Замок узлов податливости металлической рамной крепи

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению подземных выработок металлической рамой. Сущность изобретения: замок имеет скобу с гайками и планку. Последняя выполнена фигурной и имеет по форме спецпрофиля до его горизонтальной оси постоянное сечение. Отогнутые полки выполнены утоньшающимися к концам за счет углубления продольной радиальной выемки и снабжены ребрами жесткости, утолщающимися от концов. Ребра жесткости выполнены с увеличивающейся высотой по квадратной параболе и соединены между собой опорной плоскостью, контактирующей с боковой стенкой спецпрофиля. При этом опорная плоскость прилегает к боковой стенке до упора своим краем во фланец спецпрофиля. 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и может применяться при креплении подземных выработок металлической рамной крепью, преимущественно выполненной из специального шахтного профиля.

Известны замки болтового соединения, предусматривающие установку на нахлестку несущих элементов хомутов, состоящих из скобы, планки и двух гаек.

Фигурная планка, выполненная штамповкой из полосы с обхватом днища спецпрофиля и его стенок на некоторую высоту, несколько уменьшает плечо изгиба при завинчивании гаек замка [1]. Однако концы планки, являясь совершенно плоскими, не обладают жесткостью против изгибающих усилий для достижения требуемого сжатия узлов податливости крепи.

Известный замок для узлов податливости горной крепи [2] состоит из фигурной планки, П-образной скобы и двух гаек. Планка выполнена штамповкой нагорячо из стальной полосы с изгибом по внешнему контуру спецпрофиля, а ее концы (боковые полки), отогнутые в противоположные стороны, выполнены выпуклыми для повышения жесткости.

В этом замке планке на полках придано весьма незначительное изменение формы поперечного сечения, что соответственно мало повышает момент его сопротивления, т. е. прочность на изгиб в сравнении с полосой. По всей длине полки поперечное сечение одинаковое. В критической точке концентрации напряжений от изгибающего момента, где полка переходит в изогнутую часть плоского поперечного сечения полосы, из которой выполнена планка, жесткость практически отсутствует. Увеличенный расход металла на удлиненную заготовку полосы для такой фигурной планки не компенсируются некоторым укорочением скобы из круглого прутка. Повышение прочности планки за счет сортамента полосы увеличивает металлоемкость замка и стоимость его изготовления.

Цель изобретения - устранение недостатков и повышение усилия сжатия замка путем увеличения жесткости планки, лучшего взаимодействия с несущим элементом крепи при снижении расхода металла на планку.

Поставленная цель достигается следующим.

1. Для узлов податливости крепи в выработках, где требуется повышенный запас сечения на осадку неустойчивых пород при сильном горном давлении, а также нежелательно наличие выступающих концов скоб замка из-за внутреннего контура крепежных рам, планка выполнена фигурной с изгибом по внешнему контуру спецпрофиля и с концами (полками) переменного сечения, усиленными ребрами жесткости.

2. Ребра жесткости выполнены по краям планки перпендикулярно к ее плоскости и расположены на полках планки с направлением в сторону открытой части спецпрофиля, при этом высота и толщина ребер увеличиваются от торца планки к месту прилегания к спецпрофилю. Высота ребер увеличивается по квадратной параболе для равного сопротивления полки изгибу, толщина - уменьшается по высоте.

3. Аналогично, как ребра, имеет увеличивающуюся от концов толщину и планка, внутренняя поверхность которой между ребрами оформлена в виде радиальной выемки по поперечному сечению от торца планки до места, где ребра имеют максимальную высоту.

4. Планка изогнута в соответствии с внешним контуром спецпрофиля и имеет постоянное сечение от середины до горизонтальной оси спецпрофиля, где оформлен отгиб полок, а далее к стенкам спецпрофиля до его фланцев прилегают опорные плоскости (имеющие меньшую толщину, чем планка), к которым попарно присоединены ребра жесткости, расположенные вдоль полки с уменьшением высоты к торцу планки.

5. Отверстия в планках под скобы выполнены овальной формы с продольным расположением большей оси, и эти отверстия на полках планки выполнены таким образом, что ими не затронуты ребра жесткости, расположенные вдоль по краям концов (полок) планок. Отверстия имеют конусность, как бы сужаются к поверхности планки, не имеющей ребер.

6. Замок с изогнутой планкой включает скобу с уменьшенной высотой, достаточной для соединения несущих элементов внахлест при отсутствии выступающих концов за контур крепи внутрь выработки.

Кроме того предусмотрен контроль усиления сжатия узла замками посредством специальных пружинных шайб или динамометрического ключа.

В сравнении с известными техническими решениями, имеющими кажущееся сходство признаков, отличающих заявленный замок от прототипа, конструктивно изменены связь ребер жесткости планок с несущим элементом крепи, выполнение ребер жесткости и полок планок, отверстий в них.

Упомянутые ребра в месте контакта со спецпрофилем, где они выполнены с максимальной высотой, соединены друг с другом плоскостью, являющейся опорной поверхностью при передаче усилий со стороны полки планки замка. Наличие такой площади опоры исключает деформацию смятия и прорезывания стенки спецпрофиля ребрами жесткости. А взаимосвязь обоих ребер между собой данной плоскостью устраняет их выворачивание при упоре торцом в поверхность стенки спецпрофиля. Указанными свойствами не обладают известные замки, поэтому с их помощью достижение положительного эффекта, предусмотренного заявкой невозможно.

Прототип и другие замки-аналоги с планками, снабженными ребрами жесткости (без положительных качеств заявленного технического решения), при установке на узлах податливости с затягиванием гаек неизбежно претерпевают деформацию. Это, в основном, нагибание планки, которое не позволяет создать требуемого сжатия и нормальных условий работы узла в податливом режиме. Чрезмерные усилия сопряжены с деформациями и разрушением замка, податливого узла и крепи в целом, что имеет место в настоящее время при эксплуатации ее в условиях сильного горного давления. Повышение же массивности и расхода металла не достигает пропорционального роста несущей способности, т.е. не решает вопроса улучшения технико-экономических показателей.

Устройство замков достаточно простое и характеризуется сниженной металлоемкостью, повышенной прочностью и работоспособностью во взаимодействии с несущими элементами крепи. В результате применение в соответствующих условиях замка возможно с достижением оптимального сопротивления узлов податливости крепи, уменьшения ее металлоемкости и стоимости, а следовательно - значительного сокращения затрат на крепление и содержание горных выработок.

На фиг. 1 показан узел податливости с замками; на фиг.2 - замок, общий вид; на фиг.3 - планка; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.

Замок включает планку с изогнутым (соответственно форме спецпрофиля, охватывающим днище и боковые стенки, имеющим до его горизонтальной оси постоянное сечение) участком 1, П-образной формы укороченную скобу 2 с резьбой и две гайки 3. У планки боковые полки 4 вдоль краев выполнены с парными ребрами 5 жесткости, высота и толщина которых увеличивается в направлении от торцов полок. В этом же направлении увеличивается и толщина самих полок, у которых поверхность между ребрами оформлена в виде радиальной выемки 6 по поперечному сечению. Каждая пара ребер имеет связь опорной плоскостью 7 в месте их максимальной высоты. Эти плоскости как бы продолжают участок 1 планки по форме спецпрофиля до его фланцев. Под скобу отверстия 8 выполнены овальной формы с расположением большой оси вдоль полки, причем ребер жесткости они не затрагивают, имеют конусность в сторону плоскости (от ребер).

Для монтажа узла не несущие элементы 9 и 10 крепи, уложенные внахлестку, устанавливает скобу 2, на нее надевают планку 1 так, чтобы опорные плоскости 7 были направлены в сторону фланцев спецпрофиля элемента 10, после чего, если предусмотрено, надевают пружинные шайбы (условно не показано) и завинчивают гайки 3. Если пружинные шайбы не используют, то применяют динамометрический ключ.

При демонтаже крепи в погашаемой выработке замок снимают в обратной последовательности и направляют для повторного использования.

Замок имеет фигурную с ребрами жесткости планку, скоба - укороченная и не выступает из-за контура крепи в выработку. Кроме того, повышена устойчивость замка и его надежность в работе в продолжительном податливом режиме. Поэтому замки целесообразно применять, соблюдая величину заданного усилия сжатия, с металлическими податливыми крепями в условиях более значительных смещений горных пород и весьма сильном давлении, продолжительном сроке эксплуатации выработок для безремонтного их содержания.

Использование предложенных замков по сравнению с аналогами и прототипом позволит улучшить технико-экономические показатели.

1. Достигается постоянное усилие сжатия замков при жестких недеформирующихся планках, получаемых без увеличения расхода металла по сравнению с известными фигурными планками, имеющими ребра жесткости на полках, постоянное сечение полок и ребер по толщине и высоте.

2. Снижается металлоемкость замков для узлов податливости крепи из идентичности спецпрофиля как в сравнении с прототипом, где изогнутая планка выполнена массивной по всей своей длине, когда металл на участках полок используется нерационально, обуславливая его перерасход.

3. В отличие от прототипа, в котором у планки для жесткости полкам придана лишь некоторая выпуклость для жесткости, что практически не устраняет деформации изгиба их от действующей нагрузки, конструктивные особенности планок заявленного замка обеспечивают более высокое усилие сжатия несущих элементов узла и повышают его сопротивление, не снижающееся в процессе эксплуатации.

4. Экономия металла: на 1 замок для крепи из спецпрофиля СВП-27 в сравнении с прототипом: 0,164 кг; на 1 м выработки при податливой пятизвенной крепи, установке двух замков на каждый узел податливости и плотности крепи 2 рамы/м: 0,64 ˙ 2 ˙ 5 ˙ 2 = =3,28 кг; на годовой объем проведения выработок, например, при разработке шахтоуправлением им. Артема Шкотовского месторождения в Приморье с тяжелыми горно-геологическими условиями - 10000 м экономия металла составит не менее: 3,28 ˙ 10000 = 32800 кг.

Формула изобретения

ЗАМОК УЗЛОВ ПОДАТЛИВОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РАМНОЙ КРЕПИ, включающий П-образную скобу из круглого прутка с резьбовыми концами, фигурную планку с ребрами жесткости на полках и овальными конусными отверстиями под скобу и гайки, отличающийся тем, что, с целью повышения усилия сжатия замка путем увеличения жесткости планки, последняя выполнена по форме спецпрофиля с постоянным сечением от середины до горизонтальной нейтральной оси сечения спецпрофиля с отгибом полок в этом месте, выполненных переменного сечения, при этом ребра жесткости расположены на них попарно по краям с направлением в сторону открытой части спецпрофиля и увеличением от торца планок по квадратной параболе высоты ребер жесткости и увеличением толщины, причем в основании с большей толщиной, чем к краю ребер жесткости, а полка имеет увеличивающуюся к торцу радиальную выемку между ребрами, которые в месте их максимальной высоты связаны друг с другом опорной плоскостью, прилегающей к стенке спецпрофиля до его фланца, при этом отверстия под скобу в полках расположены между ребрами и выполнены конусными с сужением в сторону поверхности, противоположной ребрам жесткости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4