锚杆的安装装置及操作臂的制作方法

1.本技术涉及岩土工程锚杆支护技术领域，具体是一种锚杆的安装装置及操作臂。

背景技术：

2.锚杆支护在目前隧道主要支护形式，其中该技术方法中所用到的锚杆在安装时会产生预应力(又称锚固力)，合理的预应力可以增加周围岩体的围压，有利于保持隧道岩体的稳定。一般锚杆在安装完毕后，需要通过锚杆拉拔计对锚杆的预应力进行测试，观察是否达到设计要求。
3.现有的预应力锚杆根据锚固方式或锚固材料的不同，常用的分为机械预应力锚杆(机械涨壳锚杆或倒楔式锚杆)、树脂预应力锚杆和水泥药剂预应力锚杆。上述预应力锚杆的安装过程至少具有送入锚杆、锚杆头部固定、张拉杆体、锁紧紧固螺母的操作。整个安装过程至少需要三～四种设备完成操作。例如锚杆头部固定的操作需要用到钻机将杆体旋送入并转；张拉杆体的操作需要千斤顶对杆体进行轴向牵拉，产生预应力；锁紧紧固螺母需要扳手或其他设备进行旋转锁紧。最后还需要安装插拔计进行校验，若未达到设计要求，需要再次安装千斤顶进行张拉操作，则相应浪费了由于多次安装设备的时间，且昏暗的隧道环境下，不利于设备安装，降低作业效率。因此，需要对研制一种装置能够代替上述多种设备来完成预应力锚杆的安装，提高作业效率。

技术实现要素：

4.本技术提供了一种锚杆的安装装置，可以有效提高作业效率。
5.本技术提供的锚杆的安装装置，所述锚杆包括带外螺纹的杆体以及穿套在杆体上的紧固螺母，所述锚杆的安装装置包括：
6.张拉元件，具有带内螺纹的用于连接所述杆体的连接部；
7.第一动力机构，用于驱动所述张拉元件转动，以连接所述杆体；
8.第二动力机构，用于驱动所述张拉元件沿轴向移动，对所述锚杆施加预应力；
9.锁紧元件，为中空管状结构，同轴穿套在张拉元件外部，具有用于套接所述紧固螺母的接合部；
10.第三动力机构，用于驱使所述锁紧元件转动以锁紧所述紧固螺母。
11.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
12.可选的，所述第一动力机构包括第一液压马达，和连接在第一液压马达和张拉元件之间的第一锥齿轮组；
13.第三动力机构包括第二液压马达，和连接在第二液压马达和锁紧元件之间的第二锥齿轮组。
14.可选的，所述第一液压马达和第二液压马达在周向上错位布置。
15.优选的，所述第一液压马达和第二液压马达在周向上呈90度布置。
16.可选的，包括穿套在锁紧元件外部的机壳，所述机壳具有容纳所述第一锥齿轮组和第二锥齿轮组的空腔，所述第一液压马达和第二液压马达安装在所述机壳上，且它们的输出轴伸入所述空腔与对应的锥齿轮组结合。
17.可选的，所述机壳在长度方向上具有第一端部和第二端部，所述第一端部具有供所述杆体穿过的喇叭口，所述第二动力机构固定安装在所述第二端部。
18.可选的，所述机壳包括分体的第一部分和第二部分，其中第一部分与所述锁紧元件间隙配合，第二部分具有所述空腔。
19.可选的，所述第一部分具有第一排泄孔，相应所述锁紧元件上具有第二排泄孔。
20.可选的，所述锁紧元件为螺纹连接的两段式结构。
21.本技术还提供了一种锚杆台车的操作臂，包括推进梁，所述推进梁上滑动安装滑动座，所述滑动座上安装有上述任一所述锚杆的安装装置。
22.本技术的锚杆的安装装置中的锁紧元件的旋转锁紧动作、张拉元件的旋转结合、轴向移动预紧的操作分别对应3个相互独立的动力机构，可分别设置3个操作按钮，操作逻辑清晰，允许操作人员在特殊情况下改变操作顺序来弥补安装过程中的失误。
附图说明
23.图1为现有的机械涨壳锚杆的结构视图；
24.图2为本技术一实施例的机械涨壳锚杆的头部固定的结构视图；
25.图3为本技术一实施例的机械涨壳锚杆的预紧的结构视图；
26.图4为本技术一实施例的机械涨壳锚杆的锁紧状态的结构视图；
27.图5为本技术一实施例的锚杆的安装装置的立体视图；
28.图6为本技术一实施例的锚杆的安装装置的主视图；
29.图7为图6中a-a部剖视图；
30.图8为图6中b-b部剖视图；
31.图9为图6中c-c部剖视图；
32.图10为本技术一实施例的锚杆的安装装置中张拉元件、锁紧元件的爆炸视图；
33.图11为本技术一实施例的锚杆的安装装置中锁紧元件和第二轴套的爆炸视图；
34.图12为本技术一实施例的锚杆的安装装置中张拉元件和第一轴套的爆炸视图；
35.图13为本技术一实施例的锚杆的安装装置中张拉元件轴向移动的剖视图。
36.图中附图标记说明如下：
37.100、张拉元件；110、连接部；120、第一轴套；
38.200、锁紧元件；210、接合部；220、第二排泄孔；230、第二轴套；
39.310、第一动力机构；311、第一液压马达；312、第一锥齿轮组；
40.320、第二动力机构；321、活塞；
41.330、第三动力机构；331、第二液压马达；332、第二锥齿轮组；
42.400、机壳；401、第一端部；402、第二端部；403、喇叭口；410、第一部分；411、第一排泄孔；420、第二部分；430、空腔；
43.9、锚杆；91、杆体；92、锚固头；93、紧固螺母；94、托盘；
44.921、涨壳夹片。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
47.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
48.本技术中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
49.现有的锚杆包括带外螺纹的杆体，以及螺纹连接在杆体上的紧固螺母，紧固螺母用于锁紧抵靠岩壁，为了提高接触面积和连接稳定性，现如今在杆体上穿套有托盘(或垫片)，紧固螺母抵靠托盘，托盘抵靠岩壁完成锁紧操作。
50.不同的锚杆，部分结构或安装方式略有不同。例如树脂预应力锚杆，其在锚孔内塞入树脂药剂包，在锚杆送入锚孔后，杆体进行高速旋转并伸入药剂包，药剂包破裂后内部药剂混合发生反应，迅速凝固，完成头部固定，再进行张拉杆体、锁紧和校核的操作。水泥药卷预应力锚杆是将快硬水泥药卷作为锚固剂塞入锚孔内，通过硬化后的水泥对岩体和杆体的粘结实现头部固定，再进行张拉杆体、锁紧和校核的操作。
51.机械预应力锚杆大体上分为机械涨壳锚杆和倒楔形锚杆，倒楔形锚杆在通过直接或旋转送入锚孔后，再进行张拉杆体的过程中，锚杆上的倒钩能够嵌入岩体，产生预应力，再进行锁紧和校核的操作。
52.为了方便说明，本技术主要以机械涨壳锚杆为例，下述所提锚杆在未特殊说明是均指机械涨壳锚杆。如图1所示，本技术的锚杆的安装装置所安装的锚杆9包括带外螺纹的杆体91、设置于杆体头部的锚固头92以及穿套在杆体尾部的紧固螺母93。其中头部指处于岩体内一侧，尾部指裸露在岩体外一侧。锚固头92上活动安装有涨壳夹片921，锚固头92与杆体91螺纹连接，紧固螺母93与杆体91螺纹连接，在紧固螺母93和锚固头92之间设置有托盘94，托盘94用于抵靠岩壁。
53.如图1～图4，机械涨壳锚杆的安装过程为：岩体上开好安装孔，锚杆被送入安装孔，锚固头92会与岩壁相抵产生初步预应力，或者旋转杆体91促使涨壳夹片921径向外扩进一步提升预应力，随后牵拉杆体91沿轴向远离锚固头，此过程继续提升预应力，通过检测预应力达到设计要求后，旋转紧固螺母93进行锁紧。
54.锚杆的安装装置滑动安装在一轨道或锚杆台车的操作臂上，能够与锚杆对接并沿杆体轴向移动，用以将锚杆送入锚孔或后退与锚杆分离。
55.请参阅图1～图9和图13，锚杆的安装装置包括张拉元件100、锁紧元件200、第一动力机构310、第二动力机构320和第三动力机构330。张拉元件100具有用于连接连接部110，连接部110带有与杆体91适配的内螺纹，第一动力机构310用于驱动张拉元件100绕转动，使得连接部110与杆体91结合；第二动力机构320工作用于驱动张拉元件100沿轴向移动，使得涨壳夹片921径向外扩，对锚杆施加预应力。
56.锁紧元件200为中空管状结构，同轴穿套在张拉元件100的外部，两者间隙配合，锁紧元件200具有套接在紧固螺母93的接合部210。而第三动力机构用于驱使锁紧元件200转动以锁紧紧固螺母93直至抵紧岩壁。需要说明的是本技术的安装装置具有远端和近端，远端为与锚杆对接的一端，连接部110和接合部210均处在远端，相应的为近端。
57.安装装置对锚杆的安装方案1如下：
58.s1：锚杆可以是被其他设备送入安装孔，或者是在操作臂上与安装装置结合。结合的方式为：第一动力机构310启动，连接部110与杆体91啮合，需要注意的是紧固螺母93距离杆体91的近端端部距离为d1，连接部的近端端部和接合部的远端端部两者距离为d2，满足d1＜d2，使得在杆体91延伸至连接部110的底部时，紧固螺母93与接合部210完成适配。其中接合部210的截面形状为与紧固螺母93的外周配合的多边形。
59.s2：推进梁移动将锚杆送入安装孔，此时完成第一次预紧；
60.s3：继续启动第一动力机构310，使得涨壳夹片径向外扩，提升预应力，视为二次预紧；
61.s4：启动第二动力机构320，进行三次预紧；
62.s5：启动第三动力机构330，锁紧紧固螺母。
63.方案2：在方案1的基础上，在步骤s5后，重复步骤s4和s5，逐步提升预应力直至满足设计要求，相对方案1更加稳定，但操作略繁琐；
64.以及方案3：省略步骤s3，进行步骤s1、s2、s4和s5，或者再重复步骤s4和s5。
65.具体方案的采用根据实际岩体的情况判断。因此，由于张拉元件100的旋转、轴向移动以及锁紧元件200的旋转操作互相独立，从而丰富了操作方式，灵活变化，单独控制，方便操作人员操作。
66.一实施例中，张拉元件100为中空结构，可以进行注浆。
67.结合图8～图12，一实施例中，第一动力机构310包括第一液压马达311，和连接在第一液压马达311和张拉元件100之间的第一锥齿轮组312；第三动力机构330包括第二液压马达331，和连接在第二液压马达331和锁紧元件200之间的第二锥齿轮组332。其中锥齿轮传动的承载力最大，且能够使得液压马达的布置方式不受限制。并且采用液压马达可以设置相应的油压上限，以满足相应操作的自动停止。其中，张拉元件100花键配合有带锥齿轮的第一轴套120，锁紧元件200花键配合有带锥齿轮的第二轴套230。
68.在一些实施例中，第一液压马达311和第二液压马达332在周向上错位布置。缩短两马达在轴向上的间距，压缩整个安装装置的体积；优选的第一液压马达311和第二液压马达331在周向上呈90度布置，两者在周向上处于同一半圆区域，方便安装。
69.在一实施例中，安装装置包括穿套在锁紧元件200外部的机壳400，机壳400具有容
纳第一锥齿轮组312和第二锥齿轮组332的空腔430，第一液压马达311和第二液压马达331安装在机壳400上，且它们的输出轴伸入空腔430与对应的锥齿轮组结合。结合前述两马达错位布置，使得两锥齿轮组在轴向上相邻近，空腔430的体积更小，整体更紧凑。
70.机壳400在长度(轴向)方向上具有第一端部401和第二端部402(分别对应远端和近端)，第一端部401具有供杆体91穿过的喇叭口403，喇叭口403能够便于在连接部110在初期与杆体91的结合；第二动力机构320固定安装在第二端部402，第二动力机构320为油缸，油缸包括沿轴向滑动的活塞321，活塞321与张拉元件100的近端螺纹连接。
71.其中机壳400包括分体的第一部分410和第二部分420，其中第一部分410与锁紧元件200间隙配合，空腔430设置在第二部分420内。第一部分410具有第一排泄孔411，相应锁紧元件200上具有第二排泄孔220，第二排泄孔220用于排泄锁紧元件200和张拉元件100之间的水、泥，第一排泄孔411用于排泄其内部的水、泥，避免张拉元件100和锁紧元件200卡阻。
72.由于锁紧元件200仅进行旋转动作，一实施例中，锁紧元件200为螺纹连接的两段式结构。第一排泄孔411开设在锁紧元件200的远端的一段，方便加工。
73.本技术的锚杆的安装装置中张拉元件的旋转、轴向移动以及锁紧元件的旋转操作互相独立，从而丰富了操作方式，灵活变化。本装置能够完成送杆和头部固定的操作，代替了送杆和千斤顶，避免更换设备，提高了作业效率。
74.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
75.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。

技术特征：

1.锚杆的安装装置，所述锚杆包括带外螺纹的杆体以及穿套在杆体上的紧固螺母，其特征在于，所述锚杆的安装装置包括：张拉元件，具有带内螺纹的用于连接所述杆体的连接部；第一动力机构，用于驱动所述张拉元件转动，以连接所述杆体；第二动力机构，用于驱动所述张拉元件沿轴向移动，对所述锚杆施加预应力；锁紧元件，为中空管状结构，同轴穿套在张拉元件外部，具有用于套接所述紧固螺母的接合部；第三动力机构，用于驱使所述锁紧元件转动以锁紧所述紧固螺母。2.根据权利要求1所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述第一动力机构包括第一液压马达，和连接在第一液压马达和张拉元件之间的第一锥齿轮组；第三动力机构包括第二液压马达，和连接在第二液压马达和锁紧元件之间的第二锥齿轮组。3.根据权利要求2所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述第一液压马达和第二液压马达在周向上错位布置。4.根据权利要求3所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述第一液压马达和第二液压马达在周向上呈90度布置。5.根据权利要求2所述的锚杆的安装装置，其特征在于，包括穿套在锁紧元件外部的机壳，所述机壳具有容纳所述第一锥齿轮组和第二锥齿轮组的空腔，所述第一液压马达和第二液压马达安装在所述机壳上，且它们的输出轴伸入所述空腔与对应的锥齿轮组结合。6.根据权利要求5所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述机壳在长度方向上具有第一端部和第二端部，所述第一端部具有供所述杆体穿过的喇叭口，所述第二动力机构固定安装在所述第二端部。7.根据权利要求5所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述机壳包括分体的第一部分和第二部分，其中第一部分与所述锁紧元件间隙配合，第二部分具有所述空腔。8.根据权利要求7所述的锚杆的安装装置，其特征在于，所述第一部分具有第一排泄孔，相应所述锁紧元件上具有第二排泄孔。9.根据权利要求1所述的锚杆的安装装置，所述锁紧元件为螺纹连接的两段式结构。10.一种锚杆台车的操作臂，包括推进梁，其特征在于，所述推进梁上滑动安装滑动座，所述滑动座上安装有如权利要求1～9任一所述锚杆的安装装置。

技术总结

本发明公开了一种锚杆的安装装置及操作臂，锚杆包括带外螺纹的杆体以及穿套在杆体上的紧固螺母，所述锚杆的安装装置包括：张拉元件、第一动力机构、第二动力机构、锁紧元件和第三动力机构，其中张拉元件具有带内螺纹的用于连接所述杆体的连接部；第一动力机构用于驱动所述张拉元件转动，以连接所述杆体；第二动力机构用于驱动所述张拉元件沿轴向移动，对所述锚杆施加预应力；锁紧元件为中空管状结构，同轴穿套在张拉元件外部，具有用于套接所述紧固螺母的接合部；用于驱使所述锁紧元件转动以锁紧所述紧固螺母。张拉元件的旋转、轴向移动以及锁紧元件的旋转操作互相独立，从而丰富了操作方式，灵活变化。灵活变化。灵活变化。