自適應(yīng)耐蝕錨桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種自適應(yīng)耐蝕錨桿，屬于土木施工設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、易于安裝等特點(diǎn)，在礦山、隧道，壩體、土木建筑等工程技術(shù)中廣為應(yīng)用?？缮扉L錨桿可使錨桿和圍巖在保證支護(hù)抗力的情況下有一定的變形，以釋放圍巖變形的破壞能量。這種錨桿按工作原理分為桿體可伸長和結(jié)構(gòu)元件滑動(dòng)可伸長兩大類。前者是依靠錨桿材料的屈服強(qiáng)度和延伸率分別提供錨桿的支護(hù)阻力和延伸量，典型的是德國蒂森可伸長錨桿及前蘇聯(lián)研制的桿體彎曲伸長錨桿；后者是設(shè)計(jì)某些機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)圍巖變形傳遞給桿體，桿體內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，桿體可籍助于機(jī)械結(jié)構(gòu)而滑動(dòng)，桿體滑動(dòng)的阻力和滑動(dòng)量即為錨桿的工作阻力和延伸量，典型型式有結(jié)構(gòu)摩擦滑動(dòng)式、結(jié)構(gòu)剪切滑動(dòng)式和結(jié)構(gòu)擠壓滑動(dòng)式。(候朝炯，可伸長錨桿原理及應(yīng)用，東北煤炭技術(shù)，1995，5)。
[0003]賴應(yīng)得等人在《幾種可伸長錨桿(煤礦開采，1998年第3期)》中總結(jié)了可伸長銷桿的幾種形式，包括桿體摩擦伸長式、孔口壓縮式、桿體蛇形式和桿體伸長式可伸長銷桿等，但均未得到很好的推廣應(yīng)用。
[0004]隨著礦產(chǎn)資源的開采深度不斷延伸，巷道圍巖體表現(xiàn)出明顯的大變形、大地壓、持續(xù)流變的軟巖特性，對錨桿支護(hù)材料提出更高的要求:錨桿與圍巖協(xié)調(diào)變形，允許圍巖可控變形，發(fā)揮圍巖的自支撐能力(張國卿.高強(qiáng)塑性TRIP鋼錨桿的開發(fā)研宄[J].煤礦機(jī)械，2013，34(11):43-45)。傳統(tǒng)高強(qiáng)度錨桿的伸長率一般在15%左右，已經(jīng)不能適應(yīng)這種新的要求，因此需要使用大變形錨桿。
[0005]李鈾等人在《一種適用于大變形支護(hù)的新型可伸長錨桿》(中南公路工程，2007，第2期)文中還介紹了管縫式、水脹式等結(jié)構(gòu)的可伸長錨桿也能實(shí)現(xiàn)大變形支護(hù)。
[0006]專利CN201010196197.2提出了一種恒阻大變形錨桿，利用桿體上的螺紋與螺母間的摩擦力提供阻力，實(shí)現(xiàn)大的變形量。但是這種借助摩擦提供阻力的結(jié)構(gòu)，不能充分發(fā)揮錨桿自身的強(qiáng)度，必須使桿體本身直徑很大才能提供足夠的錨桿力。專利CN201110187361.8提出了一種加固大變形巖體的恒阻吸能錨桿，錐形筒擠壓可擴(kuò)徑圓筒使其內(nèi)徑擴(kuò)大產(chǎn)生阻力。實(shí)際上，很難控制圓筒在擴(kuò)徑過程中不被破壞而導(dǎo)致錨桿失效。CN201110332484提出了一種剪切套管式讓壓錨桿，錨桿桿體表面焊接有一定數(shù)量及間距的剪切核，通過剪切核與套管小內(nèi)徑段的相互剪切作用實(shí)現(xiàn)變形讓壓能力。這樣的話，套管需要具有相當(dāng)高的強(qiáng)度。CN201210139092.2公開了一種高強(qiáng)恒阻大變形錨桿及其使用方法，桿體通過拉絲模時(shí)直徑的減小提供阻力和伸長。理論上，桿體發(fā)生整體的塑形變形需要的拉力非常大，而且要求限制變形的部件(如拉絲模等)的強(qiáng)度非常高，將會(huì)使錨桿成本很尚O
[0007]江利等人探討了新型高強(qiáng)鋼(TRIP鋼和TWIP鋼)用作錨桿的可能性(江利，沈寒領(lǐng).新型超高強(qiáng)度錨桿材料的力學(xué)性能[J].礦山壓力與頂板管理，1998，(4).:29-32),這種鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性，但價(jià)格昂貴，推廣應(yīng)用尚需時(shí)日。
[0008]一旦外界拉力F超過錨桿的變形抗力P，錨桿即發(fā)生伸長變形，伸長速度V是由拉力F和變形抗力P兩個(gè)力的合力所決定。一般變形抗力P是一定的，所以伸長速度V隨拉力F變化而改變。在需要恒定速度伸長的場合，變形速度不隨外力變化而變化，需要進(jìn)行復(fù)雜的控制，通過改變變形抗力以適應(yīng)外力的變化，如專利CN102953743A公開了一種智能控制增阻大變形錨桿及其應(yīng)用方法，利用計(jì)算機(jī)程序控制變形阻力。
[0009]錨桿一般是在密閉潮濕、干濕交替、永久浸泡等復(fù)雜環(huán)境中工作。這些因素都可能造成金屬錨桿的腐蝕，破壞錨桿材料的表面，導(dǎo)致斷裂或降低承載能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)耐蝕錨桿，解決錨桿在密閉潮濕、干濕交替、永久浸泡等復(fù)雜環(huán)境中工作，造成金屬錨桿的腐蝕，破壞錨桿材料的表面，導(dǎo)致斷裂或降低承載能力的問題。
[0011]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn):
[0012]自適應(yīng)耐蝕錨桿，包括推管、拉伸桿和支撐座，所述推管和支撐座套接在拉伸桿的外部，在所述推管和所述支撐座之間設(shè)有滾子，所述滾子位于所述支撐座內(nèi)部，并且所述滾子設(shè)有多個(gè)，圍繞所述拉伸桿的圓周均勻分布，所述滾子安裝在所述推管的前端，使所述推管在向支撐座方向推動(dòng)時(shí)，所述滾子或所述所述推管向所述拉伸桿施加徑向壓力；所述支撐座通過螺母固定。
[0013]優(yōu)選的，所述滾子設(shè)為圓柱滾子，并對應(yīng)所述滾子在所述支撐座內(nèi)部設(shè)有漸縮狀的導(dǎo)向槽；所述推管前端的推面為平面，所述滾子位于所述推管前端的推面上；對應(yīng)所述滾子在所述拉伸桿的外表面一體化設(shè)有多個(gè)縱向的凸起，并且每個(gè)所述凸起的前端設(shè)為斜面結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步的設(shè)計(jì)是，所述滾子設(shè)有四個(gè)，并且位于同一橫截面上。
[0015]優(yōu)選的，所述滾子設(shè)為圓柱滾子，并對應(yīng)每個(gè)所述滾子將所述推管設(shè)為與拉伸桿滑動(dòng)配合的若干個(gè)縱向凸棱，在縱向凸棱的前端設(shè)有斜面，所述滾子與斜面配合，每個(gè)滾子位于所述支撐座內(nèi)的滾子定位槽之中。
[0016]所述縱向凸棱與所述拉伸桿之間的配合面為平面。
[0017]優(yōu)選的，在所述支撐座的側(cè)壁上開口，并設(shè)有換向拉桿，所述換向拉桿與所述滾子配合，所述滾子設(shè)為圓柱滾子，所述推管前端的推面為平面，所述滾子位于所述推管前端的推面上。
[0018]優(yōu)選的，所述滾子設(shè)為圓柱滾子，并對應(yīng)所述滾子在所述支撐座內(nèi)部設(shè)有漸縮狀的導(dǎo)向槽；所述推管的外壁上設(shè)有若干個(gè)放射狀結(jié)構(gòu)的齒，并且齒的前端設(shè)為傾斜的表面，使所述推管在向前推動(dòng)時(shí)，該表面與所述滾子配合。
[0019]優(yōu)選的，所述滾子設(shè)為圓柱滾子，并對應(yīng)所述滾子在所述支撐座內(nèi)部設(shè)有漸縮狀的導(dǎo)向槽；所述推管前端的推面為平面，所述滾子位于所述推管前端的推面上。
[0020]優(yōu)選的，在所述支撐座的側(cè)壁上開口，并設(shè)有壓套，所述壓套頂在所述滾子外側(cè)，所述滾子設(shè)為球狀滾子，所述推管的外壁上設(shè)有若干個(gè)放射狀結(jié)構(gòu)的齒，并且齒的前端設(shè)為傾斜的表面，使所述推管在向前推動(dòng)時(shí)，該表面與所述滾子配合。
[0021]所述拉伸桿的表面采用塑性材料制造，芯桿采用硬質(zhì)材料制造。
[0022]拉伸桿是軟硬結(jié)合的結(jié)構(gòu)，即由芯部到表面由兩層構(gòu)成，芯部是高強(qiáng)度的材料，而表層為高塑性的軟質(zhì)材料，受到擠壓力時(shí)容易發(fā)生塑性變形。軟質(zhì)層可以是各種形狀的的凸起，也可以不需要凸起。非變形體為高強(qiáng)度材料，根據(jù)工作條件選擇高強(qiáng)鋼等；支撐套、游動(dòng)塊和杠桿為硬質(zhì)材料，在工作時(shí)不發(fā)生塑性變形和斷裂。
[0023]表層耐蝕處理:在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行處理，通入壓力0.0l-1MPa的水蒸汽或者氨氣，在400-600°C溫度下保溫0.1-2小時(shí)。
[0024]表層軟化耐蝕處理方法:在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行處理，通入水蒸汽和氫氣的混合氣，水蒸氣壓力0.0l-1MPa,氫氣壓力0.0l-1MPa0在400-900°C溫度下保溫1_10小時(shí)后停止供氫，在400-600°C溫度下保溫0.1-2小時(shí)。
[0025]拉伸桿通過硬質(zhì)滾子后，在壓下力作用下僅發(fā)生變形體的局部塑性變形(軟質(zhì)層或齒)，比摩擦式錨桿的阻力大，但比桿體全部發(fā)生塑性變形更容易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)具備大變形和大抗力，并且能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，自適應(yīng)外力的變化而保持勻速伸長；耐環(huán)境腐蝕下具有更長的服役壽命；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。
[0026]本發(fā)明所述的自適應(yīng)耐蝕錨桿，推管和拉伸桿受到方向相反的軸向外力時(shí)，拉伸桿產(chǎn)生伸長。作用在推管上的軸向外力由換向機(jī)構(gòu)得到徑向和軸向擠壓分力，通過滾子作用在變形體上使其發(fā)生塑形變形，徑向分力使硬質(zhì)塊穩(wěn)定在平衡位置，推桿的塑性變形量一定，則伸長部分的伸長速度恒定。
[0027]當(dāng)軸向外力改變時(shí)，軸向分力和徑向分力隨之改變，軸向分力使伸長速度變化，而徑向分力驅(qū)動(dòng)硬質(zhì)塊產(chǎn)生徑向位移，阻礙伸長速度的的改變，則伸長部分的伸長速度保持恒定，也即自動(dòng)適應(yīng)了外力的變化。拉伸桿以拉拔式和軋壓式變形:推管與支座通過螺栓連接在一起，支座上的硬質(zhì)塊與桿壓緊，外力F作用時(shí)桿與管沿軸向相對運(yùn)動(dòng)，使拉伸桿表面的軟質(zhì)層發(fā)生局部塑性變形。
【附圖說明】
[0028]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一所述自適應(yīng)耐蝕錨桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖2是圖1中截面示意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二所述自適應(yīng)耐蝕錨桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖4是圖3中截面示意圖。
[0033]圖5是本