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专利号: 2025103529034
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,包括底座、试验箱、立板、伺服液压站、轴向力加载单元、径向力加载单元、盐雾发生器及控制器,所述试验箱固定安装在底座上方,立板竖向布置在试验箱左侧,其下端与底座固定相连成一体,所述伺服液压站设置在立板左侧;

试验箱为配置有顶盖的方形箱体,试验箱的内部具有由前往后依次布置的三个独立的腔室,分别为第一腔室、第二腔室和第三腔室,每个腔室的左侧壁上均通过第一导向套筒设有一个所述轴向力加载单元,其底部中心处均通过第二导向套筒设有一个径向力加载单元;

每个腔室的右侧壁上均设有与轴向力加载单元正对的锚杆限位机构,轴向力加载单元和锚杆限位机构对位于该腔室内的锚杆试件两端定位,每个腔室均配置有一个电腐蚀发生组件,电腐蚀发生组件包括直流电源和带接线端子的电极片;

所述立板的右侧设有与轴向力加载单元数量相等且位置一一对应的第一伺服油缸,试验箱的下方设有与径向力加载单元数量相等且位置一一对应的第二伺服油缸,伺服液压站分别为每个伺服油缸独立供油和回油;

工作状态下,第一伺服油缸通过对应的轴向力加载单元对锚杆试件施加轴向作用力,第二伺服油缸通过对应的径向力加载单元对锚杆试件施加径向作用力;

每个腔室的底部均固定嵌设有陶瓷加热片,试验箱的侧壁上设有温湿度监测仪,所述盐雾发生器设置在试验箱外部,通过管路与第一腔室侧壁的盐雾端口相连,供入雾化的腐蚀介质,第一腔室的上部侧壁设有腐蚀介质浓度传感器,其底部具有集液槽;

所述第二腔室的内部设有滴淋机构,滴淋机构与设置在试验箱外部的供水装置管路连接,所述第三腔室的左侧壁和右侧壁上分别设有进水口和排水口,第三腔室通过其进水口和排水口与外部的储水箱组成供水循环系统。

2.根据权利要求1所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,所述底座和立板均为方形平板,试验箱底部的四个角分别通过一个立柱与底座固定相连成一体,其左侧壁通过规则布置的四个横杆与立板固定相连。

3.根据权利要求1所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,所述试验箱的内部具有竖向且平行间隔布置的两个隔板,隔板的底部及左右两侧均与试验箱的内壁固定成一体,其上端面与试验箱的顶部高度一致;

顶盖采用透明的有机玻璃或者亚克力材料制成的,试验箱的顶部以嵌设的方式固定有“目”字形的密封片,顶盖可拆卸固定于试验箱顶部,将其内部的三个腔室封闭。

4.根据权利要求1所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,第一导向套筒横向固定嵌设在试验箱的左侧壁上,第二导向套筒竖向固定嵌设在试验箱的底板上;

第一、第二导向套筒的两端均分别位于试验箱的内侧和外侧,第一、第二导向套筒的内部为圆形横截面的隧道空腔。

5.根据权利要求4所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,所述轴向力加载单元包括锚杆定位座和轴向力监测机构,所述锚杆定位座为圆柱状结构,滑动设置在第一导向套筒的内侧,锚杆定位座的圆周外壁以内嵌的方式固定套设有第一O型密封圈,锚杆定位座与第一导向套筒的内壁横向滑动密封配合;

所述锚杆定位座的右端开设有与锚杆试件端部相匹的圆形凹槽,轴向力监测机构安装在锚杆定位座的左端,第一伺服油缸的活塞杆通过轴向力监测机构驱动锚杆定位座横向移动。

6.根据权利要求5所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,轴向力监测机构包括第一压力传感器、第一压触片和第一直线导向组件,所述第一压力传感器固定于锚杆定位座左端面的中心位置,第一压触片位于第一压力传感器的左侧,与第一压力传感器的应力感应端相邻布置;

所述第一压触片的两侧通过关于第一压力传感器对称布置的两个第一直线导向组件与锚杆定位座左端活动相连;

第一直线导向组件包括第一导杆、第一套管和第一复位弹簧,第一套管横线水平布置,其右端与锚杆定位座左端面固定相连,第一导杆的左端与第一压触片固定相连,其右端与第一套管插接并滑动配合,第一复位弹簧设置在第一套管内部并处于第一导杆的右侧。

7.根据权利要求1所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,锚杆限位机构包括定位盘、弧形限位板和齿轮驱动组件,定位盘为圆盘状结构且竖向固定在其所在腔室的右侧壁上,定位盘的圆心处开设有圆形腔,其左侧壁上具有三个长条滑槽,三个长条滑槽均匀分布在以定位盘的中心为圆心的圆周上;

每个所述长条滑槽的内侧均设有一个丝杠和一个丝母座,所述丝母座与对应的长条滑槽的内壁沿定位盘的法线方向滑动配合,丝杠的一端与长条滑槽的侧壁转动配合,另一端伸至圆形腔内侧,所述丝杠穿设在丝母座内侧并与其螺纹配合;

定位盘的左侧具有与丝母座数量相等且位置一一对应的所述弧形限位板,各弧形限位板的中部与对应的丝母座固定相连,电极片固定于其中一个弧形限位板的外壁上;

所述齿轮驱动组件包括一个中心锥齿轮和三个从动锥齿轮,中心锥齿轮位于圆形腔的中心,其齿轮轴的端部穿出试验箱的右侧壁并配置有开口锁止块,三个从动锥齿轮分别安装在三个丝杠的另一端,且均与中心锥齿轮啮合,中心锥齿轮通过丝杠驱动三个弧形限位板沿定位盘的法线方向同步且同向移动。

8.根据权利要求4所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,所述轴向力加载单元包括传力杆和径向力监测机构,所述传力杆竖向布置,传力杆的下端固定有圆柱形的滑动座,其上端固定连接有加载端头;

滑动座的圆周外壁以内嵌的方式固定套设有第二O型密封圈,滑动座位于第二导向套筒的内侧,并与第二导向套筒的隧道空腔内壁竖向滑动密封配合;

径向力监测机构包括第二压力传感器、第二压触片和第二直线导向组件,所述第二压力传感器固定于滑动座底部的中心位置,第二压触片位于第二压力传感器下方,与第二压力传感器的应力感应端相邻布置;

第二直线导向组件有两个且对称布置在第二压力传感器的两侧,第一直线导向组件包括第二导杆、第二套管和第二复位弹簧,第二套管竖向布置,其上端与滑动座底部固定相连,第二复位弹簧设置在第二套管内部,第二导杆的下端与第二压触片固定相连,其上端穿设在第二套管内部并其竖向滑动配合。

9.根据权利要求1所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,其特征在于,所述滴淋机构包括滴淋管,滴淋管横向水平设置在第二腔室内的锚杆试件的正上方,其底部具有沿其长度方向等间隔开设的多个滴淋嘴,滴淋管的进水端位于试验箱的外部并安装有流量调节阀,流量调节阀通过供水管与水源相连;

每个腔室上部的侧壁均安装有一个热敏探头和一个湿敏探头,所有热敏探头和湿敏探头分别与温湿度监测仪通讯相连。

10.一种锚杆快速腐蚀试验方法,其特征在于,基于如权利要求1‑9任一项所述的一种组合应力加载的锚杆快速腐蚀装置,该试验方法包括如下步骤:S1、制作规格相同且长度相等的三个锚杆试件,并将各锚杆试件的两个端面打磨平整,把三个锚杆试件分别安装到第一腔室、第二腔室和第三腔室的内部,在第三腔室的底部铺设碎石、细砂;

锚杆试件在对应腔室安装时,将锚杆试件的左端与对应的轴向力加载单元插接,右端通过对应的锚杆限位机构与试验箱的侧壁固定相连;

S2、将每个锚杆试件的左端通过一根导线与对应直流电源的正极相连,直流电源的负极通过另一根导线与该锚杆试件右端的电极片相连,并在电路中串联一个滑动变阻器和开关;

S3、将第一腔室侧壁的盐雾端口与盐雾发生器的出口端管路连接,向盐雾发生器内加注配置好的腐蚀介质盐溶液;

把滴淋机构的进水端与供水装置管路连接,并将第三腔室的进水口和排水口与外部的储水箱连接形成供水循环系统,之后,顶盖固定安装到试验箱的顶部,将第一腔室、第二腔室和第三腔室均封闭;

S4、伺服液压站启动,各第一伺服油缸的活塞杆通过轴向力加载单元对相应的锚杆试件施加轴向作用力,当轴向力加载单元的第一压力传感器监测到轴向作用力达到设定值后,停止加载;

各第二伺服油缸的活塞杆通过径向力加载单元对相应的锚杆试件的中部施加径向作用力,当径向力加载单元的第二压力传感器监测到径向作用力达到设定值后,停止加载;

S5、盐雾发生器开始工作,通过盐雾端口向第一腔室内部持续供入雾化的腐蚀介质;

供水装置向滴淋机构供水,滴淋机构通过其底部的滴淋嘴向第二腔室内的锚杆试件表面持续滴水;

供水循环系统通过进水口向第三腔室内部注水,水面没过第三腔室内的锚杆试件后,开启第三腔室的排水口,水面保持高度恒定;

S6、三个腔室内的陶瓷加热片均开始工作,温湿度监测仪分别监测每个腔室温度值和湿度值,当各腔室的温度达到设定值后开始记录试验开始的时间,每个腔室的温度处于设定的温度范围内;

试验过程中,第一压力传感器监测到轴向作用力的变化值到达其原设定值的0.1%时,第一伺服油缸将锚杆试件的轴向作用力重新调整到其原设定值;

第二压力传感器监测到径向作用力的变化值到达其原设定值的0.1%时,第二伺服油缸将锚杆试件的径向作用力重新调整到其原设定值;

定期将第一腔室和第二腔室底部的积液排出;

S7、试验周期结束时,陶瓷加热片停止工作,关闭盐雾发生器、供水装置以及供水循环系统,并将三个腔室内的液体排空;

拆卸试验箱的顶盖,将三个锚杆试件分别从试验箱内部取出,测试各锚杆试件的力学性能。