錘擊聲學(xué)法錨桿軸力監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著世界各地頻頻報(bào)導(dǎo)出某某礦井出現(xiàn)塌方，并給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，巷道的安全問題越來(lái)越引起人們的重視。錨桿支護(hù)作為巷道的一種主要支護(hù)形式，它的安全問題成為許多煤礦安全研究工作者的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)裝置大致分為兩種，一種是需要電源供電，這類監(jiān)測(cè)裝置能夠較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿的監(jiān)測(cè)，避免塌方事故發(fā)生，但同時(shí)為礦下的防爆工作提出了更高的要求；另一種是機(jī)械結(jié)構(gòu)式，該類監(jiān)測(cè)裝置可以較好的消除安全隱患，但由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、成本較高及體積

2、較大等因素并沒有得到廣泛的應(yīng)用。
　　針對(duì)目前監(jiān)測(cè)裝置存在的問題，本文提出了一種錘擊聲學(xué)法錨桿軸力監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)理論分析、ANSYS結(jié)構(gòu)模態(tài)仿真分析以及Virtual.lab acoustic聲場(chǎng)仿真分析，確定該裝置各結(jié)構(gòu)尺寸大小，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)聲音頻率大小判斷錨桿軸力大小的目的。該監(jiān)測(cè)裝置是根據(jù)結(jié)構(gòu)固有頻率與其內(nèi)部應(yīng)力之間的線性關(guān)系，通過(guò)改變監(jiān)測(cè)裝置所承受載荷大小來(lái)改變它的固有頻率，監(jiān)測(cè)裝置自由振動(dòng)的頻率為其固有頻率，因此可以通過(guò)監(jiān)

3、測(cè)裝置振動(dòng)頻率的大小判斷錨桿軸向力大小。
　　本文首先按振動(dòng)體的振動(dòng)形式分徑向振動(dòng)和軸向振動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論分析，對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)裝置分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)以及受到一定大小錘擊力時(shí)振動(dòng)響應(yīng)和輻射聲場(chǎng)分析，得出監(jiān)測(cè)裝置振動(dòng)體做軸向振動(dòng)時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果優(yōu)于振動(dòng)體做徑向振動(dòng)時(shí)的結(jié)果。因此，選擇環(huán)形板作為振動(dòng)體，并確定監(jiān)測(cè)裝置由上蓋和下部托盤兩部分組成，下部托盤包括底座和環(huán)形板兩部分。
　　最后在結(jié)構(gòu)尺寸和監(jiān)測(cè)參數(shù)兩個(gè)方面對(duì)監(jiān)測(cè)裝置的

4、性能進(jìn)行分析。分析結(jié)果如下：
　?。?）對(duì)監(jiān)測(cè)裝置三個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸分析可以得出，通過(guò)外伸長(zhǎng)度L可以改變聲音頻率隨載荷變化區(qū)間的位置，但區(qū)間大小不變，進(jìn)而可以將聲音的頻率控制在低頻區(qū)域；通過(guò)錐度α和軸向距離h可以改變聲音頻率隨載荷變化區(qū)間的大小，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)裝置靈敏度的調(diào)節(jié)，但會(huì)受到監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。
　?。?）對(duì)五個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)分析可以得出，載荷變化17.8t，聽到聲音的頻率變化216.92Hz；錘擊力允許在3-10N范