ЖЕЛОБЧАТЫЙ ПРОФИЛЬ Российский патент 1997 года по МПК E21D11/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок.

Известна конструкция желобчатого профиля, содержащая днище, наклонные стенки с фланцами на концах, имеющими плоские поверхности (Гелескун М.Н. Каретников В.Д. Справочник по креплению капитальных и подготовительных горных выработок. М. Недра, 1982, с.27, рис. 2.1).

Недостатком указанного профиля является то, что податливые крепи из этого профиля нестабильное сопротивление, так как при действии в податливых узлах изгибающих моментов внутренний профиль (верхняк) проваливается во внешний профиль (стойку), разрывая его конец на лепестки, верхний замок при этом ослабевает, нижний вытягивается и образует "зев".

Конструкция желобчатого профиля, выбранного в качестве прототипа, содержит днище, наклонные стенки с фланцами на концах, имеющими плоские поверхности; верхние и нижние поверхности фланцев параллельны и расположены перпендикулярно оси симметрии профиля; на нижних поверхностях фланцев выполнены выступы с опорными гранями, а к верхним поверхностям фланцев примыкают наклонные поверхности, расположенные параллельно опорным граням (патент РФ N 1701928, кл.E 21 D 11/14, 1991).

Недостатками известного профиля являются следующие:
наклонные стенки имеют сопрягаемые под углом участки плоских поверхностей, поэтому для плотного прилегания в податливых узлах наружных поверхностей наклонных стенок внутреннего профиля и внутренних поверхностей наклонных стенок наружного профиля необходимо, чтобы ширина лотка профиля на уровне верхних поверхностей фланцев была равна ширине профиля по наружным поверхностям наклонных стенок на уровне нижних поверхностей фланцев, а длина плоских поверхностей наклонных стенок и углы их наклона на сопрягаемых участках должны совпадать, что требует повышенной точности изготовления профиля. При несовпадении указанных размеров за счет их разброса при изготовлении наружные и внутренние поверхности наклонных стенок соединяемых профилей в податливых узлах будут расположены под углом друг к другу и их сопряжение будет происходить не по плоским поверхностям, а по линии (см. фиг.1), что значительно уменьшит площадь их взаимодействия, в результате уменьшится сопротивление крепи в податливом режиме и для его увеличения потребуется дополнительное усилие сжатия профилей в податливых узлах с соответствующим увеличением прочности и металлоемкости замковых соединений;
прямолинейные участки наклонных стенок профиля при сложно-напряженном состоянии рамы крепи, установленной в выработках с тяжелыми горно-геологическими условиями, деформируются от потери устойчивости, что приводит к значительной деформации элементов крепи и непригодности их для повторного использования.

Основной задачей изобретения является повышение эффективности крепи за счет увеличения ее сопротивления и увеличения количества повторно используемых элементов.

Указанная задача решается тем, что в желобчатом профиле, содержащем днище и наклонные стенки с фланцами на концах, имеющими параллельные верхние и нижние поверхности, на нижних поверхностях выполнены выступы с опорными гранями, а к верхним поверхностям примыкают наклонные поверхности, наружные и внутренние поверхности наклонных стенок выполнены в виде цилиндрических поверхностей, образующие которых расположены вдоль профиля, пи этом угол, образованный осью симметрии профиля и хордой, проведенной через точки пересечения внутренней цилиндрической поверхности наклонной стенки с верхней поверхностью фланца и с верхней поверхностью днища, меньше угла между осью симметрии профиля и хордой, проведенной через точки пересечения наружной цилиндрической поверхности наклонной стенки с нижней поверхностью фланца и нижней поверхностью днища. Опорные грани и наклонные поверхности могут быть непараллельны и выполнены криволинейными.

Технический результат следующий:
повышается величина и стабильность сопротивления крепи в податливом режиме, так как при меньшем усилии сжатия замками профилей в податливых узлах увеличивается усилие сжатия взаимодействующих наружных и внутренних цилиндрических поверхностей наклонных стенок соединяемых профилей. Это объясняется тем, что при большем угле наклона хорды, соединяющей точки пересечения наружной цилиндрической поверхности наклонной стенки с нижней поверхностью фланца и нижней поверхностью днища, ширина профиля по наружным поверхностям наклонных стенок на уровне нижних поверхностей фланцев больше ширины лотка профиля на уровне верхних поверхностей фланцев. При таком исполнении посадка элементов в податливых узлах при сжатии профилей замками происходит с натягом независимо от разброса размеров при изготовлении, а взаимодействие наружных и внутренних поверхностей наклонных стенок за счет их цилиндрической формы происходит практически по всей площади;
снижается деформация элементов при работе крепи в тяжелых горно-геологических условиях, так как плавно изогнутая криволинейная форма наклонных стенок увеличивает устойчивость профиля при работе в предельном состоянии от действия нормальных (тангенциальных) сил и изгибающих моментов;
за счет снижения усилия сжатия профилей в податливых узлах уменьшается металлоемкость замков;
снижается влияние точности изготовления профиля на сопротивление крепи в податливом режиме.

На чертеже представлен поперечный разрез желобчатого профиля.

Желобчатый профиль содержит днище 1, наклонные стенки 2 с фланцами 3. Верхние 4 и нижние 5 поверхности фланцев 3 параллельны и могут быть расположены перпендикулярно оси симметрии 6. На нижних поверхностях 5 выполнены выступы 7 с опорными гранями 8, к верхним поверхностям 4 примыкают наклонные поверхности 9. Наружные 10 и внутренние 11 поверхности наклонных стенок 2 выполнены в виде цилиндрических поверхностей, расположенных вдоль профиля, то есть их образующие параллельны продольной оси профиля. Угол α образованный осью симметрии 6 и хордой 12, проведенной через точки пересечения внутренней цилиндрической поверхности 11 с верхней поверхностью 4 фланца 3 и верхней поверхностью 13 днища 1, меньше угла a₁ образованного осью симметрии 6 и хордой 14, проведенной через точки пересечения наружной цилиндрической поверхностью 15 днища 1. При этом толщина наклонных стенок 2 увеличивается от фланцев 3 к днищу 1. Опорные грани 8 и наклонные поверхности 9 могут быть выполнены непараллельными и иметь криволинейную форму. Радиусы кривизны R и R₁ наружных 10 и внутренних 11 цилиндрических поверхностей наклонных стенок могут быть равными или один радиус может быть больше другого радиуса. Ширина профиля b₁ расстояние между точками пересечения наружных цилиндрических поверхностей 10 наклонных стенок 2 с нижними поверхностями 5 фланцев 3 больше ширины лотка b₂ расстояния между точками пересечения верхних поверхностей 4 фланцев 3 с внутренними цилиндрическими поверхностями 11 наклонных стенок 2. Ширина b₄ поверхности 5 может быть больше ширины b₃ поверхности 4. Все участки сопряжения поверхностей имеют технологические радиусы закруглений.

При возведении крепи из предлагаемого профиля усилие сжатия замками соединяемых элементов в податливых узлах при одинаковом по сравнению с прототипом сопротивления крепи снижается на 40-50%
Например, при сопротивлении податливого узла осевой нагрузке 120-130 кН момент закручивания гаек в замках составляет 100 Н•м, против 170-180 Н•м у прототипа. При этом повышается стабильность сопротивления крепи, так как оно в основном создается за счет взаимодействия и проскальзывания в податливых узлах установленных с натягом цилиндрических поверхностей наклонных стенок профилей соединяемых элементов при значительном уменьшении усилия затягивания замков. Замки в этом случае обеспечивают в основном прочность податливых узлов при их работе на изгиб.

Деформация элементов при работе крепи в тяжелых горно-геологических условиях снижается не менее, чем на 15-20% за счет повышения устойчивости предлагаемого профиля, что позволит увеличить процент повторного использования крепи и повысить ее надежность.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок. Обеспечивает увеличение сопротивления и снижает деформацию элементов при работе крепи в тяжелых условиях. Сущность изобретения: наружные и внутренние поверхности наклонных стенок выполнены в виде цилиндрических поверхностей, образующие которых расположены вдоль профиля, угол, образованный осью симметрии профиля и хордой, проведенной через точки пересечения внутренней поверхности и наклонных стенок с верхней поверхностью фланца и верхней поверхностью днища, меньше угла между осью симметрии и хордой, проведенной через точки пересечения наружной поверхности и наклонных стенок с нижней поверхностью фланца и с нижней поверхностью днища. Опорные грани и наклонные поверхности фланцев могут быть непараллельны и выполнены криволинейными. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Желобчатый профиль, содержащий днище и наклонные стенки с фланцами на концах, верхние и нижние поверхности фланцев параллельны, на нижних поверхностях фланцев выполнены выступы с опорными гранями, а к верхним поверхностям фланцев примыкают наклонные поверхности, отличающийся тем, что наружные и внутренние поверхности наклонных стенок выполнены в виде цилиндрических поверхностей, образующие которых расположены вдоль профиля, при этом угол, образованный осью симметрии профиля и хордой, проведенной через точки пересечения внутренней цилиндрической поверхности наклонной стенки с верхней поверхностью фланца и с верхней поверхностью днища, меньше угла между осью симметрии профиля и хордой, проведенной через точки пересечения наружной цилиндрической поверхности наклонной стенки с нижней поверхностью фланца и с нижней поверхностью днища. 2. Профиль по п. 1, отличающийся тем, что опорные грани и наклонные поверхности непараллельны. 3. Профиль по п.1, отличающийся тем, что опорные грани и наклонные поверхности выполнены криволинейными.