锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究.pdf

扫码移动阅读第４５卷第４期２０１９年４月工矿自动化ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＶｏｌ．４５Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１９文章编号１６７１－２５１Ｘ（２０１９）０４－００８９－０６ＤＯＩ１０．１３２７２／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－２５１ｘ．２０１８１０００８０锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究王坤，赵澜（太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原０３００２４）摘要针对现有煤矿锚杆预紧扭矩控制装置存在结构复杂、可操作性较差及控制精度较低的问题，设计了一种机械式锚杆预紧扭矩闭环控制装置。该装置通过充液波纹管液体压力的变化来测量齿圈扭矩，并将该压力作用于滑阀，当扭矩达到控制值时滑阀动作，使锚杆预紧回路断开，一个锚杆预紧过程结束。仿真与井下试验结果表明，该装置能有效控制扭矩在４８０～５１０Ｎｍ内，响应速度快，可靠性高，控制精度达９０％以上；温度、角度对测量结果不产生影响；扭矩倍增器传动效率、减磨垫摩擦因数分别导致控制结果误差为６．２％、１０％，应使用摩擦因数较小的减磨垫并定期对扭矩倍增器进行维护。关键词锚杆支护；锚杆钻机；预紧扭矩；预紧力；扭矩倍增器；减磨垫；传动效率；摩擦因数中图分类号ＴＤ３５３．６文献标志码Ａ收稿日期２０１８－１０－３１；修回日期２０１９－０２－２９；责任编辑张强。基金项目山西省重点研发计划项目（２０１６０３Ｄ１２１００３）。作者简介王坤（１９９３－），男，陕西咸阳人，硕士研究生，研究方向为煤矿巷道支护，Ｅ－ｍａｉｌ９９２８４３６５１＠ｑｑ．ｃｏｍ。引用格式王坤，赵澜．锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究［Ｊ］．工矿自动化，２０１９，４５（４）８９－９４．ＷＡＮＧＫｕｎ，ＺＨＡＯＬａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１９，４５（４）８９－９４．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅＷＡＮＧＫｕｎ，ＺＨＡＯＬａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｖｉｅｗｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｏｏｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ，ａｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｒｑｕｅｏｆｇｅａｒｒｉｎｇｂｙｃｈａｎｇｅｏｆｌｉｑｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄ－ｆｉｌｌｅｄｂｅｌｌｏｗｓａｎｄａｃｔｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｓｌｉｄｅｖａｌｖｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｏｒｑｕｅｒｅａｃｈｅｓｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｕｅ，ｔｈｅｓｌｉｄｅｖａｌｖｅｃａｎｂｅａｃｔｉｏｎａｎｄｍａｋｅｓｔｈｅｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃｕｔｏｆｆ，ｓｏａｓｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅａｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｏｒｑｕｅｗｉｔｈｉｎ４８０－５１０Ｎ爛ｍｗｉｔｈｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆｍｏｒｅｔｈａｎ９０％．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｎｇｌｅｈａｖｅｎｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｔｏｒｑｕｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ＇ｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｄｌｅａｄｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｓｕｌｔｅｒｒｏｒｏｆ６．２％ａｎｄ１０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｄｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｒｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄａｎｄｔｈｅｔｏｒｑｕｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｍａｉｎｔａｉｎｅｄｒｅｇｕｌａｒｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｂｏｌｔｓｕｐｐｏｒｔ；ｒｏｏｆｂｏｌｔｅｒ；ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅ；ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｆｏｒｃｅ；ｔｏｒｑｕｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｄ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ０引言目前锚杆支护技术已得到广泛应用，关于锚杆支护已形成了成套的支护理论［１－２］。预紧扭矩作为锚杆支护的重要参数，其大小直接影响锚杆支护质量，因此，锚杆支护规范要求其预紧扭矩不能超过相应范围。研究表明，锚杆扭矩过大，会使锚杆杆体受损甚至发生破断，过小不足以达到预紧效果，影响巷道支护质量［３－５］。由于单个气动锚杆钻机输出扭矩不超过２１０Ｎｍ，所以，通常在锚杆钻机输出轴连接有一定放大倍数的扭矩倍增器，以放大锚杆钻机输出扭矩。气动锚杆钻机输出扭矩与压缩空气压力呈线性关系，理论上，一定压力下锚杆钻机输出固定的扭矩值，即通过控制压缩空气压力即可实现对扭矩的控制。但事实表明，通过控制气压不能实现对扭矩的控制，导致扭矩不可控制的主要原因在于扭矩倍增器传动效率问题由于扭矩倍增器齿轮由煤面进入，使得齿轮严重磨损，导致传动效率大大降低；根据扭矩倍增器使用时间的不同，其磨损程度会有差异，即扭矩倍增器传动效率不一致，导致锚杆预紧扭矩的不同，因此，锚杆扭矩未能得到有效控制。目前，常用的扭矩控制装置主要有扭矩限矩器及基于各种扭矩测量方法的装置。扭矩限矩器有气动式、摩擦式、滚珠式，由于其存在使用环境要求高、寿命较短等问题，不适合井下施工。扭矩测量方法大体分为应变片式、非接触式。应变片式扭矩测量方法主要通过测量旋转轴的应力、应变值，得到相应的扭矩［６－８］；非接触式扭矩测量方法是基于光学的方法，利用特殊扭矩敏感材料，将扭矩变化通过电、磁场等变化量表现并最终以电信号输出［９］，但是，扭矩测量需要电源，且测量装置体积较大、结构复杂、不易安装，因此，非接触式扭矩测量方法亦不能用于对锚杆扭矩进行控制。针对目前扭矩控制装置存在的问题，本文研究了一种机械式锚杆预紧扭矩闭环控制装置，具有结构简单、无需电源、控制精度高、便于施工及成本低等优点。１装置结构及工作原理锚杆预紧扭矩闭环控制装置包括锚杆钻机、扭矩倍增器、波纹管、二位三通滑阀等，如图１所示。锚杆钻机作为锚杆扭矩施加机具，在预紧锚杆过程中输出一定扭矩值。扭矩倍增器的作用是将锚杆钻机输出扭矩值进行一定倍数的放大，一端连接锚杆钻机输出端，另一端连接锚杆螺母。波纹管固定在扭矩倍增器把手上，用于测量扭矩倍增器输出扭矩。当波纹管压力升高到设定值后，滑阀阀芯运动，断开锚杆预紧气体回路，一个锚杆预紧过程结束，滑阀两端口连接气体回路，另一端口接波纹管压力输出端。锚杆预紧扭矩闭环控制装置基本原理波纹管固定于扭矩倍增器轴心Ｌ把手位置，链条勾于锚网，滑阀连接于气体回路，阀口Ａ、Ｔ方向同气体流动方向相同，阀口Ｂ连接波纹管压力口一端。在进行锚杆预紧时，扭矩倍增器输出扭矩，同时其把手会受反向力矩，此时把手上链条受拉力，充液波纹管通１－锚杆钻机气动马达；２－扭矩倍增器；３－螺母；４－二位三通滑阀；５－压缩空气；６－波纹管图１锚杆预紧扭矩闭环控制装置结构Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ过杠杆机构受压，随着扭矩的增大，拉链拉力增大，即波纹管液体压力升高，当扭矩达到设定值，亦即波纹管液体压力升高到一定值，该压力达到阀芯开启压力，此时阀芯迅速动作，致使阀口Ａ与Ｔ断开，即气体回路断开，锚杆钻机停止工作，同时阀芯回到初始位置，完成一个锚杆预紧过程。２装置各结构参数确定２．１滑阀结构参数确定滑阀是锚杆预紧扭矩闭环控制装置的主要部分，当扭矩未达到预定值，阀芯不动作，反之，扭矩达到预定值，即波纹管液体压力升高至对应值，达到滑阀阀芯开启压力，阀芯动作，滑阀关闭，锚杆预紧气体回路断开，同时阀芯回到初始位置。为实现滑阀功能并保证其可靠性，滑阀参数设定尤为重要，滑阀结构如图２所示。Ｐ０－气源压力，ＭＰａ；Ｐ２－波纹管压力，ＭＰａ；Ｐ３－阀口Ｔ的压力，ＭＰａ；Ｘ０－阀口开度，ｍｍ；ｄｒ－阀芯颈部直径，ｍｍ；ｄｓ－阀芯直径，ｍｍ；ｄｒ１－限位块直径，ｍｍ；Ｓ１－Ｐ０作用面积，ｍｍ２；Ｓ２－Ｐ２作用面积，ｍｍ２图２滑阀结构Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｌｉｄｅｖａｌｖｅ滑阀参数主要有阀芯大小、阀口大小、弹簧刚度及摩擦因数等，见表１。一般情况下，风压管供给锚杆钻机气体压力Ｐ０＝０．５ＭＰａ，因此，为确保阀芯有足够的刚度，应使ｄｒ＞０．５ｄｓ。滑阀的阀口参数０９工矿自动化２０１９年第４５卷是指滑阀阀芯相对于阀套的开启程度，根据滑阀的结构可知，弹簧刚度与压力Ｐ０、Ｐ２及阀口开度有关，根据力平衡可得 ΔＸ＝Ｘ２－Ｘ１（１）Ｋ＝Ｆ（Ｘ２－Ｘ１）（２）Ｆ＝Ｆ０－Ｆ２－ｆ（３）式中ΔＸ为弹簧在力Ｆ２作用下的变形量，ｍｍ；Ｆ２为压力Ｐ２在Ｓ２面上产生的力，Ｎ；Ｘ２为弹簧在力Ｆ２作用下的总长，ｍｍ；Ｘ１为弹簧原始长度，ｍｍ；Ｋ为弹簧刚度系数，Ｎｍｍ－１；Ｆ为阀腔内的压差，Ｎ；Ｆ０为压力Ｐ０在Ｓ１面所产生的力，Ｎ；ｆ为阀芯与阀体腔内摩擦力，Ｎ。表１滑阀结构参数Ｔａｂｌｅ１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｌｉｄｅｖａｌｖｅ参数参数值参数参数值气体密度／（ｋｇｍ－３）１．２９液体密度／（ｋｇｍ－３）１０００气体体积模量／ＭＰａ１００液体体积模量／ＭＰａ１５００气源压力／ＭＰａ０．５黏性摩擦因数６阀芯直径／ｍｍ３０限位块质量／ｋｇ０．０２最大流量系数０．７阀口开度／ｍｍ５入射角／（）６９弹簧刚度／（Ｎｍｍ－１）１２２．２波纹管结构参数确定波纹管作为该装置的主要部分之一，由于其作用是测量齿圈扭矩，并通过液压力表现，且该液压力作用于滑阀，因此，充液波纹管性能关系到整个锚杆扭矩闭环控制装置的可靠性，波纹管参数的确定尤为重要，波纹管主要参数包括内、外直径、壁厚、单波高度等。由于其功能的实现主要靠其自身结构的柔性，但其柔性受到强度与稳定性限制，所以，必须在满足强度的基础上，保证其可靠性［１０－１１］。波纹管参数见表２。表２波纹管参数Ｔａｂｌｅ２Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂｅｌｌｏｗｓ参数参数值参数参数值波纹管平均直径／ｍｍ２３波纹管波高／ｍｍ４．８５波纹管单层材料壁厚／ｍｍ０．１５轴向允许位移／ｍｍ４．６８波纹管刚度／（Ｎｍｍ－１）１０．５８壁厚影响系数０．２２波纹管外径／ｍｍ２８波纹管计算修正系数０．２５波纹管内径／ｍｍ１８相对波深系数３４．３波纹管单波高度／ｍｍ４．５波纹管层数１２．３温度、角度对充液波纹管灵敏度的影响波纹管压力值主要取决于内部液体刚度与管壁刚度值，液体压缩特性对压力值影响较大，线胀系数随温度的变化导致未充液波纹管与充液纹波管液体体积压缩量不同，因此，要考虑温度变化对测量结果的影响。另外，根据施工的实际情况，链条悬挂角度也是该装置控制结果的影响因素，有必要验证链条悬挂角度对测量结果的影响。温度、角度对充液波纹管灵敏度影响的试验结果见表３。由表３可得，温度变化对波纹管测量结果误差小于０．０１ＭＰａ，相较于整体可忽略不计，波纹管压力、扭矩与砝码质量基本呈线性关系，在倾斜角度为３０，４５时，理论与试验值基本吻合，且误差均不大于０．０２ＭＰａ，相较于整体测量结果，此误差也可以忽略不计。由此可得，链条悬挂角度对波纹管测量灵敏度亦不产生影响。表３温度、角度对充液波纹管灵敏度影响的试验结果Ｔａｂｌｅ３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｎｇｌｅｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｌｉｑｕｉｄ－ｆｉｌｌｅｄｂｅｌｌｏｗｓ砝码质量／ｋｇ齿圈扭矩／（Ｎｍ）输出扭矩／（Ｎｍ）波纹管压力（倾斜３０）／ＭＰａ波纹管压力（倾斜４５）／ＭＰａ试验值理论值试验值理论值３７．５０２２５３０００．１２０．１２０．０９０．１０４３．７５２６２．５３５００．１６０．１７０．１４０．１４５０３００４０００．２１０．２２０．１７０．１８５６．２５３３７．５４５００．２５０．２７０．２１０．２２６２．５０３７５５０００．３２０．３３０．２７０．２７６８．７５４１２．５５５００．３９０．３９０．３１０．３２７５４５０６０００．４４０．４６０．３７０．３７８７．５０５２５７０００．５５０．５６０．４５０．４６１００６００８０００．６６０．６６０．５２０．５４３装置仿真分析根据锚杆预紧扭矩控制原理建立其ＡＭＥＳｉｍ模型［１２－１３］，如图３所示，其中锚杆钻机型号为ＭＱＴ１３０／３．２，扭矩倍增器型号为ＺＮ－４。图３中，大小齿轮构成锚杆钻机二级减速器，其中，压缩气体带动锚杆钻机齿轮马达产生的扭矩经齿轮轴传输至小齿轮Ⅰ，再经大齿轮Ⅰ变速传至小齿轮Ⅱ，最后经大齿轮Ⅱ进行二级减速后直接输出给扭矩倍增器，实现扭矩的４倍放大。通过对锚杆预紧扭矩闭环控制装置ＡＭＥＳｉｍ模型的建立，对该装置控制回路进行仿真，其中滑阀、锚杆预紧扭矩响应曲线如图４所示。从图４可看出，在锚杆预紧过程中，随着负载的增大，螺母扭矩增大，当螺母扭矩达５００Ｎｍ时，１９２０１９年第４期王坤等锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究１－小齿轮Ⅰ；２－大齿轮Ⅰ；３－小齿轮Ⅱ；４－大齿轮Ⅱ；５－扭矩倍增器图３锚杆扭矩闭环控制装置ＡＭＥＳｉｍ模型Ｆｉｇ．３ＡＭＥＳｉｍｍｏｄｅｌｏｆｂｏｌｔｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ（ａ）滑阀响应曲线（ｂ）锚杆预紧扭矩响应曲线图４锚杆预紧扭矩闭环控制装置控制回路仿真结果Ｆｉｇ．４Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｏｆｂｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｒｑｕｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ波纹管压力为０．３８ＭＰａ，达到阀芯开启压力，阀芯开始动作，阀口Ａ逐渐关闭，钻机工作气压逐渐减小，波纹管压力亦减小，当阀口完全关闭，即波纹管压力、阀口Ｔ压力为０时，阀芯回到初始位置，锚杆预紧工作结束。螺母扭矩控制在５００Ｎｍ，响应时间小于０．５ｓ。３．１扭矩倍增器传动效率对控制结果的影响由于矿井施工环境恶劣，扭矩倍增器齿轮间经常有煤粉进入，使齿轮产生磨损，影响传动效率，所以，有必要分析在不同传动效率下，扭矩控制装置理论控制扭矩与实际扭矩的关系。经试验测得，煤矿井下使用的扭矩倍增器传动效率为８０％～９５％。传动效率分别为９５％，９０％，８５％，８０％时，扭矩倍增器行星架实际输出扭矩如图５所示。（ａ）传动效率为９５％（ｂ）传动效率为９０％（ｃ）传动效率为８５％（ｄ）传动效率为８０％图５传动效率分别为９５％，９０％，８５％，８０％时的扭矩倍增器行星架实际输出扭矩曲线Ｆｉｇ．５Ａｃｔｕａｌｏｕｔｐｕｔｔｏｒｑｕｅｃｕｒｖｅｓｏｆｐｌａｎｅｔｃａｒｒｉｅｒｏｆｔｏｒｑｕｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ９５％，９０％，８５％ａｎｄ８０％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ在扭矩倍增器无传动效率损失下，锚杆扭矩闭环控制装置控制锚杆扭矩为５００Ｎｍ。从图５可看出，不同传动效率下，扭矩倍增器实际输出扭矩均大于５００Ｎｍ。其中，传动效率分别为９５％，２９工矿自动化２０１９年第４５卷９０％，８５％，８０％时，对应行星架实际输出扭矩５０７，５１４，５２２，５３１Ｎｍ，因此可得，扭矩倍增器有传动效率损失下，通过扭矩控制装置控制扭矩会产生误差，最大误差为６．２％，虽然该误差不会对锚杆预紧效果产生影响，但考虑到装置的可靠性，应定期对扭矩倍增器进行维护，以达到最理想的控制结果。３．２减磨垫摩擦因数对控制结果的影响为增大施工机具提供的预紧扭矩，通常在锚杆螺母与球垫之间加入减磨垫，但是，随着锚杆预紧过程的进行，减磨垫表面摩擦状态发生改变，即摩擦因数增大，产生了摩擦扭矩，使得施工机具施加在锚杆螺母上的实际扭矩减小，因此，有必要分析不同摩擦因数的减磨垫与螺母的扭矩关系，减磨垫摩擦因数分别为０．１，０．２，０．３时螺母扭矩如图６所示。图６减磨垫摩擦因数分别为０．１，０．２，０．３时的螺母扭矩Ｆｉｇ．６Ｔｏｒｑｕｅｏｆｎｕｔｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｄｉｓ０．１，０．２ａｎｄ０．３ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ由图６可看出，随着摩擦因数增大，曲线越来越偏离５００Ｎｍ，且摩擦因数分别为０．１，０．２，０．３时，对应螺母扭矩分别为４９５，４７６，４５０Ｎｍ，而扭矩控制装置理论控制扭矩为５００Ｎｍ，因此，减磨垫摩擦因数对控制结果产生了一定的影响，造成控制结果误差，且当摩擦因数为０．１，０．２，０．３时，产生的误差分别为１％，４．８％，１０％，因此，应使用摩擦因数较小的减磨垫。４井下现场试验分析为验证锚杆预紧扭矩闭环控制装置的可靠性，在某煤矿２５专用回风巷进行了井下现场试验，并通过扭矩扳手（精度为１０Ｎｍ）对预紧扭矩进行检验，测得减磨垫摩擦因数为０．１，扭矩倍增器传动效率为９０％，试验数据见表４。由表４可看出，该装置控制扭矩在４８０～５１０Ｎｍ内，虽较理论值５００Ｎｍ稍有偏差，但相对于整体结果影响甚小。造成此误差的原因有扭矩倍增器传动效率、减磨垫摩擦因数及扭矩扳手的测量精度。表４锚杆预紧试验数据Ｔａｂｌｅ４ＢｏｌｔｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｔｅｓｔｄａｔａＮｍ序号扭矩序号扭矩序号扭矩序号扭矩１５１０１１５００２１５００３１５００２５００１２５００２２５１０３２５００３４８０１３５１０２３５００３３５００４５１０１４４９０２４５００３４４８０５４９０１５５００２５５００３５５１０６５００１６４８０２６５１０３６５００７５００１７４９０２７４９０３７５００８５１０１８４９０２８４９０３８５１０９４９０１９５００２９５００３９５００１０５００２０５１０３０５０００４０４９０综上可看出，该锚杆预紧扭矩闭环控制装置能有效控制锚杆扭矩，响应时间快、精度高，对整个锚杆支护具有重要意义。５结论（１）通过温度、角度试验表明，锚杆预紧扭矩闭环控制装置环境适应性强，温度、角度对波纹管灵敏度均不产生影响。（２）通过某煤矿井下现场试验结果表明，锚杆预紧扭矩闭环控制装置能有效控制扭矩在４８０～５１０Ｎｍ内。（３）锚杆预紧扭矩闭环控制装置可靠性高、响应快，控制精度达９０％以上。（４）扭矩倍增器传动效率、减磨垫摩擦因数对控制结果产生了影响，控制结果误差分别为６．２％、１０％左右。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］康红普，王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术［Ｍ］．北京煤炭工业出版社，２００７．［２］康红普．我国煤矿巷道锚杆支护技术发展６０年及展望［Ｊ］．中国矿业大学学报，２０１６，４５（６）１０７１－１０８１．ＫＡＮＧＨｏｎｇｐｕ．ＳｉｘｔｙｙｅａｒｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｒｏｃｋｂｏｌｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｍｉｎｅｒｏａｄｗａｙｓｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，４５（６）１０７１－１０８１．［３］王颂华．锚杆索支护性能关键影响因素井下试验研究［Ｊ］．能源与环保，２０１７，３９（２）１２９－１３２．ＷＡＮＧＳｏｎｇｈｕａ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｋｅｙｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｂｏｌｔａｎｄｃａｂｌｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄ３９２０１９年第４期王坤等锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１７，３９（２）１２９－１３２．［４］王强，吴拥政．煤矿井下锚杆预紧力控制研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１１，３９（１）２９－３２．ＷＡＮＧＱｉａｎｇ，ＷＵＹｏｎｇｚｈｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｂｏｌｔｐｒｅ－ｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，３９（１）２９－３２．［５］吴拥政．锚杆杆体的受力状态及支护作用研究［Ｄ］．北京煤炭科学研究总院，２００９．［６］王岩，储江伟．扭矩测量方法现状及发展趋势［Ｊ］．林业机械与木工设备，２０１０，３８（１１）１４－１８．ＷＡＮＧＹａｎ，ＣＨＵＪｉａｎｇｗｅｉ．Ｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｔｏｒｑｕｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＦｏｒｅｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ＆ＷｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１０，３８（１１）１４－１８．［７］胡德福．应变式扭矩传感器的设计技术［Ｊ］．船舶工程，２０１１，３３（４）９６－９９．ＨＵＤｅｆｕ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒａｉｎｔｏｒｑｕｅｓ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