶套杆（521）的另一端与限制转向结构（51）连接；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；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）通过键连接；
所述外圆套（22）通过连接螺栓（215）与输出轴（4）固定连接，所述中心套（21）内部空心部外周设置有内螺纹（216），所述中心套（21）通过内螺纹（216）和键与输入轴（1）固定连接，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）。
2.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，所述滚动体为滚珠、滚柱、或者滚针，所述弹簧组为碟型簧组或螺旋弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，还包括数据监控***（6），所述数据监控***（6）包括压力传感器（61）、数据记录及传输模块（62）、上位机（63）、逻辑判断模块（64）和现场指示报警模块（65）；
压力传感器（61）设置在弹簧组（28）与定位盘（29）之间，用于监测弹簧组（28）与定位盘（29）之间的压力值，数据记录及传输模块（62）用于实时记录测量值并传输到逻辑判断模块（64），逻辑判断模块（64）用于判断测量值是否达到设定值，如果未达到设定值，判定锚杆安装扭矩不合格，并通过现场指示报警模块（65）进行声光报警，同时将不合格信息传输到上位机（63）上。
4.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，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）。
5.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，所述球头万向节包括球头（514）、限制套（513）、柔性保护套（515）和设置在限制转向结构（51）上的球座（512）；所述球头（514）设置在球座（512）内，所述限制套（513）通过螺纹与所述球座（512）连接，进而将所述球头（514）固定在球座（512）内；球头另一端穿过所述限制套（513）后通过螺纹与台阶套杆（521）的另一端连接；柔性保护套（515）的一端紧固在台阶套杆（521）的另一端端部，另一端紧固在限制套（513）上。
6.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，所述台阶轴（524）靠近所述顶尖部（523）的一端设置有第二细杆部，所述台阶套杆（521）靠近顶尖部（523）的一端设置有第二限位盖（528），所述第二限位盖（528）的中心设置有孔径大于所述第二细杆部和顶尖部（523）的直径并小于所述台阶轴（524）主体直径的通孔。
7.根据权利要求1所述的一种可力矩定量控制及随检的自适应锚杆安装装置，其特征在于，所述台阶轴（524）上设置有长条槽（525），所述台阶套杆（521）上设置有限位孔，限位螺栓（526）通过限位孔***台阶套杆（521）并设置在台阶轴（524）上的长条槽（525）内，进而限制所述台阶轴（524）在台阶套杆（521）内的伸缩范围。
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