СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗЖИМНОГО ТРУБЧАТОГО АНКЕРНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1997 года по МПК B21D15/02 B21D21/00 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается способов продольного гофрирования труб. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для изготовления разжимных трубчатых анкерных элементов.

В последнее время широкое распространение получила технология анкерного крепления с помощью гидрораспорных анкеров, устанавливаемых в отверстия в своде шахт.

Потребность в данной продукции весьма велика, т.к. позволяет значительно снизить расход металла при креплении сводов шахт. Задачей изобретения является обеспечение возможности изготовления надежного анкера такого типа с меньшей трудоемкостью.

Известен способ изготовления трубчатого разжимного анкерного элемента (1).

Этот способ включает выполнение на трубчатой заготовке продольного разреза, срезанного под углом по всей длине. Диаметр трубной заготовки должен быть больше диаметра отверстия шпура, чтобы при установке ее в отверстии путем пластического сжатия увеличивать периферию перекрытых кромочных участков продольного разреза.

Таким образом, при минимальных затратах получают распорный трубчатый анкерный элемент, расширяемый в отверстии шпура упругим разжимом сжатой трубы.

Однако конструкция такого анкерного элемента не обеспечивает достаточной надежности крепления, т.к. возможно неплотное прилегание стенок элемента и отверстия. Это связано с недостаточностью упругих разжимающих усилий для преодоления сил трения между породой и анкером или между кромками анкера.

Из известных способов изготовления разжимных трубчатых анкерных элементов наиболее близким по технической сущности является способ изготовления трубчатого анкерного элемента (2).

Этот способ включает последовательно проводимые формование продольного, обращенного выпуклостью внутрь трубы замкнутого углубления, усиление торцевых участков, герметизацию торцев трубы и выполнение отверстия для подвода жидкости.

Упомянутое углубление формуют на всей длине трубы, а на торцевые ее участки надевают усиливающие втулки, закрепляемые на трубе сварным швом. Герметизация торцев сформированной трубы обеспечивается с помощью сварного шва. При этом один из торцев хвостовой части уже готового анкерного элемента служит для установки патрубка для подвода жидкости.

Формирование трубы проводят либо протяжкой, либо прокаткой, либо гибкой, причем выполнение необходимого сечения трубы с углублением требует нескольких этапов обработки.

Недостатками известного способа являются значительные затраты времени на изготовление анкерного элемента.

Это связано с необходимость последовательного проведения операций по усилению торцевых участков сформированной трубы втулками, привариваемыми к ней, и выбором трудоемкой сварочной операции для герметизации торцев.

При этом наличие сварных швов ослабляет конструкцию анкерного элемента, изготовленного по этому способу, снижая надежность анкерного крепления, так как при распрямлении углубления в зоне сварного шва возможно ее разрушение, т.е. разгерметизация внутренней полости анкера.

Задачей изобретения является получение надежного анкерного элемента с меньшей трудоемкостью.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента, включающем формование продольного, обращенного выпуклостью внутрь трубы замкнутого углубления, усилие торцевых участков, герметизацию торцев трубы и выполнение отверстия для подвода рабочей жидкости, согласно изобретению, формование продольного замкнутого углубления проводят на средней части трубы последовательно в три этапа и одновременно с этим осуществляют усиление торцевых участков трубы путем их обжатия соответственно каждому этапу с увеличением толщины стенки, а величина обжатий составляет 15-24% на каждом этапе, причем на третьем этапе обжатие одного из торцевых участков проводят на длине, большей длины противоположного участка на 0,15-0,3 D_тр (D_тр диаметр трубы), на этом же участке выполняют отверстие для подвода, а герметизацию торцев трубы осуществляют путем установки заглушек в полость торцевых участков трубы и завальцовки их в стенку трубы одновременно с обжатием торцевых участков на втором этапе формования.

Сущность способа изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента заключается в том, что он позволяет получить надежный анкерный элемент с меньшей трудоемкостью.

Это достигается за счет совместного проведения этапов формования углубления с обжатиями торцевых участков трубы, обеспечивающими их усилие на небольшой длине увеличением толщины стенки, превышающей толщину стенки трубы, а также за счет одновременного осуществления установки и завальцовки заглушек в полости торцевых участков трубы с обжатиями последних и формованием углубления. Это позволит снизить время цикла изготовления изделия.

Кроме того, герметизация торцев анкерного элемента посредством завальцованных в тело трубы заглушек вместо сварного шва позволит повысить надежность анкерного крепления, поскольку торцевые участки элемента с увеличенной толщиной стенки надежно предохраняют место установки заглушек от изгибающих усилий во время "раздувания" элемента. При этом выполнение опорного выступа-гофра за одно целое с трубой при обжатии соответствующего торцевого участка во время третьего этапа формования значительно укрепляет сечение этого места, особенно опасное в рабочем состоянии анкера, благодаря снижению срезающих усилий, воздействующих на анкер.

На фиг. 1 изображено видоизменение трубной заготовки на 1-м этапе формования; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, на 2-м этапе формования; на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 то же, на 3-м этапе формования; на фиг. 6 разрез по В-В на фиг. 5.

Способ изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента включает три этапа формования продольного, обращенного выпуклостью внутрь трубы 1 замкнутого углубления 2 на средней части трубы, усиление торцевых участков 3 трубы путем обжатия их на всех трех этапах с увеличением стенки (с S₁ S_исх 2,0 мм до S₃ 3,5 мм) одновременно с формованием углубления, герметизацию торцев трубы путем установки заглушек 4 в полость торцевых участков трубы и завальцовки их в стенку трубы одновременно с обжатием торцевых участков на втором этапе формования и выполнение отверстия 5 для подвода рабочей жидкости.

На первом этапе формования трубы на ее наружной поверхности выполняют V-образную канавку аксиально оси трубы, на втором этапе глубину канавки увеличивают до совмещения внутренних поверхностей канавки и трубы, а на третьем этапе проводят доформовку профиля в трубу с диаметром, меньшим по меньшей мере на 20% его первоначальной величины.

Обжатие торцевых участков заготовки проводят на всех трех этапах формования соответственно на длинах l₁, l₂, l₃, равных 1,0-2,5 D_тр; 0,5-1,0 D_тр; 1,0-2,5 D_тр, и величина обжатия на каждом этапе составляет 15-24% Причем на третьем этапе обжатие одного из торцевых участков осуществляется на длине l₃, большей длины l₃' противоположного участка на 0,15-0,3 D_тр.

На указанном участке сверлят радиальное отверстие для подвода жидкости.

При этом уменьшение длины торцевых участков заготовки, обжимаемых на первом этапе, менее чем на 1,0 D_тр приведет к невозможности выполнения достаточной, сопрягаемой с рабочей формирующейся частью поверхности для подвода жидкости в полость анкера. А увеличение длины более чем на 2,5 D_тр приведет к расходу металла, т.к. данный участок не является рабочим и служит только для подвода жидкости.

Обжатие торцевых участков на втором этапе на длине, меньшей 0,5 D_тр, нецелесообразно, так как в данном случае невозможна завльцовка заглушек в полость заготовки при обжатии участков. А обжатие на длине, большей 1,0 D_тр, приведет к повышению износа матриц.

На третьем этапе выбор длины одного из торцевых участков в пределах 0,15-0,3 D_тр обусловлен необходимостью получения на этом участке поперечного гофра 6. Поэтому уменьшение длины не позволит получить требуемый гофр, а увеличение приведет к образованию более чем одного гофра, которые снизят несущую способность готового анкера. Выбор длины противоположного участка обусловлен теми же причинами, что и на первом этапе.

Деформация торцевых участков с обжатиями, составляющими менее 15% не даст необходимого утолщения стенки редуцируемой трубы, что не позволит надежно завальцевать заглушки в полость анкера. А деформация с обжатиями, величина которых больше 24% нецелесообразна, так как при этом теряется устойчивость концевого участка.

На предприятии проведены опытные испытания предложенного способа изготовления анкерного элемента из бесшовной мерно отрезанной трубы диаметром 42 мм, длиной 1500 мм и толщиной стенки 2 мм (материал сталь 20).

Испытания включали как испытания опытных образцов на давление, так и по режимам, соответствующим технологии изготовления элемента.

Формование средней части трубы проводили на вертикальном гидравлическом прессе с усилием 350 кН, а обжатия торцевых участков с усилием 40-80 кН. Для осуществления последних была разработана дополнительная оснастка для пресса в виде механизма редуцирования торцевых участков.

После обработки образцы выдерживали давление до 22 МПа, а усилие разрыва достигало 120 кН.

Цикл производства анкерных элементов составляет 14-16 с.

Предложенный способ изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента по сравнению с известными позволяет снизить трудоемкость процесса изготовления надежного анкерного элемента.

Использование: изготовление разжимных трубчатых анкерных элементов, для крепления горных пород. Сущность изобретения: способ изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента включает три этапа формирования продольного, обращенного выпуклостью внутрь трубы замкнутого углубления на средней части трубы: усиление торцевых участков трубы путем обжатия их на всех трех этапах одновременно с формированием углубления; герметизацию торцев трубы путем установки заглушек 4 в полость торцевых участков и завальцовки их в стенку трубы одновременно с обжатием торцевых участков на втором этапе формирования и выполнение отверстия 5 для подвода рабочей жидкости. Обжатие на третьем этапе одного из торцевых участков проводят на длине, большей длины противоположного участка на 0,15 - 0,3 D_тр, для получения поперечного гофра 6 (D_тр - диаметр трубы). 6 ил.

Способ изготовления разжимного трубчатого анкерного элемента, включающий формование продольного, обращенного выпуклостью внутрь трубы замкнутого углубления, усиление торцевых участков, герметизацию торцов трубы и выполнение отверстия для подвода рабочей жидкости, отличающийся тем, что формование продольного замкнутого углубления проводят на средней части трубы последовательно в три этапа и одновременно с этим осуществляют усиление торцевых участков трубы путем их обжатия соответственно каждому этапу с увеличением толщины стенки, а величина обжатий составляет 15 24% на каждом этапе, причем на третьем этапе обжатие одного из торцевых участков проводят на длине, большей длины противоположного участка на 0,15 0,3 D_тр, где D_тр диаметр трубы, на этом же участке выполняют отверстие для подвода, а герметизацию торцов трубы осуществляют путем установки заглушек в полость торцевых участков трубы и завальцовки их в стенку трубы одновременно с обжатием торцевых участков на втором этапе формования.