Прогибомер для измерения усилий в шахтной крепи Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 E21D11/00 

Изобретение относится к технике шахтных измерений и может быть использовано для шахтных инструментальных наблюдений в подземных горных выработках, в частности за взаимодействием рамной крепи с массивом горных пород.

Известно устройство для измерения деформаций верхняка, состоящее из капроновой нити, замерной линейки и двух магнитов с опорными стержнями.

Недостатком такого устройства является то. что капроновую нить при каждом замере необходимо закреплять в стенках выработки, причем создать необходимое натяжение при помощи двух магнитов с опорными стержнями, что затруднительно. Данное устройство требует при каждом измерении определения центра пролета выработки, куда устанавливают линейку. Контакт капроновой нити и линейки в момент замера влечет за собой возможное отклонение нити от первоначального положения. Все это снижает точность замеров и увеличивает их число. Так для определения нагрузки на верхняк необходимо измерить расстояние от опорной поверхности магнита до отверстия в стержне, расстояние от нити до нижней полки двутавра в середине пролета, пролет и полупролет выработки, расстояние между центрами магнитов. Поэтому данным устройством производить измерения в элементах рамной крепи особенно криволинейного очертания затруднительно.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения нагрузок на лежень крепи, включающее балку с опо- j рами на концах, в центре которой вставлены измерительный шток индикатора часового типа, контактирующий с измерительным стержнем.

Недостатком такого устройства является его конструктивная сложность и громоздкость, невозможность производства замерз на любых участках рамы, особенно там, где проходят вентиляционные и водонапорные трубы, шланги, кабели. Угол уста(Л

С

XI Ю СА GJ W

новки опор к балке зависит от радиуса кривизны элемента рамной крепи.

Сложная механическая связь индикатора деформации часового типа, штока, измерительного стержня и пружины снижает надежность и точность работы устройства, а непосредственное измерение радиальных смещений элемента крепи (лежня) приводит к значительным относительным ошибкам при определении усилий.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что прогибомер для измерения усилий в шахтной крепи, включающем основание с двумя опорами на концах и измерительный стержень, снабжен отсчетным кольцом, установленным на основании с возможностью продольного перемещения, измерительный стержень выполнен калиброванной высоты и закреплен на отсчетном кольце перпендикулярно к основанию, а вдоль основания нанесена измерительная шкала, которая выполнена симметричной относительно начала отсчета, расположенного в центре ос- ноеания, измерительный стержень выполнен сменным, отсчетное кольцо снабжено нониусом и фиксатором в виде зажимного винта, а опоры основания выполнены с заостренными прямолинейными и взаим- но параллельными кромками.

На фиг.1 схематично показано устройство; на фиг.2 - то же, разрез.

Прогибомер для измерения усилий в шахтной крепи состоит из основания 1 с двумя опорами 2 на концах и измерительного стержня 3, калиброванного по высоте и закрепленного на отсчетном кольце 4, которое размещено на основании 1 с возможностью продольного перемещения. Основание 1 снабжено измерительной шкалой 5, симметричной относительно начала отсчета, помещенного в центре основания 1,

Опоры 2 выполнены с заостренными прямолинейными и взаимно параллельны- ми кромками 6, которыми они контактируют с элементом 7 рамной крепи. Отсчетное кольцо 4 снабжено нониусом 8 и фиксатором в виде зажимного винта 9. Прогибомер может быть изготовлен, например, в виде легкого переносного прибора с основанием 1 из тонкой дюралевой трубы, на которой закреплено отсчетное кольцо 4 м измерительный стержень 3.

Прогибомер работает следующим обра- зом..

В горной выработке, закрепленной рамной крепью, с помощью прогибомера можно определить изгибные деформации рамной крепи и действующие в ней изгибающие моменты. На элемент 7 шахтной крепи устанавливают на кромки 6 опор 2 основание 1 прогибомера. Прогиб измеряют на участке элемента 7 между кромками 6 опор 2. Для этого отсчетное кольцо 4 вместе с измерительным стержнем 3 перемещают вдоль основания 1 от его центра вплоть до касания поверхности элемента 7 рамной крепи. Затем зажимным винтом 9 фиксируют отсчетное кольцо 4 в данном положении. Сняв шахтный прогибомер с крепи по нониусу 8 и измерительной шкале 5 считывают показания, характеризующие смещение измерительного стержня 3 относительно центра основания 1. .По этим измерениям определяют изгибающий момент, действующий в элементе 7 крепи на участке между опорами 2 основания 1, по формуле.

МНЕ I Г i .,2h --. 1

L Vh2+(a -f bf V hz + (a -b /J

где EJ - изгибная жесткость элемента 7, н, м2;

h - калиброванная высота измерительного стержня 3, м;

а - половина расстояния между кромками б опоры 2, м;

в - смещение стержня 3 относительно центра основания 1, м;

RO . начальный радиус кривизны элемента 7, м.

Главной отличительной особенностью конструкции прогибомера является наличие на отсчетном кольце 4 измерительного стержня 3 калиброванной высоты, при перемещении которого вдоль измерительной базы определяют параметры изгиба элемента 7 путем измерения смещения в. Чтобы оценить ошибку такого измерения, достаточно продифференцировать исходное уравнение по в, что с учетом условий проведения измерений a2; h2 « а2 дает

АМ8-± (4hEJ/a3) As(1)

Традиционные конструкции прогибоме- ров предусматривают прямое измерение стрелы прогиба по направлению радиуса изгиба (радиальные смещения), что дает ошибку определения изгибающего момента, определяемую путем вычисления производной от М по h при тех же геометрических соотношениях

л ЛпГ

в-« a2; hz« a2,

характеризующих условия измерений, что и в случав П).

(2EJ/a2)Ah,(2)

Из полученных зависимостей (1) и (2) видно, что при равной точности измерений (например, ± 1 мм) линейных величин: смещения в при заданной калиброванной высоте h в предлагаемом устройстве или h при заданном смещении в, что характерно для известных устройств, получаем выигрыш в точности определения усилий в элементе крепи в ераз.

4 е -AMh/AMb a/2h. ...; ;

Если учесть, что при изготовлении устройства всегда можно обеспечить соотно- шение ,05,.,.0,1, то точность определения усилий при использовании предлагаемого прогибомера увеличивается в Ј 5-10 раз.

Благодаря тому, что измерительный стержень 3 выполнен калиброванным по высоте достигается точнее определение прогиба на измеряемом его смещении в от центра основания 1. Это обеспечивают закреплением измерительного стержня 3 на отсчетном кольце 4 с нониусом и фиксатором в виде зажимного винта 9. Последний делает удобным снятие отсчетов. То, что основание 1 снабжено измерительной шкалой 5, симметричной относительно начала отсчета, помещенного в центре основания 1, облегчает фиксацию смещения в по обе стороны от центра основания 1, а это в конечг ном счете позволяет исключить промахи в измерениях и увеличить точность определения усилий в элементах 7 шахтной крепи. Выполнение измерительного стержня 3 сменным упрощает определение прогибов на элементах 7 шахтной крепи с различной кривизной и расширяет область применения прогибомера. Выполнение опор 2 основания 1 прогибомера с заостренными взаимно параллельными кромками 6 позволяет четко фиксировать прогибомер на зле- менте крепи при повторных (периодических) измерениях, делает устройство устойчивым

и исключает случайные повороты вокруг оси основания 1,

Таким образом предлагаемый прогибомер для измерения усилий в шахтной крепи

благодаря простоте его конструкции, резко повышенной точности замеров, а также удобства и доступности их выполнения позволит производить массовые контрольные наблюдения за эксплуатационным состоянием шахтной крепи в процессе ее сооружения и взаимодействия с окружающими породами. Это значительно повысит безопасность работ, улучшит условия поддержания им охраны горных выработок,

обеспечит возможность контроля за качество работ и длительных наблюдений за проявлениями горного, давления в выработке. Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

1.Прогибомер для измерения усилий в шахтной крепи, включающий основание с

двумя опорами на концах и измерительный стержень, о т ли чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен отсчетным кольцом,, установленным на основании с возможностью продольного перемещения, измерительный стержень выполнен калиброванной высоты и закреплен на отсчетном кольце перпендикулярно к основанию, а вдоль основания

нанесена измерительная шкала.

2.Прогибомер по п.1, отличаю щи й- с я тем, что измерительная шкала выполнена симметричной относительно начала отсчета, расположенного в центре основания,

измерительный стержень выполнен сменным, отсчетное кольцо снабжено нониусом и фиксатором в виде зажимного винта, а опоры основания выполнены с заостренными прямолинейными и взаимно параллельными кромками.

PutJ

Использование : измерение нагрузок на шахтную рамную крепь. Сущность изобретения : прогибомер содержит основание с двумя опорами на концах, измерительный стержень и отсчетное кольцо. Измерительный стержень калиброван по высоте и закреплен на отсчетном кольце. Отсчетное кольцо установлено на основании с возможностью продольного перемещения. Вдоль основания нанесена измерительная шкала, симметричная относительно начала отсчета. Начало отсчета помещено в центре основания. Опоры выполнены с заостренными прямолинейными и взаимно перпендикулярными кромками. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

(Риг. 2