СПЕЦПРОФИЛЬ Российский патент 1997 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горному делу, а именно к шахтным металлическим податливым крепям из специального взаимозаменяемого профиля.

Известен спецпрофиль, содержащий прямолинейное днище, наклонные боковые стенки, расположенные под углом к оси симметрии профиля, фланцы, высота которых равна толщине днища и составляет 3,9-4,4 толщины боковых стенок спецпрофиля, а суммарная толщина фланцев равна ширине днища [1]
К недостаткам данного профиля можно отнести то, что в сложных горно-геологических условиях крепи из данного профиля не обеспечивают достаточно высокое сопротивление в замковых соединениях из-за отсутствия в них податливости. Это обусловлено тем, что внутренняя и внешняя поверхности профиля эквидистантны, и несущая способность узлов податливости крепи из указанного профиля достигается только за счет сил трения, создаваемых затяжкой соединительных хомутов, без использования эффекта взаимного заклинивания, так как между днищами и фланцами соединяемых профилей отсутствует компенсационный зазор.

Известен спецпрофиль, содержащий наклонные боковые стенки с фланцами, прямолинейное днище, выполненное с толщиной d, равной высоте фланцев и составляющей 3,1-3,8 толщины боковых стенок, и шириной, равной суммарной толщине фланцев. Днище сопряжено с наклонными стенками с внутренней и внешней сторон с образованием внутренней и внешней сторон с образованием внутренней и внешней цилиндрических поверхностей. Причем радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности составляет 1,2-1,5 радиуса кривизны внешней цилиндрической поверхности [2] Такое выполнение профиля позволяет в замковом соединении крепи обеспечить компенсационный зазор,равный (0,03-0,17)d. Однако такой зазор несущественно повышает несущие способности податливой крепи. Это обусловлено тем, что узлы податливости металлической крепи относятся к высоконагруженным фрикционным соединениям, поэтому в результате взаимных перемещений профилей в них происходит деформация шероховатостей и износ контактируемых поверхностей боковых стенок профиля, достигающий величины до 1 мм. Кроме того, с учетом существующего диапазона допусков на геометрические размеры изготовляемых профилей, компенсационный зазор в замковом соединении при повторном использовании таких профилей может свестись к нулю.

Целью изобретения является повышение надежности работы податливой крепи из спецпрофиля в сложных горно-геологических условиях поддержания горных выработок за счет повышения несущей способности при соединении профилей внахлестку, а именно усиления узлов податливости путем увеличения контактного давления в зоне днищ соединяемых профилей и величины компенсационного зазора между днищами и фланцами профилей.

Поставленная цель достигается тем, что в спецпрофиле, содержащем наклонные боковые стенки с фланцами, прямолинейное днище, выполненное с толщиной d, равной высоте фланцев и превышающей толщину боковых стенок d₁, и шириной, равной суммарной толщине фланцев, и сопрягающееся с наклонными стенками с внутренней и внешней сторон цилиндрическими поверхностями, радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности R₁ выбирается из диапазона R₁ 0,2-0,5)d, радиус кривизны внешней цилиндрической поверхности R₂ определяется зависимостью

а толщина боковых стенок равна d₁= [d-(R₂-R₁)(1-sinα)]sinα, где α угол наклона боковых стенок к оси симметрии спецпрофиля.

На фиг. 1 представлено соединение заявляемых взаимозаменяемых спецпрофилей внахлестку; на фиг. 2 фрагмент соединяемых профилей в узле податливости для расчет заявляемых геометрических параметров спецпрофиля.

Спецпрофиль состоит из прямолинейного днища 1, двух наклонных боковых стенок 2 с фланцами 3. Днище 1 сопрягается с боковыми стенками 2 внешней цилиндрической поверхностью 4 и внутренней цилиндрической поверхностью 5. В замковом соединении профили образуют компенсационный зазор 6.

Днище 1 выполнено толщиной d, равной высоте фланцев 3. Боковые стенки 2 выполнены с углом наклона к оси симметрии спецпрофиля, равным a(tgα = 0,25). Днище 1 выполнено шириной b₁, равной суммарной ширине фланцев b₁ (b - b₂). Радиус кривизны внешней цилиндрической поверхности 4 выбирают из диапазона R₁ (0,2-0,45)d. Наименьшее значение радиуса обусловлено технологическим процессом изготовления спецпрофиля. Верхнее значение радиуса R₁ ограничено расчетным значением радиуса кривизны внутренней цилиндрической поверхности 5, который определяет величину компенсационного зазора 6. Радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности 5 определяется зависимостью
,
где δ компенсационный зазор между профилями в замковом соединении.

Для повышения несущей способности податливой металлической крепи компенсационный зазор выбирают равным d = (0,15÷0,4)d, тогда

При выбранных значения d, R₁ и R₂ для создания заклинивающего эффекта по цилиндрическим поверхностям 4 и 5 необходимо, чтобы данные поверхности в точке А их контакта имели общую касательную. Это возможно, если толщина боковых стенок профиля d₁ будет равна
d₁= [d-(R₂-R₁)(1-sinα)]sinα .
При эксплуатации крепей из спецпрофилей их укладывают с нахлестом и стягивают соединительными узлами. При этом контакт профилей осуществляется по боковым стенкам 2 и с расклинивающим эффектом между внешней цилиндрической поверхностью 4 внутреннего профиля и внутренней цилиндрической поверхностью 5 наружного профиля. Поскольку цилиндрические поверхности 4 и 5 в момент затяжки соединительных хомутов имеют общую касательную и толщина стенки профиля от места их контакта (точка А) к днищу профиля увеличивается, область спецпрофиля 7 создает нарастающий заклинивающий эффект. Под воздействием горного давления на крепь происходит перемещение профилей в узлах податливости и взаимный износ трущихся поверхностей. Кроме того, сопротивление перемещению будет зависеть не только от трения, но в большей степени от геометрических параметров и от упруго-пластического свойства материала профиля в области 7, реализующей заклинивающий эффект двух профилей.

В отличие от прототипа в заявляемом спецпрофиле для типоряда 14-33 СПВ кг/м, радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности составляет 1,4-3,7 радиуса внешней цилиндрической поверхности, а толщина дна днища составляет 4,1-5,5 толщины боковых стенок, что обеспечивает в замковом соединении спецпрофилей компенсационный зазор, равный 0,15-0,4 толщины днища.

Кроме того, в заявляемой конструкции спецпрофиля стенки в местах сопряжения с днищем работают не на изгиб, а на сдвиг, что исключает раскрытие профиля. Таким образом, заявляемый спецпрофиль обладает повышенной несущей способностью по сравнению с прототипом за счет увеличения заклинивающего эффекта в области днищ профилей и повышения сопротивления взаимному перемещению спецпрофилей в замковых соединениях.

Использование: поддержание горных выработок податливыми крепями из взаимозаменяемых профилей. Сущность изобретения: спецпрофиль состоит из наклонных боковых стенок с фланцами и прямолинейного днища шириной, равной суммарной толщине фланцев.Днище сопрягается с боковыми стенками цилиндрическими поверхностями. Радиус кривизны внешней цилиндрической поверхности выбирается из диапазона R₁ = (0,2-0,5)d, а радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности определяется зависимостью , при этом толщина боковых стенок спецпрофиля равна d₁= [d-(R₂-R₁)(1-sinα)]sinα , где d - толщина днища спецпрофиля, равная высоте фланцев; α - угол наклона боковых стенок к оси симметрии спецпрофиля. 2 ил.

Спецпрофиль, содержащий наклонные боковые стенки с фланцами, прямолинейное днище, выполненное толщиной, равной высоте фланцев и превышающей толщину боковых стенок, и шириной, равной суммарной толщине фланцев, и сопрягающееся с наклонными стенками внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями, отличающийся тем, что радиус кривизны внешней цилиндрической поверхности выбирают из диапазона R₁ (0,2 ^oC 0,5)d, радиус кривизны внутренней цилиндрической поверхности определяют зависимостью

а толщина боковых стенок спецпрофиля равна
d₁= [d-(R₂-R₁)(1-sinα)]sinα,
где d толщина спецпрофиля;
α - угол наклона боковых стенок к оси симметрии спецпрофиля.