CN111965013A - 吸能锚索拉伸试验夹具、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吸能锚索拉伸试验夹具、设备及方法，包括：两个对称设置的夹紧件，所述夹紧件的一侧面为具有设定角度的倾斜面，与倾斜面相对的侧面上设有若干个限位结构；两个夹紧件的限位结构配合形成若干个容置空间，容置空间用于传动或定位并卡紧试件；不仅避免了试件与夹具之间的滑移，提高了夹具使用寿命，降低了成本，而且能够还原现场锚索拉伸的真实过程，增加了试验精确性，可以保证加载轴线的对中性以及标距变形的单向性，提高实验结果的精确性，还可以适用于不同尺寸的锚索或锁具。

Description

吸能锚索拉伸试验夹具、设备及方法

技术领域

本发明涉及一种吸能锚索拉伸试验夹具、设备及方法。

背景技术

冲击地压是深部煤炭开采遇到的十分突出的动力灾害，随着开采深度增加，巷道冲击地压发生频率与破坏强度也随之增加，致使我国冲击地压灾害日益严重。频繁的冲击地压事故造成了大量设备损失与人员伤亡。冲击地压带来的安全问题根本原因是传统材料(低延伸率)锚杆、索无法适应冲击载荷作用下巷道围岩的瞬间大变形，造成支护结构破坏。

为了解决冲击地压的难题，研制出了具有大变形、高吸能和高冲击韧性的恒阻吸能(具有大延伸率)新材料矿用锚索。在生产制造或者使用恒阻吸能新型锚索前需要对该锚索进行静力拉伸试验，以测试其是否合格。然而目前的锚索拉伸试验设备操作繁琐，夹具方式容易破坏试件的表面，并且拉伸夹具与试件之间容易产生滑移，进而导致拉伸测试的准确度不足，同时也不能完全还原现场锚索拉伸的真实过程。由于拉伸试验的研究对象是固定标距在载荷作用下的变形行为，因此载荷传递的平稳性，加载轴线的对中性以及标距变形的单向性是获取材料强塑性能的前提与保证。其中，夹具与试样的相互作用是载荷有效传递与测量的关键。

(1)目前的试验设备夹具方式容易破坏试件的表面，并且拉伸夹具与试件之间容易产生滑移，进而导致拉伸测试不准确。虽然目前有些设计对拉伸夹具与试件接触的部分增加了粗糙度，解决了拉伸夹具与试件之间的滑移问题。当试件为高强度时，拉伸测试时拉伸夹具容易磨损，使用寿命较低，需要定期更换材料，成本较高。

(2)目前的试验设备的夹具方式无法完全还原现场锚索拉伸的真实过程，造成拉伸试验结果不能真正精确的指导现场设计。

(3)目前的试验设备夹具结构复杂、操作繁琐和稳定性差的缺点。同时，加载轴线的对中性以及标距变形的单向性不够精确，直接影响到试验结果的准确性。

(4)在对不同直径的锚索进行拉伸试验时，尤其是直径跨度较大时，目前的试验设备需要更换与之相匹配的夹具，造成了多组不同型号锚索拉伸试验使需要多个夹具更换，操作繁琐，同时造成浪费夹具材料，增加成本。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吸能锚索拉伸试验夹具、设备及方法，用与现场锚索锁具相同的方式设计试验夹具的咬合方式，不仅避免了试件与夹具之间的滑移，提高了夹具使用寿命，降低了成本，而且能够还原现场锚索拉伸的真实过程，增加了试验精确性，可以实现对现场支护设计的精确指导。

第一方面，本发明提供了一种吸能锚索拉伸试验夹具，包括：两个对称设置的夹紧件，所述夹紧件的一侧面为具有设定角度的倾斜面，与倾斜面相对的侧面上设有若干个限位结构；两个夹紧件的限位结构配合形成若干个容置空间，容置空间用于传动或定位并卡紧试件。

第二方面，本发明还提供了一种吸能锚索拉伸试验设备，包括：加载装置，和与加载装置连接的如第一方面所述的锚索拉伸试验夹具。

第三方面，本发明还提供了一种如第二方面所述的吸能锚索拉伸试验设备的使用方法，步骤包括：

将试件两端的锁具放入锚索拉伸试验夹具的容置空间内；

控制加载装置内的传动机构运动，使得夹紧件沿着倾斜面的方向运动，将两个夹紧件对称部分挤压在一起，将试件两端的锁具固定在容置空间内；

控制加载装置的加载丝杠运动，使得横梁在加载丝杠上移动，对试件进行拉伸试验。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明采用倾斜面相对的侧面上设有若干个限位结构；两个夹紧件的限位结构配合形成若干个容置空间，容置空间可用于卡紧锚索试件，通过采用与现场锚索锁具相同的方式设计试验夹具的咬合方式，不仅避免了试件与夹具之间的滑移，提高了夹具使用寿命，降低了成本，而且能够还原现场锚索拉伸的真实过程，增加了试验精确性，可以实现对现场支护设计的精确指导。

2、本发明通过两个对称设置的夹紧件，夹紧件的一侧面为具有设定角度的倾斜面，可沿倾斜面调整位置实现夹紧运动，通过利用对称原理对夹具进行精确设计，可以保证加载轴线的对中性以及标距变形的单向性，提高实验结果的精确性。

3、本发明通过通过在容置空间内的传动机构带动夹紧件上下运动，沿倾斜面的方向进行位置调节，实现趋近于两个夹紧件中心的运动。在夹紧锚索时能够有效配合锚索或锁具，实现加载轴线的对中性以及标距变形的单向性精确，保证试验结果的准确性。使锚索拉伸试验操作简单，夹具结构简化及稳定性与现场相同。

4、本发明采用的夹紧件通过沿倾斜面的方向进行位置调节，可以适用于不同尺寸的锚索或锁具，对于待检测的批量锚索直径跨度较大时，具有显著的操作便捷性，在面对多组大跨度不同直径锚索拉伸试验时，无需进行夹具的更换，只需用换上相应的锁具即可，操作简单、节约材料和降低成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的未拉伸锚索试件示意图；

图2为本发明的拉伸锚索试件示意图；

图3为本发明的锚索与锁具组装示意图；

图4为本发明的锚索锁具组合体未装入夹具示意图；

图5为本发明的锚索锁具组合体装入夹具示意图；

图6为本发明的夹具槽示意图；

其中：1-支撑台；2-横梁；3-滑动横梁；4-加载丝杠；5-加载油缸；6-上夹具；7-下夹具；8-锁具；9-锚索试件；10-锁具夹片；11-显示模块；12-操作台；13-电气控制柜；14-夹具槽；15-滑动轨道；16-夹具上卡槽；17-夹具下卡槽。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如附图4所示，本发明提供了一种吸能锚索拉伸试验夹具，包括：两个对称设置的夹紧件，所述夹紧件的一侧面为具有设定角度的倾斜面，与倾斜面相对的侧面上设有若干个限位结构；两个夹紧件的限位结构配合形成若干个容置空间，容置空间用于传动或定位并卡紧试件。

所述试件为锚索或锚索两端的锁具。

所述夹紧件的限位结构配合至少形成两个容置空间，其中一个容置空间用于夹紧试件，另一个容置空间用于连接传动机构。

所述倾斜面包括但不限于圆弧形曲面、矩形平面、圆形平面、多边形平面结构；倾斜面上设有滑动结构，滑动结构用于与滑轨配合实现沿倾斜面方向的位置调节，两个夹紧件的倾斜面配合形成八字型结构，通过在容置空间内的传动机构带动夹紧件上下运动，沿倾斜面的方向进行位置调节，使得两个夹紧件之间的轴向和径向位置均调整，实现趋近于两个夹紧件中心的运动。在夹紧锚索时能够有效配合锚索或锁具，实现加载轴线的对中性以及标距变形的单向性精确，保证试验结果的准确性。且可以适用于不同尺寸的锚索或锁具，对于待检测的批量锚索直径跨度较大时，具有显著的操作便捷性。

进一步的，所述滑动结构为滑槽、滑块或滑轮，作为优选的一种方案，滑动结构为滑槽，与倾斜面相邻的至少一个侧面上设置有滑槽，滑槽沿着滑轨实现沿倾斜面方向的位置调节，使得两个夹紧件实现趋近于两个夹紧件中心的运动。

进一步的，所述限位结构包括第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构包括第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的截面为与试件配合的圆弧形结构，第一凹槽的一端贯通夹紧件的一端面，另一端连通第二凹槽，第二凹槽为与试件的锁具配合的结构，第二凹槽的截面可以为但不限于矩形、方形、圆弧形、半圆形或多边形结构；

第二限位结构为第三凹槽，第三凹槽具有设定宽度和长度，具有与传动机构配合的结构，第三凹槽的截面可以为但不限于矩形、方形、圆弧形、半圆形或多边形结构，可以用于连接传动机构。

进一步的，所述的容置空间为卡槽结构，将锚索试件两端的锁具固定在上卡槽结构中。

实施例2

一种吸能锚索拉伸试验设备，包括：加载装置，和与加载装置连接的如上述实施例所述的锚索拉伸试验夹具。

所述加载装置包括加载丝杠，和与加载丝杠连接的两个对称设置的横梁；所述横梁包括夹具槽，夹具槽用于安装锚索拉伸试验夹具；所述夹具槽底部设有传动机构，通过传动机构与锚索拉伸试验夹具的形成的其中一个容置空间配合，带动锚索拉伸试验夹具运动实现定位卡紧作用。其中一个横梁与丝杠固定连接，位置固定，另一个横梁与加载丝杠配合实现进给运动。

进一步的，所述传动机构包括但不限于曲轴连杆滑块、偏心轮机构、曲线滑槽机构、凸轮弹簧机构、气缸、液压缸和丝杠传动机构，作为优选的一种方案，所述传动机构为液压缸，所述液压缸的活塞杆与滑动板连接，所述滑动板放置于锚索拉伸试验夹具的形成的其中一个容置空间内，通过推动锚索拉伸试验夹具的两个夹紧件，实现定位卡紧作用。所述滑动板包括但不限于圆形、矩形、多边形或矩形结构。

进一步的，所述夹具槽具有与夹紧件的倾斜面配合的形状，包括但不限于具有圆弧曲面的圆台状、三角形或梯形。作为优选的一种方案，所述夹具槽呈梯形状，与夹紧件的矩形倾斜面形成配合关系；所述夹具槽的两个侧面设有滑轨结构，与夹紧件的滑动结构实现配合。

进一步的，所述加载丝杠设置有两个，分别与横梁的两端连接；

进一步的，所述加载丝杠与支撑台连接，支撑台内部具有电机，电机通过减速器与加载丝杠连接，带动加载丝杠进给运动。

进一步的，还包括与加载装置连接的显示装置和控制装置，所述显示装置用于显示锚索力学变化曲线，还能够显示试验参数表和试样信息表，试样参数表如力值、位移、速率、时间等，试样信息表如直径、长度、编号等。控制装置用于在拉伸试验过程中控制传动机构的运动及加载丝杠的加压。

进一步的，所述加载装置与显示装置及控制装置通信连接，且控制装置与显示装置通信连接。

本发明的加载装置用于对试样进行静力拉伸试验，对恒阻吸能锚索的力学特性进行研究。试验过程中显示屏除了可以显示锚索力学变化曲线，还能够显示试验参数表和试样信息表，试样参数表如力值、位移、速率、时间等，试样信息表如直径、长度、编号等。同时，本实施例中的控制装置可以为计算机，当然，也可以为其他装置，具体视情况而定。

结合附图进行具体结构描述，如图1所示，本实施例中的试验设备包括支撑台1，支撑台1可以为整个拉伸试验设备提供稳定的操作环境，支撑台1上方固定4个加载丝杠4，通过给加载丝杠4加载，使其转动，即可保证滑动横梁3在其上面稳定上下滑动，而横梁2为固定不动。因此，可以实现拉伸试件的目的。

图1中为未放入锚索试件时的状态，此时上夹具6和下夹具7分别可放入横梁2和滑动横梁3的夹具槽14内，其中上夹具6和下夹具7均由两部分对称结构组成，且均包含两个预留卡槽，分别为上卡槽16和下卡槽17。夹具槽14呈梯形状，将上夹具6和下夹具7下方预留的下卡槽17卡入夹具槽14内的加载油缸5上，当油缸5加载时，油缸5顶出，由于上夹具6与下夹具7均组装在油缸5上，因此，使得两个夹具6、7会顺着夹具槽14两边的预留滑动轨道15滑动，以实现两者拼在一起，将锚索试件9两端的锁具8固定在上卡槽16中。

如图3所示，锚索试件9安装在夹具6、夹具7之前需要在两端安装锁具8和锁具夹片10，安装方法为先将锁具8套入锚索试件9两端，然后将其锁具夹片10***即可。

如图4、图5所示，当锚索两端的锚具8和10安装完成后，将锚索试件两端锁具8放入上夹具6和下夹具7的上卡槽16中固定好。然后对横梁2和滑动横梁3夹具槽14内的油缸5进行加压，使夹具6、7沿着夹具槽14的预留滑动轨道15移动，最终使得夹具6、7两个对称部分挤压在一起，将锚具8固定在夹具6、7的上卡槽16中，然后，再对加压丝杠4加压，使得滑动横梁3在加压丝杠4上向下移动，以此来对锚索试件9进行拉伸试验，拉伸过程的实时试验曲线通过显示模块11直观显示，如此，可以直观地显示锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行分析，在拉伸试验过程中油缸5及加载丝杠的加压均可通过操作台12上的电气控制柜13来实现。

实施例3

本发明还提供了一种吸能锚索拉伸试验设备的使用方法，包括：

将试件两端的锁具放入锚索拉伸试验夹具的容置空间内；具体来说是将将试件两端的锁具放入上夹具6和下夹具7的上卡槽16中固定好；

控制加载装置内的传动机构运动，使得夹紧件沿着倾斜面的方向运动，将两个夹紧件对称部分挤压在一起，将试件两端的锁具固定在容置空间内；具体来说是指，对横梁2和滑动横梁3夹具槽14内的油缸5进行加压，使夹具6、7沿着夹具槽14的预留滑动轨道15移动，最终使得夹具6、7两个对称部分挤压在一起，将锚具8固定在夹具6、7的上卡槽16中；

控制加载装置的加载丝杠运动，使得横梁在加载丝杠上移动，对试件进行拉伸试验。具体来说是，对加压丝杠4加压，使得滑动横梁3在加压丝杠4上向下移动，以此来对锚索试件9进行拉伸试验，拉伸过程的实时试验曲线通过显示模块11直观显示，如此，可以直观地显示锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行分析，在拉伸试验过程中油缸5及加载丝杠的加压均可通过操作台12上的电气控制柜13来实现。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种吸能锚索拉伸试验夹具，其特征在于，包括：两个对称设置的夹紧件，所述夹紧件的一侧面为具有设定角度的倾斜面，与倾斜面相对的侧面上设有若干个限位结构；两个夹紧件的限位结构配合形成若干个容置空间，容置空间用于传动或卡紧试件。

2.如权利要求1所述的吸能锚索拉伸试验夹具，其特征在于，两个夹紧件的限位结构配合至少形成两个容置空间，其中一个容置空间用于夹紧试件，另一个容置空间用于连接传动机构。

3.如权利要求1所述的吸能锚索拉伸试验夹具，其特征在于，所述倾斜面上设有滑动结构，滑动结构用于与滑轨配合实现沿倾斜面方向的位置调节。

4.如权利要求1所述的吸能锚索拉伸试验夹具，其特征在于，所述限位结构包括第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构包括第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽的截面为与试件配合的圆弧形结构，第一凹槽的一端贯通夹紧件的一端面，另一端连通第二凹槽，第二凹槽为与试件的锁具配合的结构；第二限位结构为第三凹槽，第三凹槽具有设定宽度和长度。

5.一种吸能锚索拉伸试验设备，其特征在于，包括：加载装置，和与加载装置连接的如权利要求1-4任一所述的锚索拉伸试验夹具。

6.如权利要求5所述的吸能锚索拉伸试验设备，其特征在于，所述加载装置包括加载丝杠，和与加载丝杠连接的两个对称设置的横梁；所述横梁包括夹具槽，夹具槽用于安装锚索拉伸试验夹具；所述夹具槽底部设有传动机构，通过传动机构与锚索拉伸试验夹具的其中一个容置空间配合。

7.如权利要求5所述的吸能锚索拉伸试验设备，其特征在于，所述传动机构为液压缸，所述液压缸的活塞杆与滑动板连接，所述滑动板放置于锚索拉伸试验夹具的其中一个容置空间内。

8.如权利要求5所述的吸能锚索拉伸试验设备，其特征在于，所述夹具槽呈梯形状，夹具槽的侧面具有滑轨结构。

9.如权利要求5所述的吸能锚索拉伸试验设备，其特征在于，所述加载丝杠与支撑台连接，支撑台内部具有电机，电机通过减速器与加载丝杠连接。

10.一种采用如权利要求5-9任一所述的吸能锚索拉伸试验设备的使用方法，其特征在于，步骤包括：

将试件两端的锁具放入锚索拉伸试验夹具的容置空间内；

控制加载装置内的传动机构运动，使得夹紧件沿着倾斜面的方向运动，将两个夹紧件对称部分挤压在一起，将试件两端的锁具固定在容置空间内；

控制加载装置的加载丝杠运动，使得横梁在加载丝杠上移动，对试件进行拉伸试验。

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