錘擊聲學法錨桿軸力監(jiān)測裝置的設(shè)計與分析.pdf

1、隨著世界各地頻頻報導出某某礦井出現(xiàn)塌方，并給社會造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，巷道的安全問題越來越引起人們的重視。錨桿支護作為巷道的一種主要支護形式，它的安全問題成為許多煤礦安全研究工作者的研究熱點。現(xiàn)有的監(jiān)測裝置大致分為兩種，一種是需要電源供電，這類監(jiān)測裝置能夠較準確地實現(xiàn)對錨桿的監(jiān)測，避免塌方事故發(fā)生，但同時為礦下的防爆工作提出了更高的要求；另一種是機械結(jié)構(gòu)式，該類監(jiān)測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。
　　針對目前監(jiān)測裝置存在的問題，本文提出了一種錘擊聲學法錨桿軸力監(jiān)測裝置，通過理論分析、ANSYS結(jié)構(gòu)模態(tài)仿真分析以及Virtual.lab acoustic聲場仿真分析，確定該裝置各結(jié)構(gòu)尺寸大小，實現(xiàn)了通過聲音頻率大小判斷錨桿軸力大小的目的。該監(jiān)測裝置是根據(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，通過改變監(jiān)測裝置所承受載荷大小來改變它的固有頻率，監(jiān)測裝置自由振動的頻率為其固有頻率，因此可以通過監(jiān)

3、測裝置振動頻率的大小判斷錨桿軸向力大小。
　　本文首先按振動體的振動形式分徑向振動和軸向振動兩種結(jié)構(gòu)進行討論分析，對這兩種結(jié)構(gòu)的監(jiān)測裝置分別進行結(jié)構(gòu)強度、模態(tài)以及受到一定大小錘擊力時振動響應(yīng)和輻射聲場分析，得出監(jiān)測裝置振動體做軸向振動時的監(jiān)測結(jié)果優(yōu)于振動體做徑向振動時的結(jié)果。因此，選擇環(huán)形板作為振動體，并確定監(jiān)測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)測參數(shù)兩個方面對監(jiān)測裝置的

4、性能進行分析。分析結(jié)果如下：
　?。?）對監(jiān)測裝置三個結(jié)構(gòu)尺寸分析可以得出，通過外伸長度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，進而可以將聲音的頻率控制在低頻區(qū)域；通過錐度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，進而可以實現(xiàn)對監(jiān)測裝置靈敏度的調(diào)節(jié)，但會受到監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)強度的限制。
　　（2）對五個監(jiān)測參數(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