一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备

摘要

本发明提供了一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，包括对第一试样做静力拉伸试验的第一试验工位和对第二试样做静力拉伸试验的第二试验工位，且第一试样和第二试样的其中一者为PR锚索、另一者为NPR锚索；与试验装置可通信连接的显示装置，包括用于显示第一试样的实时试验曲线的第一显示模块和用于显示第二试样的实时试验曲线的第二显示模块；与试验装置和显示装置可通信连接的控制装置。本发明可以同时对NPR锚索和PR锚索在相同试验环境下进行静力拉伸试验对他们的力学问题进行研究，且可以通过第一显示模块和第二显示模块同时直观地显示两种不同类型锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行对比和分析。

权利要求

1.一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，其特征在于，所述试验设备包括：

试验装置，所述试验装置包括对第一试样做静力拉伸试验的第一试验工位和对第二试样做静力拉伸试验的第二试验工位，所述第一试验工位和所述第二试验工位平行设置，且所述第一试样和所述第二试样的其中一者为PR锚索、另一者为NPR锚索；

显示装置，所述显示装置与所述试验装置可通信连接，所述显示装置包括第一显示模块和第二显示模块，所述第一显示模块用于显示所述第一试样的实时试验曲线，所述第二显示模块用于显示所述第二试样的实时试验曲线；

控制装置，所述试验装置和所述显示装置均与所述控制装置可通信连接；

机架，所述第一试验工位和所述第二试验工位均设置在所述机架上，所述机架包括设置在一端的加载端机座、设置在中部的支撑座和设置在另一端的调整端机座，所述支撑座上设置有供试样穿过的通道，且所述机架上还设置有将所述加载端机座、所述支撑座和所述调整端机座固定连接的固定柱；

所述第一试验工位和所述第二试验工位均包括有：

第一装夹组件，所述第一装夹组件用于夹持试样的一端，第一装夹组件可移动地设置在所述加载端机座和所述支撑座之间，所述加载端机座和所述支撑座之间还设置有两条平行的加载丝杠，两条所述加载丝杠之间形成试样放置槽，且所述第一装夹组件上设置有与所述加载丝杠螺旋配合的内螺纹，当所述加载丝杠旋转时，所述第一装夹组件在所述加载丝杠与所述内螺纹的配合下沿所述加载丝杠轴向运动；

第二装夹组件，所述第二装夹组件用于夹持试样的另一端，第二装夹组件可移动地设置在所述支撑座和所述调整端机座之间，所述支撑座和所述调整端机座之间设置有两条平行的、分别与两条所述加载丝杠共线的调整丝杠，两条所述调整丝杠之间形成所述试样放置槽，且所述第二装夹组件设置有与所述调整丝杠螺旋配合的内螺纹，当所述调整丝杠旋转时，所述第二装夹组件在所述调整丝杠与所述内螺纹的配合下沿所述调整丝杠轴向运动；

第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述加载丝杠旋转，所述第二驱动装置用于驱动所述调整丝杠旋转，且所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均与所述控制装置可通信连接；

所述第一驱动装置包括伺服电机、与所述伺服电机电连接的同步带轮减速机构，且所述同步带轮减速机构与所述加载丝杠连接；

所述第二驱动装置包括交流异步电机、所述交流异步电机电连接的齿轮减速机构，且所述齿轮减速机构与所述调整丝杠连接；

所述加载端机座、所述支撑座和所述调整端机座相互平行设置，固定柱垂直所述加载端机座、所述支撑座和所述调整端机座设置；

所述固定柱设置有八根；

操作台，所述操作台上设置有控制静力拉伸试验开始/停止的启/停按钮和能够输入试验信息的输入装置，且所述启/停按钮和所述输入装置均与所述控制装置可通信地连接。

2.如权利要求1所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，其特征在于，所述第一装夹组件和所述第二装夹组件均包括用于夹持试样的夹持机构和用于驱动所述夹持机构夹紧或松开的第三驱动装置，且所述第三驱动装置与所述控制装置可通信地连接。

3.如权利要求2所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，其特征在于，所述第三驱动装置设置为液压驱动机构。

4.如权利要求3所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，其特征在于，所述液压驱动机构与所述控制装置的电气控制柜可通信地连接，且所述电气控制柜上设置有能够控制所述夹持机构夹紧和松开的夹紧按钮和松开按钮。

5.如权利要求2所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，其特征在于，所述夹持机构采用楔形钳口夹具对试样进行装夹。

说明书

一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备

技术领域

[0001] 本发明属于矿山设备技术领域，具体涉及一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备。

背景技术

[0002] 我国作为矿业大国，由矿山开采引发的岩体大变形灾害始终居高不下，这些灾害造成大量的生命、财产损失，严重制约矿产资源的安全高效开发。

[0003] 研究表明，大多岩体灾害都是由小变形发展到非线性的大变形，进而导致灾害发生。现有工程性控制钢铁材料为具有泊松比效应的材料(Poisson Ratio材料，简称PR材料)，由于这些材料仍属于传统材料，其工作阻力与位移的关系均是传统的弹性变形-应变强化-应变软化模式，工作阻力随位移变化而变化。现有的PR材料不具备大变形的特点，从而导致不适应灾岩体的大变形特性而出现破断和无法保障有效的支护作用，无法有效控制灾害的发生。

[0004] 针对传统PR材料无法抵抗软岩大变形而被拉断破坏等问题，研究能够承受岩体大变形的控制材料、技术和方法，对于岩体大变形灾害控制至关重要。而NPR(具有负泊松比效应的材料)新型锚索，突破了一系列技术难题，能够很好地解决以上普通锚索的缺陷。在生产制造或者使用NPR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，目前试验装置只能对一根NPR锚索或者PR锚索进行静力拉伸试验，无法同时对在相同设备环境下，以相同加载速率和加载力等工况条件下同时对NPR锚索和PR锚索的静力拉伸特性及其规律进行试验研究。而且无法同时直观显示两种不同类型锚索的力学变化曲线。

[0005] 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

[0006] 为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，可以同时对NPR锚索和PR锚索在相同试验环境下进行静力拉伸试验试验对他们的力学问题进行研究，且可以通过第一显示模块和第二显示模块同时直观地显示两种不同类型锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行对比和分析。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0008] 一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，所述试验设备包括：

[0009] 试验装置，试验装置包括对第一试样做静力拉伸试验的第一试验工位和对第二试样做静力拉伸试验的第二试验工位，所述第一试验工位和所述第二试验工位平行设置，且所述第一试样和所述第二试样的其中一者为PR锚索、另一者为NPR锚索；

[0010] 显示装置，所述显示装置与所述试验装置可通信连接，所述显示装置包括第一显示模块和第二显示模块，所述第一显示模块用于显示所述第一试样的实时试验曲线，所述第二显示模块用于显示所述第二试样的实时试验曲线；

[0011] 控制装置，所述试验装置和所述显示装置均与所述控制装置可通信地连接。

[0012] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述试验设备还包括机架，且所述第一试验工位和所述第二试验工位均设置在所述机架上，所述机架包括设置在一端的加载端机座、设置在中部的支撑座和设置在另一端的调整端机座，所述支撑座上设置有供试样穿过的通道，且所述机架上还设置有将所述加载端机座、所述支撑座和所述调整端机座固定连接的固定柱。

[0013] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述第一试验工位和所述第二试验工位均包括有：

[0014] 第一装夹组件，所述第一装夹组件用于夹持试样的一端，第一装夹组件可移动地设置在所述加载端机座和所述支撑座之间，所述加载端机座和所述支撑座之间还设置有两条平行的加载丝杠，两条所述加载丝杠之间形成试样放置槽，且所述第一装夹组件上设置有与所述加载丝杠螺旋配合的内螺纹，当所述加载丝杠旋转时，所述第一装夹组件在所述加载丝杠与所述内螺纹的配合下沿所述加载丝杠轴向运动；

[0015] 第二装夹组件，所述第二装夹组件用于夹持试样的另一端，第二装夹组件可移动地设置在所述支撑座和所述调整端机座之间；所述支撑座和所述调整端机座之间设置有两条平行的、分别与两条所述加载丝杠共线的调整丝杠，两条所述调整丝杠之间形成所述试样放置槽，且所述第二装夹组件设置有与所述调整丝杠螺旋配合的内螺纹，当所述调整丝杠旋转时，所述第二装夹组件在所述调整丝杠与所述内螺纹的配合下沿所述调整丝杠轴向运动；

[0016] 第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述加载丝杠旋转，所述第二驱动装置用于驱动所述调整丝杠旋转，且所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均与所述控制装置可通信地连接。

[0017] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述第一装夹组件和所述第二装夹组件均包括用于夹持试样的夹持机构和用于驱动所述夹持机构夹紧或松开的第三驱动装置，且所述第三驱动装置与所述控制装置可通信地连接。

[0018] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述第一驱动装置包括伺服电机、与所述伺服电机电连接的同步带轮减速机构，且所述同步带轮减速机构与所述加载丝杠连接。

[0019] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述第二驱动装置包括交流异步电机、与所述交流异步电机电连接的齿轮减速机构，且所述齿轮减速机构与所述调整丝杠连接。

[0020] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述第三驱动装置设置为液压驱动机构。

[0021] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述液压驱动机构与所述控制装置的电气控制柜可通信地连接，且所述电气控制柜上设置有能够控制所述夹持机构夹紧和松开的夹紧按钮和松开按钮。

[0022] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述夹持机构采用楔形钳口夹具对试样进行装夹。

[0023] 如上所述的双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，优选地，所述试验设备还包括操作台，所述操作台上设置有控制静力拉伸试验开始/停止的启/停按钮和能够输入试验信息的输入装置，且所述启/停按钮和所述输入装置均与所述控制装置可通信地连接。

[0024] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

[0025] 本发明提供了一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，可以同时对NPR锚索和PR锚索在相同试验环境下进行静力拉伸试验试验对他们的力学问题进行研究，且可以通过第一显示模块和第二显示模块同时直观地显示两种不同类型锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行对比和分析。

[0026] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

[0027] 图1为本发明实施例中双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备的整体结构示意图；

[0028] 图2为本发明实施例中试验设备加载端的局部示意图；

[0029] 图3为本发明实施例中试验设备夹持机构的结构示意图；

[0030] 图4为本发明实施例中试验设备调整端的局部示意图。

[0031] 图中：1-第一试样，2-第二试样，3-第一试验工位，4-第二试验工位，5-第一显示模块，6-第二显示模块，7-加载端机座，8-支撑座，9-调整端机座，10-通道，11-固定柱，12-第一装夹组件，13-加载丝杠，14-试样放置槽，15-第二装夹组件，16-调整丝杠，17-第一驱动装置，18-第二驱动装置，19-伺服电机，20-同步带轮减速机构，21-交流异步电机，22-齿轮减速机构，23-液压驱动机构机构，24-电气控制柜，25-夹紧按钮，26-松开按钮，27-楔形钳口，28-操作台。

具体实施方式

[0032] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0033] 下面将参考附图1-4并结合实施例来详细说明本发明的方案。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0034] 本具体实施方式提供了一种双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备，包括试验装置、与试验装置可通信连接的显示装置及控制装置，且控制装置与试验装置和显示装置可通信地连接。其中：

[0035] 试验装置用于对试样进行静力拉伸试验，具体地，试验装置包括第一试样1做静力拉伸试验的第一试验工位3和对第二试样2做静力拉伸试验的第二试验工位4，如图1所示，第一试验工位3和第二试验工位4平行设置，且第一试样1和第二试样2的其中一者为PR锚索、另一者为NPR锚索，如此，可以同时对NPR锚索和PR锚索在相同试验环境下进行静力拉伸试验试验对他们的力学问题进行研究。

[0036] 显示装置包括第一显示模块5和第二显示模块6，第一显示模块5用于显示第一试样1的实时试验曲线，第二显示模块6用于显示第二试样2的实时试验曲线，进一步地，第一显示模块5和第二显示模块6将试样的实时试验曲线通过显示屏直观显示，如此，可以通过第一显示模块5和第二显示模块6同时直观地显示两种不同类型锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行对比和分析。

[0037] 其中显示屏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。

[0038] 如图1所示，本实施例中的试验设备还包括机架，且第一试验工位3和第二试验工位4均设置在机架上，机架包括设置在一端的加载端机座7、设置在中部的支撑座8和设置在另一端的调整端机座9，支撑座8上设置有供试样穿过的通道10，且机架还设置有将加载端机座7、支撑座8和调整端机座9固定连接的固定柱11，其中，加载端机座7、支撑座8和调整端机座9相互平行设置，固定柱11垂直加载端机座7、支撑座8和调整端机座9设置，具体地，固定柱11设置有八根，如此，能够保证机架结构稳固，为做静力拉伸试验提供结构基础。

[0039] 其中，机架的材质为铸钢，具体地，型号为ZG310-450，ZG是铸钢，310指的是屈服强度为310MPa，570指的是抗拉强度为570MPa，生产成本低、强度高、韧性好、塑性强。当然，机架可以为其他符合要求的材质，具体视情况而定。

[0040] 本文中所叙述的加载端是指附图1中加载端机座7所在的一端，调整端是指附图1中调整端机座9所在的一端。

[0041] 其中，第一试验工位3和第二试验工位4均包括有：

[0042] 第一装夹组件12，用于夹持试样的一端，可移动地设置在加载端机座7和支撑座8之间，加载端机座7和支撑座8之间还设置有两条平行的加载丝杠13，两条加载丝杠13之间形成试样放置槽14，且第一装夹组件12设置有与加载丝杠13螺旋配合的内螺纹，当加载丝杠13旋转时，第一装夹组件12带动试样在加载丝杠13与内螺纹的配合下沿加载丝杠13的轴向运动，当试样加装好后，通过驱动加载丝杠13旋转，带动试样的一端沿加载丝杠13的轴向运动，即对试样进行拉伸试验。

[0043] 第二装夹组件15，用于夹持试样的另一端，可移动地设置在支撑座8和调整端机座9之间；支撑座8和调整端机座9之间也设置有两条平行的、分别与两条加载丝杠13共线的调整丝杠16，两条调整丝杠16之间形成试样放置槽14，且第二装夹组件15设置有与调整丝杠
16螺旋配合的内螺纹，当调整丝杠16旋转时，第二装夹组件15带动试样在调整丝杠16与内螺纹的配合下沿调整丝杠16的轴向运动，以此通过调整第二装夹组件15的位置来适应不同长度的试样，增加本试验设备的通用性。

[0044] 具体地，第一装夹组件12和第二装夹组件15相对设置，外形可以相同，不同的是，在做静力拉伸试验之前，第一装夹组件12用于夹持试样的一端，是固定不动的，第二装夹组件15为了来适应不同长度的试样，是需要移动的；做静力拉伸试验时，第一装夹组件12在试验过程中是需要移动的，而第二装夹组件15在试验过程中是固定不动的。

[0045] 需要说明的是，本实施例中的加载丝杠13可以为滚珠丝杠，调整丝杠16设置为梯形丝杠，滚珠丝杠的定位精度高、传动效率高、使用寿命长；梯形丝杠安装加单、成本低。当然，加载丝杠和调整丝杠也可以设置为其他形式的带有螺旋结构的构件，具体视情况而定。

[0046] 其中，还包括第一驱动装置17和第二驱动装置18，第一驱动装置17能够驱动加载丝杠13旋转，加载丝杠13与第一装夹组件12的螺旋配合能够将加载丝杠13的旋转运动转化为第一装夹组件12在加载丝杠13上的直线运动，第二驱动装置18能够驱动调整丝杠16旋转，同理，调整丝杠16与第二装夹组件15的螺旋配合能够将调整丝杠16的旋转运动转化为第二装夹组件15在调整丝杠16上的直线运动，且第一驱动装置17和第二驱动装置18均与控制装置可通信地连接。

[0047] 第一驱动装置17主要用于调整加载压力，通过控制第一装夹组件12对安装在试样放置槽14的试样进行拉伸，可以随时控制加载压力，可以对不同压力作用下的锚索进行试验，本实施例中静力拉伸试验中最大的加载压力能够达到500KN。

[0048] 进一步地，如图2所示，本实施例中的第一驱动装置17包括伺服电机19、与伺服电机19电连接的同步带轮减速机构20，且同步带轮减速机构20与加载丝杠13连接，其中，同步带轮减速机构20不用池油润滑、噪音小、成本低、传递精度高。

[0049] 如图4所示，第二驱动装置18包括交流异步电机21、与交流异步电机21电连接的齿轮减速机构22，且齿轮减速机构22与调整丝杠16连接。其中，齿轮减速机构22承载能力高、使用寿命长。

[0050] 当然，第一驱动装置17和第二驱动装置18还可以是其他的驱动方式，具体视情况而定。

[0051] 本实施例中的第一装夹组件12和第二装夹组件15均包括用于夹持试样的夹持机构和能够驱动夹持机构夹紧或松开的第三驱动装置，且第三驱动装置与控制装置可通信地连接，具体地，如图3所示，夹持机构采用楔形钳口夹具对试样进行装夹，本实施例中的夹持机构可包括多套、以适应不同试样的夹具，以适应试样的不同直径和形状。具体地，夹具可包括V型夹、平型夹具、钢绞线专用夹具、锚杆专用套筒夹具等，可做锚杆(索)、钢绞线、板材、棒材等各种材料拉伸测试。

[0052] 优选地，第三驱动装置设置为液压驱动机构23，液压驱动机构23与控制装置的电气控制柜24可通信地连接，且电气控制柜24上设置有能够控制夹持机构夹紧和松开的按钮，如此，当需要对试样夹紧时，只需按压电气控制柜24上的夹紧按钮25，电气控制柜24控制液压驱动机构23驱动夹持机构的夹具夹紧试样；当需要松开试样时，按压电气控制柜24的松开按钮26，电气控制柜24控制液压驱动机构23驱动夹持机构的夹具松开试样，方便快捷，节省时间。

[0053] 具体地，液压驱动机构23包括驱动油缸、活塞杆和推板，推板和夹持机构连接，夹持机构包括楔形夹持体和钳口块等，推板与楔形夹持体连接，驱动油缸驱动活塞杆带动推板推送楔形夹持体往复运动实现夹持和松开。

[0054] 本实施例中的试验设备还包括操作台28，操作台28上设置有控制静力拉伸试验开始/停止的启/停按钮和能够输入试验信息的输入装置，且启/停按钮和输入装置均与控制装置可通信地连接，一切准备就绪后，按压操作台28的启动按钮，电源打开，可以开始进行试验。

[0055] 下面实施例中，将对上述各个实施例中的不同装置或部件进行结合，对双工位锚索静力拉伸力学特性试验设备的整体试验步骤进行举例说明：

[0056] (1)启动计算机；

[0057] (2)启动控制装置的控制程序；检查液压驱动机构的油泵，打开总电源开关，按下启动按钮；

[0058] (3)夹持试样；把试样的第一端伸入第一装夹组件的夹持机构的钳口处，然后按压电气控制柜的夹紧按钮夹紧试样的第一端；控制装置控制第二驱动装置驱动第二装夹组件沿调整丝杠的轴向移动到试样的第二端，然后按压电气控制柜的夹紧按钮夹紧试样的第二端；试样夹持部分一定超过夹具的1/2位置；

[0059] (4)打开显示装置，在操作台的输入装置上输入相关试验信息；

[0060] (5)选择试验项目，按下启动键，达到试验标准时，单击停止键，并保存试验数据；

[0061] 其中，试验项目中可选择不同的控制方式，如力控制、位移控制、速率控制、时间控制。

[0062] (6)按下操作台的停止按钮，松开加载端，卸载试样；

[0063] (7)切断电源；按如下顺序进行，把主机开关打到关闭状态-退出相应的应用程序-关闭计算机-切断计算机电源-切断总开关。

[0064] 由上可以看出，本实施例方案可以同时对NPR锚索和PR锚索在相同试验环境下进行静力拉伸试验试验对他们的力学问题进行研究，且可以通过第一显示模块和第二显示模块同时直观地显示两种不同类型锚索的力学变化曲线，对其力学特性进行对比和分析。

[0065] 需要说明的是，本文所表述的“第一”“第二”“第三”等词语，不是对具体顺序的限制，仅仅只是用于区分各个部件或功能。

[0066] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。