[发明专利]一种原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置及方法

权利要求书

1.一种原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置，其特征在于，包括设有导轨槽(11)的面板(1)、可伸缩的丝杆组件(2)、压力传感器(3)、拉力传感器(4)、滑块组件(5)、拉杆(6)，所述面板(1)的四周与人工岩壁(Y)的攀岩支点安装通孔(7)通过螺杆(10)紧固连接，使所述面板(1)平行于人工岩壁(Y)，并且导轨槽(11)朝向人工岩壁(Y)，所述滑块组件(5)包括滑块(51)和对称安装在滑块(51)两侧的多组滑轮(52)，滑块(51)与丝杆组件(2)的一端连接固定，滑轮(52)嵌于导轨槽(11)内，能沿导轨槽(11)滑行，所述丝杆组件(2)的另一端与压力传感器(3)一个受力端连接，压力传感器(3)背向丝杆组件(2)的另一受力端连接滑靴模块(8)，拉力传感器(4)的一个受力端与拉杆(6)连接，而另一受力端与丝杆组件(2)的侧面连接，使压力传感器(3)、拉力传感器(4)的测量轴分别与丝杆组件(2)、拉杆(6)同轴，且拉杆(6)垂直于丝杆组件(2)且平行于导轨槽(11)，组成L型的测量组件，所述丝杆组件(2)包括螺纹连接的丝套(21)和丝杆(22)，所述丝杆(22)通过旋拧使丝杆(22)伸出分别将滑靴模块(8)压靠在人工岩壁(Y)表面和将滑轮(52)压靠在导轨槽(11)内，滑靴模块(8)面向人工岩壁(Y)的一面依附有待测依附物。

2.根据权利要求1所述的原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置，其特征在于，所述的拉力传感器(4)背向拉杆(6)的受力端改为连接固定于所述滑靴模块(8)上，使依次相连的丝杆组件(2)、压力传感器(3)、滑靴模块(8)、拉力传感器(4)、拉杆(6)组成L型的测量组件。

3.根据权利要求1~2任一项所述的原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置，其特征在于，所述的拉力传感器(4)和压力传感器(3)均为拉压力传感器。

4.根据权利要求3所述的原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置，其特征在于，所述的拉压力传感器采用板环式或S型双梁式结构，拉力传感器(4)的一个受力端与滑靴模块(8)或丝杆组件(2)通过螺杆连接。

5.根据权利要求1所述的原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的装置，其特征在于，所述的拉力传感器(4)和压力传感器(3)还信号连接工控机，存储和记录受到的应力。

6.根据权利要求1~2任一项所述的装置原位测量人工岩壁斜面摩擦系数的方法，包括以下步骤：

S1.将所述面板(1)的四周与人工岩壁(Y)的攀岩支点安装通孔(7)通过螺杆(10)紧固连接，使所述面板(1)平行于人工岩壁(Y)，并且导轨槽(11)朝向人工岩壁(Y)，且位于垂直于人工岩壁(Y)的竖直平面内；

S2.将安装有所述压力传感器(3)和滑靴模块(8)的所述丝杆组件(2)与所述拉力传感器(4)、拉杆(6)组装成L型的测量组件，缩短丝杆组件(2)的长度，然后将丝杆组件(2)背向滑靴模块(8)的一端与滑块组件(5)连接；

S3.将滑块组件(5)嵌入导轨槽(11)中，使滑靴模块(8)朝向人工岩壁(Y)，调整拉杆(6)至平行于导轨槽(11)，且朝向上方，在滑靴模块(8)面向人工岩壁(Y)的一侧贴附待测依附物或不垫；

S4.使丝杆组件(2)伸长，将滑靴模块(8)压靠在人工岩壁(Y)表面和将滑轮(52)压靠在导轨槽(11)内，读取压力传感器(3)的电流，根据电流换算成滑靴模块(8)对人工岩壁(Y)施加的压力F₁，拉动拉杆(6)直至滑靴模块(8)相对人工岩壁(Y)表面滑行，读取拉力传感器(4)的电流，根据电流换算成拉杆(6)对滑靴模块(8)施加的拉力F₂，根据公式μ=（F₂-G·cosƟ）/（F₁-G·sinƟ）计算得到人工岩壁(Y)表面与待测依附物或待测滑靴模块(8)的摩擦系数，Ɵ为人工岩壁(Y)与竖直方向的夹角，G为用拉力传感器悬吊滑靴模块及其依附物测量出的重量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若步骤S3.中拉杆(6)朝下，则μ=（F₂+G·cosƟ）/（F₁-G·sinƟ）。