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专利名称：一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计的制作方法
技术领域：
本 实用新型涉及一种锚杆测力计，尤其是涉及一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计。
背景技术：
采矿相似材料模拟实验就是在实验室利用相似材料，依据现场地质资料、煤岩层柱状图和煤岩物理力学等参数，将现场工程研究对象按照一定的比例缩制成实验模型。之后，在实验模型上开挖各类工程，如矿山巷道和硐室、长壁采场等，通过对工程过程的模拟，观察和研究工程围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，以及作用于支护结构上的力。在实验室制作巷道相似材料模型，对巷道围岩变形破坏机理进行分析，可为巷道支护的优化提供科学依据。锚杆支护广泛应用于矿山、桥梁、边坡、基坑、隧道、大坝加固、地质灾害治理等工程领域中。在巷道相似材料模拟试验中，目前实验室中虽然有几种锚杆测力计，也相应解决了不少实际问题，但仍存在无法从定性测量到定量测量、可重复利用次数少以及性能不稳定等不足，以致锚杆的受力测试问题一直未能得到较好地解决，进而大大降低了相似材料模拟实验在巷道支护参数确定方面的积极作用。因此，设计一种从结构尺寸、稳定性等方面都能达到相似材料模拟实验要求的锚杆测力计就显得尤为迫切。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其设计合理、使用操作简便且使用效果好、测试数据准确，能有效解决物理相似材料模拟实验中锚杆受力情况测试难的实际问题。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征在于包括开有供被测试锚杆插装的两个锚杆孔的弹性测力环和四个对被测试锚杆所承受力进行实时检测的受力检测单元，所述弹性测力环为圆形测力环，两个所述锚杆孔对称布设在所述圆形测力环的中部且二者之间的间距与所述圆形测力环的直径相同；两个所述锚杆孔分别为锚杆孔一和锚杆孔二，四个所述受力检测单元分别为对称布设在所述锚杆孔一内外两侧的受力检测单元二和受力检测单元一以及对称布设在所述锚杆孔二内外两侧的受力检测单元四和受力检测单元三，所述受力检测单元一、受力检测单元二、受力检测单元三和受力检测单元四分别串接在直流电桥的四个桥臂上，所述受力检测单元一与受力检测单元三之间连接点a和受力检测单元二与受力检测单元四之间的连接点c分别接所述直流电桥供电电源Ui的电源正负端，所述受力检测单元一与受力检测单元二之间的连接点b和受力检测单元三和受力检测单元四之间的连接点d分别接所述直流电桥的输出电源Utl的正负电源输出端；所述受力检测单元二和受力检测单元一分别布设在弹性测力环的内外侧壁上，所述受力检测单元四和受力检测单元三分别布设在弹性测力环的内外侧壁上。[0006]上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述受力检测单元一、受力检测单元二、受力检测单元三和受力检测单元四均为电阻应变片。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述电阻应变片由一个阻值固定的电阻应变片一和一个阻值可调的电阻应变片二串接组成。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述弹性测力环的内径为16_±1_、壁厚为1_±0. Imm且其高度为15_±2_。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述弹性测力环的内径为16mm、壁厚为Imm且其高度为15mm。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述锚杆孔为圆形通孔。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述圆形通孔的孔径为 O I. 6mm O 2. 2mm。上述一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，其特征是所述电阻应变片包括由直径00. 025mm±0. 005mm的合金电阻丝缠绕成形的敏感栅。本实用新型与现有技术相比具有以下优点I、结构设计新颖、合理且加工制作方便，投入成本低。2、所用的弹性测力环采用铝-铜-镁系中的典型硬铝合金作为弹性体材料，其成份配比比较合理，综合性能较好，具体体现在强度高、弹性后效系数小、疲劳系数高、耐化学腐蚀且具有一定的耐热性。3、实现方便且使用效果好，所采用的圆环状弹性测力环体积小、质量轻且使用操作方便、制造工艺较简单，弹性测力环上预留孔径为I. 6 2. 2_锚杆孔；敏感元件采用直径约为0. 025mm的高电阻率合金电阻丝绕成形的敏感栅，作用是感受应变情况，从而通过转换元件反映锚杆的受力情况。综上，本实用新型的尺寸、结构、材料与性能更能满足模拟实验的要求，使模拟实验中力的测量实现定量化，能够为现场支护参数的确定提供科学合理的依据，并有效解决物理相似材料模拟实验中锚杆测力难的实际问题。实际使用时，本实用新型不仅可以准确地测量出锚杆所受力的大�。�而且其弹性变形性能优良，能够重复利用，精度和灵敏度高，且不易受外界环境(温度、湿度等)变化影响。综上所述，本实用新型设计合理、使用操作简便且使用效果好、测试数据准确，不仅可以准确地测量出锚杆所受力的大�。�而且其弹性变形性能优良，能够重复利用，精度和灵敏度高，同时不易受外界环境变化影响，能有效解决物理相似材料模拟实验中锚杆受力情况测试难的实际问题。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图I为本实用新型所采用弹性测力环的结构示意图。图2为本实用新型所采用直流电桥的电路接线示意图。图3为本实用新型四个受力检测单元与弹性测力环的使用状态参考图。图4为本实用新型所采用弹性测力环上的受力状态示意图。附图标记说明[0024]I-弹性测力环；2-锚杆孔；3-1-受力检测单元一；3-2-受力检测单元二； 3-3-受力检测单元三；3_4_受力检测单元四。
具体实施方式
如图I、图2、图3及图4所示，本实用新型包括开有供被测试锚杆插装的两个锚杆孔2的弹性测力环I和四个对被测试锚杆所承受力进行实时检测的受力检测单元，所述弹性测力环I为圆形测力环，两个所述锚杆孔2对称布设在所述圆形测力环的中部且二者之间的间距与所述圆形测力环的直径相同。两个所述锚杆孔2分别为锚杆孔一和锚杆孔二，四个所述受力检测单元分别为对称布设在所述锚杆孔一内外两侧的受力检测单元二 3-2和受力检测单元一 3-1以及对称布设在所述锚杆孔二内外两侧的受力检测单元四3-4和受力检测单兀二 3-3,所述受力检测单兀一 3-1、受:力检测单兀二 3-2、受:力检测单兀二 3-3和 受力检测单元四3-4分别串接在直流电桥的四个桥臂上，所述受力检测单元一 3-1与受力检测单元三3-3之间连接点a和受力检测单元二 3-2与受力检测单元四3-4之间的连接点c分别接所述直流电桥供电电源Ui的电源正负端，所述受力检测单元一 3-1与受力检测单元二 3-2之间的连接点b和受力检测单元三3-3和受力检测单元四3-4之间的连接点d分别接所述直流电桥的输出电源U0的正负电源输出端。所述受力检测单元二 3-2和受力检测单元一 3-1分别布设在弹性测力环I的内外侧壁上，所述受力检测单元3-4和受力检测单元三3-3分别布设在弹性测力环I的内外侧壁上。本实施例中，所述受力检测单元一 3-1、受力检测单元二 3-2、受力检测单元三3-3和受力检测单元3-4均为电阻应变片。且所述电阻应变片由一个阻值固定的电阻应变片一和一个阻值可调的电阻应变片二串接组成。所述锚杆孔2为圆形通孔。实际加工制作时，弹性测力环I采用铝-铜-镁系中的典型硬铝合金作为弹性体材料加工而成，所述受力检测单元一 3-1、受力检测单元二 3-2、受力检测单元三3-3和受力检测单元3-4均为采用高电阻率的合金电阻丝绕成的敏感栅，将其分别贴于弹性测力环I的内外表面上，由于全桥电路的灵敏度及非线性误差等性能优于半桥电路和单臂电桥，同时该全桥电路拥有较好的温度补偿性能，因而所述直流电桥选择全桥电路。实际加工制作时，所述弹性测力环I的内径为16mm±lmm、壁厚为lmm±0. Imm且其高度为15mm±2mm。本实施例中，所述弹性测力环I的内径为16mm、壁厚为Imm且其高度为15mm。所述圆形通孔的孔径为①I. 6mm C>2. 2mm。所述电阻应变片包括由直径C>0. 025mm±0. 005mm的合金电阻丝缠绕成形的敏感栅。结合图3、图4，P为所施加载荷，N为弹性测力环I上所受力大小。所述受力检测单元一 3-1的阻值为R1+ A R1,受力检测单元二 3-2的阻值为R2+ A R2,受力检测单元三3_3的阻值为R3+ A R3,受力检测单元3-4的阻值为R4+ A R4。由图4可清楚看出所施加载荷P时，弹性测力环I的变形情况。通过对弹性测力环I进行受力变形分析可知，弹性测力环I受力时A、B两处的变形最大，故将四个受力检测单元分别贴在A、B两处，实际受力过程中，A、B两处的外表面为拉伸应变且其内表面为压缩应变，测试时以CD为对称轴，在弹性测力环I的内、外对称表面上分别布设受力检测单元二 3-2和受力检测单元一 3-1以及受力检测单元3-4和受力检测单元三3-3。测试之前，直流电桥的四个桥臂中所串接电阻应变片的阻值均相等，并通过调节附加电阻使电桥平衡，此时直流电桥输出U0为零；实际测试时，弹性测力环I沿C、D方向加载后，各桥臂的电阻应变片阻值发生变化，其中受力检测单元一 3-1和受力检测单元三3-3的阻值增加，而受力检测单元二 3-2和受力检测单元四3-4的阻值减小，此时直流电桥失去平衡，就有电压输出，输出电压Utl的变化即可反映被测试锚杆的受力情况。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。·
权利要求1.一种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于包括开有供被测试锚杆插装的两个锚杆孔(2)的弾性测カ环(I)和四个对被测试锚杆所承受カ进行实时检测的受力检测单元，所述弹性测カ环(I)为圆形测カ环，两个所述锚杆孔(2)对称布设在所述圆形测カ环的中部且二者之间的间距与所述圆形测カ环的直径相同；两个所述锚杆孔(2)分别为锚杆孔一和锚杆孔ニ，四个所述受カ检测单元分别为对称布设在所述锚杆孔ー内外两侧的受カ检测单元ニ(3-2)和受カ检测单元一(3-1)以及对称布设在所述锚杆孔ニ内外两侧的受カ检测单元四(3-4)和受カ检测单元三(3-3)，所述受カ检测单元一(3-1)、受カ检测单元ニ(3-2)、受カ检测单元三(3-3)和受カ检测单元四(3-4)分别串接在直流电桥的四个桥臂上，所述受カ检测单元一(3-1)与受カ检测单元三(3-3)之间连接点a和受カ检测单元ニ(3-2)与受カ检测单元四(3-4)之间的连接点c分别接所述直流电桥供电电源Ui的电源正负端，所述受カ检测单元一(3-1)与受カ检测单元ニ(3-2)之间的连接点b和受カ检测单元三(3-3)和受カ检测单元四(3-4)之间的连接点d分别接所述直流电桥的输出电源U0的正负电源输出端；所述受カ检测单元ニ(3-2)和受カ检测单元一(3-1)分别布设在弹性测カ环⑴的内外侧壁上，所述受カ检测单元四(3-4)和受カ检测单元三(3-3)分别布设在弹性测カ环(I)的内外侧壁上。
2.按照权利要求I所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述受カ检测单元一(3-1)、受カ检测单元ニ(3-2)、受カ检测单元三(3-3)和受カ检测单元四(3-4)均为电阻应变片。
3.按照权利要求2所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述电阻应变片由一个阻值固定的电阻应变片ー和一个阻值可调的电阻应变片ニ串接组成。
4.按照权利要求1、2或3所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述弹性测カ环(I)的内径为16mm±lmm、壁厚为lmm±0. Imm且其高度为15mm±2mm。
5.按照权利要求4所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述弹性测カ环(I)的内径为16mm、壁厚为Imm且其高度为15mm。
6.按照权利要求4所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述锚杆孔(2)为圆形通孔。
7.按照权利要求6所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述圆形通孔的孔径为Φ I. 6mm Φ2. 2mm。
8.按照权利要求2所述的ー种用于物理相似模拟实验的锚杆测カ计，其特征在于所述电阻应变片包括由直径Φ0. 025mm±0. 005mm的合金电阻丝缠绕成形的敏感栅。
专利摘要本实用新型公开了一种用于物理相似模拟实验的锚杆测力计，包括开有供被测试锚杆插装的两个锚杆孔的弹性测力环和四个对被测试锚杆所承受力进行实时检测的受力检测单元，弹性测力环为圆形测力环，两个锚杆孔对称布设在圆形测力环的中部且二者之间的间距与圆形测力环的直径相同；四个受力检测单元分别对称布设在两个锚杆孔的内外两侧，且四个受力检测单元分别串接在直流电桥的四个桥臂上。本实用新型设计合理、使用操作简便且使用效果好、测试数据准确，不仅可以准确地测量出锚杆所受力的大�。�而且其弹性变形性能优良，能够重复利用，精度和灵敏度高，同时不易受外界环境变化影响，能有效解决物理相似材料模拟实验中锚杆受力情况测试难的问题。
文档编号G01L1/22GK202420731SQ20122001318
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者任世广, 伍永平, 张艳丽, 王俊超, 王红伟, 窦娟, 苏普正, 解盘石, 高喜才 申请人:西安科技大学