Профиль шахтной крепи

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок металлическими рамами. Сущность изобретения заключается в том, что в профиле, состоящем из днища, стенок и фланцев с криволинейными верхней и нижней поверхностями, внутреняя поверхность профиля расположена эквидистантно его внешней поверхности. На внутренней криволинейной поверхности днища по оси симметрии профиля выполнен выступ, а на внешней поверхности - желоб, обращенный внутрь сечения профиля. Причем выступ выполнен высотой, равной глубине желоба, при этом место сопряжения каждой боковой стенки профиля с внешней поверхностью днища имеет больший радиус кривизны на толщину профиля или радиус кривизны места сопряжения каждой боковой стенки профиля с внутренней поверхностью днища, а криволинейные поверхности каждого фланца со стороны внутренней поверхности профиля имеют радиус кривизны, равный соответственно 1,5 и 2,5 толщинам профиля, при этом к криволинейным поверхностям фланца примыкают прямолинейные поверхности, ориентированные в сторону, противоположную от внешней поверхности профиля с образованием на конце каждого торца с острыми кромками, причем прямолинейные поверхности каждого фланца выполнены наклонными и угол их наклона к вертикальной оси профиля составляет не более 5^o. 4 ил., 1 табл..

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок металлическими рамами.

Известен спецпрофиль для шахтной металлической крепи, содержащий наклонные боковые стенки, фланцы и прямолинейное днище, выполненное толщиной, равной высоте фланцев, и шириной, равной суммарной толщине фланцев, днище сопрягается с наклонными стенками с внутренней и внешней сторон с образованием внутренней и внешней цилиндрических поверхностей, причем толщина днища и высота фланцев составляют 3,1-3,8 толщины боковых стенок спецпрофиля, а радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности сопряжения боковых стенок и днища спецпрофиля составляют 1,2-1,5 радиуса кривизны внешней цилиндрической поверхности, при этом внешняя боковая стенка фланцев наклонена к оси симметрии спецпрофиля под углом 4-10^о [1] Недостатком этого спецпрофиля является повышенный расход металла, обусловленный увеличением массы металла на формирование днища и фланцев с размерами, необходимыми для сохранения геометрических характеристик при изготовлении из этого профиля элементов рам шахтной крепи.

Кроме того, в процессе работы профилей, когда они соединены концами внахлестку и сжаты замковым соединением, не обеспечивается соприкосновение фланцев между собой, что снижает надежность сцепления профилей, т.к. нарушается контакт по стенкам профилей, и соответственно снижается работоспособность профиля в целом.

Известна конструкция желобчатого профиля, выбранного в качестве прототипа, содержащего днище и наклонные стенки с фланцами на концах, имеющими плоские поверхности, верхние и нижние поверхности фланцев параллельны и расположены перпендикулярно к оси симметрии профиля, причем на нижних поверхностях фланцев выполнены выступы с опорными гранями, а к верхним поверхностям фланцев примыкают наклонные поверхности, расположенные параллельно опорным граням, при этом ширина верхних поверхностей больше, чем ширина нижних поверхностей, а угол наклона опорных граней к оси симметрии профиля не превышает 45^о [2] Однако данная конструкция профиля, решая вопрос замыкания фланцев между собой при сборе профилей, не позволяет снизить расход металла на изготовление одного погонного метра профиля, так как масса формируемых принятой геометрии фланцев остается значительной величины.

В основу изобретения поставлена задача снизить расход металла на изготовление одного погонного метра профиля при сохранении его эксплуатационных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в известном профиле шахтной крепи, включающем днище, наклонные боковые стенки и фланцы с криволинейными поверхностями со стороны внутренней поверхности профиля и снизу со стороны внешней поверхности профиля, согласно изобретению, внутренняя поверхность профиля эквидистантно расположена к внешней поверхности профиля, днище профиля имеет криволинейную поверхность с образованием выступа вдоль вертикальной оси симметрии профиля на внутренней поверхности днища и желоба на внешней поверхности днища, выступ и желоб днища ориентированы во внутрь сечения профиля, причем выступ выполнен высотой, равной глубине желоба, при этом место сопряжения каждой боковой стенки профиля с внешней поверхностью днища имеет больший радиус кривизны на толщину профиля, чем радиус кривизны места сопряжения каждой боковой стенки профиля с внутренней поверхностью днища, а криволинейные поверхности каждого фланца со стороны внутренней поверхности профиля и со стороны внешней поверхности профиля имеют радиус кривизны, равный соответственно 1,5 и 2,5 толщинам профиля, к криволинейным поверхностям каждого фланца примыкают прямолинейные поверхности, ориентированные в сторону, противоположную от внешней поверхности профиля, с образованием на конце фланца торца с острыми кромками, причем прямолинейные поверхности каждого фланца выполнены наклонными и угол их наклона к вертикальной оси профиля составляет не более 5^о.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемое изобретение позволит при его осуществлении получить профиль шахтной крепи, толщина элементов которого по всему контуру постоянна и выполнена с минимальными радиусами гибки, что позволило уменьшить расход металла на формирование днища и фланцев, а соответственно и расход металла на изготовление одного погонного метра профиля с сохранением его эксплуатационных характеристик.

На фиг. 1 изображен профиль шахтной крепи, общий вид; на фиг. 2 днище профиля (в увеличенном виде); на фиг. 3 соединение профилей внахлестку; на фиг. 4 соединение фланцев профилей (после их сбора).

Профиль шахтной крепи состоит из днища 1, наклонных боковых стенок 2 и фланцев 3, имеющих верхнюю криволинейную поверхность 4 со стороны внутренней поверхности 5 профиля и снизу криволинейную поверхность 6 со стороны внешней поверхности 7 профиля. Внутренняя поверхность 5 профиля расположена эквидистантно к внешней поверхности 7, при этом днище 1, боковые стенки 2 и фланцы 3 имеют одинаковую толщину, которая равна толщине Δ профиля, т.е. толщине листового металла.

Днище 1 имеет криволинейные внутреннюю поверхность 8 и внешнюю поверхность 9. На внутренней поверхности 8 по оси симметрии Y-Y профиля выполнен выступ 10, а на внешней поверхности 9 желоб 11. Выступ 10 и желоб 11 обращены во внутрь сечения профиля, причем выступ 10 имеет высоту h₁ равную глубине h₂ желоба 11.

Место сопряжения 12 (дуга АБ) каждой боковой стенки 2 с внешней поверхностью 9 днища 1 (дуга БВ) описано по радиусу кривизны R₁, а место сопряжения 13 (дуга ГД) каждой боковой стенки 2 с внутренней поверхностью 8 днища 1 (дуга ДЕ) по радиусу кривизны R₂, причем радиус кривизны R₁ больше радиуса кривизны R₂ на толщину Δ профиля, равного толщине листового металла (фиг.2).

Выполнение днища 1 профиля с выступом 8 и желобом 11, переходящие по радиусам кривизны R₁ и R₂ в боковые стенки 2 профиля, обеспечивает жесткость, снижает его массу при сохранении прочностной характеристики профиля, как главное условие, требуемое при конструировании профилей для шахтной крепи.

Криволинейная боковая поверхность 6 (дуга ЖЗ) каждого фланца 3 имеет радиус кривизны R₃, равный 1,5 толщине Δ профиля, а криволинейная боковая поверхность 4 (дуга ИК) каждого фланца 3 имеет радиус кривизны R₄, равный 2,5 толщинам Δ профиля.

К криволинейным поверхностям 4 и 6 каждого фланца 3 примыкают прямолинейные поверхности 14 и 15, ориентированные в сторону, противоположную от внешней поверхности 7 профиля, с образованием на конце каждого фланца 3 торца 16 с острыми кромками 17.

Причем прямолинейные поверхности 14 и 15 каждого фланца 3 выполнены наклонными и угол α их наклона к оси симметрии Y-Y профиля составляет не более 5^о, обеспечивающий замыкание фланцев 3 при сборе профилей между собой (фиг.1 и 3).

В процессе работы профиля 18 и 19 складываются концами в нахлестку и сжимаются замковым соединением, состоящим из скобы 20, планки 21 и гаек 22. При сжатии верхнего 18 и нижнего 19 профилей осуществляется надежное и прочное их соединение между собой по стенкам 2 и фланцам 3. Причем надежность соединения профилей 18 и 19 по фланцам 3 осуществляется за счет врезания острых кромок 17 торцов 16 верхнего профиля 18 в криволинейную поверхность 4 фланца 3 нижнего профиля 19 по всей линии нахлестки профилей 18 и 19 под углом не более 5^о относительно оси симметрии Y-Y профиля.

В месте врезания кромок 17 торцов 16 фланцев 3 возникают дополнительные силы N и Т, являющиеся составляющими вертикальной силы Р, соответствующей величине нагрузки на крепь. Причем сила N направлена к оси симметрии Y-Y профиля под углом β равным не более 45^о, в сторону стенок 2, увеличивая степень их контактирования, а сила Т в сторону скобы 20, обеспечивая фиксирование последней в замковом соединении.

В процессе нагружения рам шахтной крепи из заявляемого профиля исключена отгибка стенок 2 и фланцев 3, что обеспечивает необходимое сопротивление рам крепи при работе ее в податливом режиме.

Пример конкретного выполнения профиля шахтной крепи, изготавливаемого посредством гнутья листового металла из низколегированной стали.

Толщина профиля (листового металла) Δ 7 мм. Высота выступа 8 h₁ 3 мм, глубина желоба 10 h₂ 3 мм. Место сопряжения 12 описано радиусом кривизны R₁ 17,5 мм, а место сопряжения 13 радиусом кривизны R₂ 10,5 мм. Радиус кривизны R₃ 1,5 толщинам Δ профиля или 10,5 мм, радиуса кривизны R₄ 2,5 толщинам Δ профиля или 17,5 мм. Угол α ≅ 5^о, угол β ≅ 45^о.

В таблице представлены сравнительные данные некоторых основных характеристик предлагаемого и известного профилей.

Из данных таблицы следует, что при почти одинаковых геометрических параметрах профилей масса 1 пог.м предлагаемого профиля меньше массы одного 1 пог. м. известного профиля на 1,2 кг, что доказывает о снижении металлоемкости одной рамы шахтной крепи, изготовленной из предлагаемого профиля на 13-15 кг, при сохранении прочности профиля благодаря наличию выступа 8 на его днище 1.

Формула изобретения

ПРОФИЛЬ ШАХТНОЙ КРЕПИ, включающий днище, наклонные боковые стенки и фланцы с криволинейными поверхностями со стороны внутренней поверхности профиля и снизу со стороны внешней поверхности профиля, отличающийся тем, что внутренняя поверхность профиля эквидистантно расположена к внешней поверхности профиля, днище профиля имеет криволинейную поверхность с образованием выступа вдоль вертикальной оси симметрии профиля на внутренней поверхности днища и желоба на внешней поверхности днища, выступ и желоб днища ориентированы внутрь сечения профиля, причем выступ выполнен высотой, равной глубине желоба, при этом место сопряжения каждой боковой стенки профиля с внешней поверхностью днища имеет больший радиус кривизны на толщину профиля, чем радиус кривизны места сопряжения каждой боковой стенки профиля с внутренней поверхностью днища, а криволинейные поверхности каждого фланца со стороны внутренней поверхности профиля и со стороны внешней поверхности профиля имеют радиус кривизны, равный соответственно 1,5 и 2,5 толщины профиля, при этом к криволинейным поверхностям каждого фланца примыкают прямолинейные поверхности, ориентированные в сторону, противоположную от внешней поверхности профиля с образованием на конце каждого торца с острыми кромками, причем прямолинейные поверхности каждого фланца выполнены наклонными и угол их наклона к вертикальной оси профиля составляет не более 5^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5