PL167054B1

PL167054B1 - Nakretka napedowa do sruby mocujacej do skaly PL

Info

Publication number: PL167054B1
Application number: PL92294332A
Authority: PL
Inventors: Peter D Arnall; Mieczyslaw Rataj
Original assignee: Ani Corp Ltd
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1995-07-31
Also published as: DE4213363A1; CA2066990A1; GB2255383B; MX9201920A; US5352065A; PL294332A1; GB2255383A; JPH07174000A; NZ242398A; IN185528B; ZA922941B; GB9208658D0

Abstract

1. Nakretka napedowa do sruby mocuja- cej do skaly zawierajaca nakretki i wkladke, znamienna tym, ze zawiera wieksza ilosc wystepów utrzymujacych wkladke we wgle- bieniu w glówce nakretki, przy czym wystepy sa utworzone z czesci wystajacej z glówki nakretki sfaldowanej w celu ograniczenia roz- rywajacego momentu obrotowego nakretki napedowej do z góry okreslonego zakresu. P L 167054 B 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nakrętka napędowa do śruby mocującej do skały stanowiąca połączenie nakrętki i usuwalnej wkładki przystosowanej do stosowania ze śrubą mocującą do skały.

Technika kotwienia w skałach, stosowana w górnictwie podziemnym, jest dobrze rozwinięta i znane są oraz stosowane rozmaite nakrętki do śrub mocujących do skał. Odpowiednie materiały dotyczące dotychczasowego stanu techniki zawierają patenty Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4708550 (australijski patent równoważny nr 538 338), nr 4295761, 3979918 (australijski patent równoważny nr 4 879 989) i patent australijski nr 539 084.

167 054

Strop podziemnej kopalni jest zabezpieczany, przy użyciu techniki kotwienia w skałach, poprzez umieszczanie w stropie szeregu śrub mocujących do skał rozstawionych w odpowiednich odległościach w celu umieszczenia poszczególnych materiałów przeznaczonych do mocowania. Najpierw wywierca się dla każdej śruby otwór w stropie w celu umieszczenia w nim śruby mocującej, a następnie umieszcza się w otworze pojemnik z żywicą. Potem wciska się śrubę w otwór w celu przebicia ścianek pojemnika z żywicą i wymieszania żywicy tak, aby umocować w otworze śrubę, kiedy żywica stwardnieje. Nakrętka napędowa (z ruchomą wkładką) jest najpierw umieszczona na końcu śruby, gdzie obraca się wraz ze śrubą i pozostaje nakręcona na końcu śruby do momentu, gdy składniki żywicy stwardnieją. Wówczas do nakrętki przyłożony zostaje moment, który jest wystarczająco duży, aby obracać nakrętkę względem już teraz zamocowanej śruby, powodując w ten sposób wyrzucenie wkładki z nakrętki, która przemieszczana jest wzdłuż śruby w celu silnego przymocowania podkładki płytkowej do stropu. Rozrywający moment obrotowy nakrętki z ruchomą wkładką jest momentem krytycznym, a zakres momentu rozrywającego dla pewnych warunków może być stosunkowo wąski. Głównymi czynnikami określającymi wymagany rozrywający moment obrotowy nakrętki z ruchomą wkładką są:

— typ sprzętu stosowanego do kotwienia stropu, to jest możliwości silnika (jego wyjściowy moment obrotowy) — ilość żywicy zużytej na jedną śrubę — lepkość żywicy — długość śruby mocującej do skały.

Na przykład moment rozrywający nakrętki z ruchomą wkładką posiada dla określonego sprzętu górną granicę, która powinna być tak wysoka, aby uniemożliwiała rozerwanie nakrętki przez maszynę i dolną granicę, która zapobiega przedwczesnemu rozerwaniu nakrętki napędowej, co spowodowałoby niedostateczne wymieszanie żywicy i/lub wyciągnięcie śruby z otworu przez dokręcenie nakrętki zanim nastąpi utwardzenie żywicy. Typowe zakresy rozrywające momentu obrotowego wymagane dla znormalizowanej nakrętki napędowej M24 są następujące:

120 —150 Nm 90 — 120Nm 65 — 90 Nm 45 — 65 Nm 35 — 45 Nm

Zgodność rozrywającego momentu obrotowego nakrętki ma duże znaczenie. Dotychczasowy stan techniki zawiera wiele nakrętek użytecznych w technice kotwienia w skale, lecz żadna z obecnie znanych kombinacji nakrętki i wkładki nie jest całkowicie zadowalająca. Na przykład stosowana jest nakrętka z tuleją z tworzywa sztucznego i klinem umieszczonym przez wciśnięcie wjej gwintowanej części, lecz okazała się w użyciu niezadowalająca, z uwagi na trudności w regulacji rozrywającego momentu obrotowego. Prowadzone były próby z nakrętką i metalową wkładką umieszczoną w części gwintowanej nakrętki, lecz w wyniku rozrywania, pod działaniem momentu, styku metalu z metalem pomiędzy gwintem i wkładką powstają uszkodzenia gwintu. Proponowano poza tym i stosowano nakrętkę mającą zatyczkę z żywicy uformowaną przez nalanie krzepliwej żywicy do nakrętki, lecz znów okazało się bardzo trudne dokładne określenie rozrywającego momentu obrotowego ze względu na odmiany wynikające z tak trudnych do kontrolowania zmiennych, jak różne kształty zakończeń śrub i grubości zatyczek.

W szczególności dokładnie zbadano kombinację nakrętki z wkładką według patentu Stanów Zjednoczonych nr 4295 761 i wykazano, że jest ona niezadawalająca z wielu powodów. Rozrywający moment obrotowy nakrętki nie jest zgodny i w dużym stopniu jest zależny od kształtu zakończenia śruby. Kształt zakończenia śruby zmienia się zależnie od sposobu, w jaki okrągły pręt jest cięty (przed walcowaniem gwintu) podczas procesu wytwarzania. Głównymi czynnikami wpływającymi na sposób cięcia są ostrość i kąt przyłożenia ostrzy tnących. Trudne jest, oczywiście, utrzymanie tych dwóch parametrów jako stałych. Drugim i ważniejszym czynnikiem mającym wpływ na kształt zakończenia śruby jest jakość stali, z której wykonany jest pręt. Pręt ze stali o dużej wytrzymałości na rozciąganie jest bardziej kruchy i da w wyniku całkiem różny kształt

167 054 zakończenia w porównaniu z prętem z miękkiej stali. Jakość stali wpływa także na kształt zakończenia śruby podczas walcowania gwintu. Zakończenie śruby z miękkiej stali będzie miało obrzeże utworzone ze stali „wypychanej przez walce gwintujące podczas, gdy śruba ze stali o dużej wytrzymałości będzie miała tendencję do bycia bardziej „wyrównaną. W ten sposób kształt zakończenia śruby jest praktycznie poza kontrolą. Typowe zakończenia śrub są przedstawione na fig. 1 załączonych rysunków. Wymieniony patent Stanów Zjednoczonych nr 4295761 dotyczy śruby z łamliwym cienkim cylindrycznym krążkiem przystosowanym do tego, aby normalnie pozostawać we wgłębieniu w górnej części nakrętki. Zmienność rozrywającego momentu obrotowego nakrętki z płaską wkładką, wynikająca ze zmienności kształtów nakrętki z wkładką według patentu Stanów Zjednoczonych nr 4295 761 mógł być użyteczny i możliwy do przyjęcia. Przykładowo kształty zakończena śrub „C“ i „D przedstawione na fig. 1 będą posiadały rozrywający moment obrotowy o 30^40 procent mniejszy od rozrywającego momentu obrotowego uzyskiwanego przy kształtach zakończeń śrub przedstawionych w części „A“ fig. 1.

Inną bardzo znaczącą wadę kombinacji nakrętki z płaską wkładką zaproponowanej w patencie Stanów Zjednoczonych nr 4295 761 stanowi fakt, że podczas wyciskania wkładki z nakrętki zostaje uszkodzony początek gwintu śruby i w rezultacie nie może być nakręcona na śrubę druga nakrętka. Druga nakrętka jest często nakręcana na śrubę mocującą w celu zamocowania jakiegoś urządzenia kopalnianego takiego jak sprzęt wentylacyjny, rury, kable itp. Uszkodzenie gwintu na śrubie jest najbardziej zauważalne, gdy stosowana jest nakrętka o dużym rozrywającym momencie obrotowym (90^120Nm) z płaską wkładką w połączeniu ze śrubą z miękkiej stali. Dzieje się tak, ponieważ płaska wkładka podczas wyciskania jej z nakrętki tworzy kołpak, który trze o gwint uszkadzając początek gwintu. Czasem kołpak „przykleja się do zakończenia śruby bardzo mocno (to jest nie może być usunięty ręcznie), co także uniemożliwia wkręcenie drugiej nakrętki na śrubę mocującą do skały.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie udoskonalonej nakrętki napędowej do stosowania ze śrubą mocującą do skały. Pożądane jest zredukowanie powierzchni styku wkładki ze śrubą podczas nakręcania zespołu nakrętki z wkładką ze śrubą tak, aby obrzeże na końcu śruby (kształt „B - fig. 1) nie przeciwdziałał rozrywającemu momentowi obrotowemu. Wkładka stosowana w nakrętce napędowej według niniejszego wynalazku zawiera obwodowe obrzeże i część środkową przesuniętą względem płaszczyzny obrzeża tak, że pierwszy styk nakrętki napędowej ze śrubą, na którą nakręcona jest nakrętka występuje w środkowej części wkładki. Obwodowe obrzeże wkładki jest korzystnie pierścieniowe, lecz może mieć dowolny inny odpowiedni kształt, na przykład sześciokątny, dwunastokątny itd. Ponadto wkładka ukształtowana zgodnie z niniejszym wynalazkiem jest o wiele sztywniejsza od konwencjonalnych płaskich wkładek, co umożliwia relatywnie jednolite rozłożenie siły na wkładce i w ten sposób kształty „C“ i „D“ (fig. 1) także nie wywierają wpływu na moment obrotowy. Oczywistym jest, że dzięki zastosowaniu nowej wkładki według niniejszego wynalazku nie może pojawić się jakiekolwiek uszkodzenie gwintu śruby, ponieważ nie występuje styk gwintu z nakrętką. Poza tym nowa wkładka według niniejszego wynalazku nie „przykleja się do śruby, ponieważ nie jest ona nigdy wyginana.

Istota wynalazku polega na tym, że nakrętka zawiera większą ilość występów utrzymujących wkładkę we wgłębieniu w główce nakrętki, przy czym występy są utworzone z części wystającej z główki nakrętki sfałdowanej w celu ograniczenia rozrywającego momentu obrotowego nakrętki napędowej do z góry określonego zakresu.

Korzystnie jest, że występy są utworzone przez sfałdowanie części wystającej za pomocą tłocznika zawierającego większą ilość prętów.

Korzystnie jest także, że pręty mają kwadratowe przekroje.

W innej korzystnej postaci wynalazku występy są utworzone przez sfałdowanie części wystającej za pomocą matrycy o kształcie kopuły.

Korzystnie jest, że wkładka ma obwodowe obrzeże i część środkową przesuniętą względem płaszczyzny obrzeży tak, że pierwszy styk śruby, na którą wkręcana jest nakrętka, z wkładką ma miejsce w środkowej części wkładki.

Korzystnie jest, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, przy czym środkowa część jest cylindryczna, a obrzeże i środkowa część są połączone za pomocą integralnej pochyłej części wkładki.

167 054

Korzystnie jest również, że wkładka ma zasadniczo w przekroju kształt litery V.

W innej korzystnej postaci wynalazku wkładka jest w przekroju podwójnie łukowata.

Korzystnie jest także, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, zaś środkowa część jest cylidryczna, a obrzeże i środkowa część połączone są za pomocą integralnej pierścieniowej części wychodzącej schodkowo z obrzeża.

Korzystnie jest, że wkładka ma obwodową część brzegową, płaską górną powierzchnię i środkową część o większej grubości od obwodowej części brzegowej tak, że pierwszy styk śruby, na którą wkręcona jest nakrętka, z wkładką ma miejsce na dolnej powierzchni środkowej części wkładki.

Korzystnie jest, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, a środkowa część jest cylindryczna.

Korzystnie jest, że dolna powierzchnia wkładki ma w przekroju kształt litery V.

Korzystnie jest także, że dolna powierzchnia wkładki jest w przekroju łukowata.

W innej korzystnej postaci wynalazku dolna powierzchnia wkładki jest w przekroju podwójnie łukowata.

Korzystnie jest, że dolna powierzchnia wkładki ma w przekroju kształt ściętego stożka.

Korzystnie jest także, że nakrętka zawiera parzystą liczbę występów.

Niniejszy wynalazek stanowi udoskonalenie nakrętki, której dotyczy ten wynalazek. Uprzednio wymieniony patent Stanów Zjednoczonych nr 4295 761 zawiera część wystającą w główce nakrętki i we wgłębieniu zapewnionym przez tę część wystającą umieszczona jest wkładka i utrzymywana w nim przez sfałdowany występ części wystającej. Ten sposób sfałdowania części wystającej nakrętki uznany został za niezadowalający, ponieważ małe zmiany siły fałdującej powodują znaczne zmiany rozrywającego momentu obrotowego nakrętki napędowej. Nakrętka według niniejszego wynalazku jest odkuwana razem z integralną pionową częścią wystającą, która zawiera wgłębienie przystosowane do umieszczenia w nim wkładki. Gdy wkładka jest umieszczona we wgłębieniu część wystająca jest sfałdowana w celu utrzymywania wkładki w główce nakrętki. Sfałdowanie to jest uzyskiwane przez tłoczenie części wystającej za pomocą tłocznika mającego pewną liczbę korzystnie kwadratowych prętów. Pręty te tłoczą materiał (stal) części wystającej, pchając go na wkładkę, tworząc większą liczbę występów w celu utrzymywania wkładki w nakrętce. „Występy te są oddzielane w sfałdowanej części wystającej przez kolejne fragmenty pierwotnej części wystającej, które nie są sfałdowane w takim samym stopniu, jak „występy. Przykładowo sześć występów o szerokości 4 mm i wysokości 1,8 mm zapewnia rozrywający moment obrotowy 90Al10Nm podczas, gdy ta sama konfiguracja, lecz inna wysokość występów (uzyskana przez zapewnienie innego obciążenia w prasie montującej) wynosząca 1,5 mm pozwoli zapewnić rozrywający moment obrotowy 70A90 Nm, przy zastosowaniu stali o dużej wytrzymałości na rozciąganie. Dla człowieka mającego doświadczenie w tej dziedzinie oczywistym jest, że te same zakresy momentu obrotowego mogą być uzyskane za pomocą różnych kombinacji liczby, kształtu i wymiarów występów. Zakresy momentów obrotowych mogą być także ustalone za pomocą zmiany materiałów i grubości wkładki.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowe kształty zakończenia śruby, fig. 2 a, b - korzystną wkładkę według wynalazku w widoku z góry i w przekroju, wraz z wymiarami, fig. 3 a, b, c - korzystną nakrętkę w widoku z góry i w przekroju, przy czym jeden przekrój zawiera wymiary nakrętki przed umieszczeniem w niej wkładki, a drugi przekrój przedstawia zespół nakrętki z wkładką (nakrętkę napędową), fig. 4 - zespół nakrętki napędowej z fig. 3 umieszczony na końcu śruby, fig. 5 - cztery alternatywne przykłady wykonania wkładek według niniejszego wynalazku, fig. 5A - pięć dalszych alternatywnych przykładów wykonania wkładki według wynalazku, a fig. 6 - pewną liczbę alternatywnych przykładów wykonania nakrętek według wynalazku, najpierw bez, a następnie z wkładką.

Figura 1 przedstawia cztery typowe zakończenia śrub mocujących do skał. W części A zakończenie 1 śruby jest zasadniczo płaskie i prostopadłe do osi śruby. W części B zakończenie 2 śruby mocującej do skały jest wgniecione, przy czym wewnętrzna część jest zasadniczo płaska i prostopadła do osi śruby. W części C zakończenie 3 śruby jest zasadniczo płaskie, lecz pochylone względem osi śruby. W części D zakończenie śruby ma kształt nieregularny.

167 054

Korzystna wkładka 3 według niniejszego wynalazku jest przedstawiona na fig. 2 i zawiera pierścieniowe obwodowe obrzeże 4, wgłębioną cylindryczną część środkową 6 i część pochyłą 5. Typowe wymiary zostały podane na rysunku przekroju stanowiącego część fig. 2.

Nakrętka 7 (fig. 3) zawiera ścianki części wystającej 9 ograniczające wgłębienie, w którym umieszczona jest wkładka 3 oraz występy 8 odgięte od części wystającej 9 w celu utrzymania wkładki 3 w jej usytuowaniu we wgłębieniu. Zespół nakrętki 7 i wkładki 3 (nakrętka napędowa) przedstawiony w przekroju na fig. 3 jest pokazany na fig. 4 z nakrętką wkręconą na zakończenie śruby, a środkowa część 6 wkładki styka się z zakończeniem śruby, które jest takie, jak przedstawione z oznaczeniem 3 na fig. 1 część C. Różne przykłady wykonania wkładki 3 zostały przedstawione na fig. 5, gdzie część (I) przedstawia wkładkę mającą zasadniczo kształt litery V i posiadającą pierścieniowe obwodowe obrzeże 4¹ z wgłębioną środkową częścią 6¹. Część (II) przedstawia wkładkę 3 mającą pierścieniową obwodową brzegową część 4 z łukowatą środkową wgłębioną częścią 6. Część (III) przedstawia wkładkę 3 mającą pierścieniową obwodową brzegową część 4¹¹¹ z podwójnie łukowatą środkową częścią 6¹¹¹, a część (IV) przedstawia wkładkę 3 z pierścieniową obwodową częścią 4 i cylindryczną wgłębioną środkową częścią 6 ze schodkową integralną z nią częścią 11. Szereg dalszych wkładek pokazano na fig. 5A. Wkładki te różnią się od przedstawionych na fig. 5 tym, że środkowa część 6*-F6^lx jest trochę grubsza od odpowiadających środkowych części 4' do 4 wkładki z fig. 5. Należy zwrócić uwagę, że w każdej z wkładek z fig. 5A górna powierzchnia jest zasadniczo płaska, lecz środkowa część 6^V-F6'x rozciąga się pionowo poniżej płaszczyzny obwodowej brzegowej części każdej poszczególnej wkładki w podobny sposób względem środkowej części wkładek z fig. 5.

Figura 6 przedstawia szereg alternatywnych nakrętek, z których każda objęta jest zakresem niniejszego wynalazku. Ponadto dla każdej nakrętki (a) do (f) przedstawiono odpowiadający zespół nakrętki z wkładką. Nakrętka napędowa 6(a) (to jest zawierająca wkładki) jest ukształtowana opisanym powyżej korzystnym sposobem, w którym część wystająca 9 jest sfałdowana za pomocą kwadratowych prętów w celu utworzenia występów 8, które utrzymują wkładkę 3 w nakrętce 7. Nakrętki z fig. 6(b)—(f) są montowane różnymi sposobami, zasadniczo za pomocą formowania występów przez sfałdowanie wystającej części 9 przy użyciu matrycy w kształcie kopuły. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że nakrętki z fig. 6 stanowią jedynie przykłady. Można utworzyć wiele dalszych nakrętek napędowych przez połączenie dowolnej z wkładek z fig. 5 i fig. 5A z taką nakrętką, jak pokazano na fig. 3, z jej częścią wystającą sfałdowaną w dowolny odpowiedni sposób w celu utworzenia stosownego występu 8.

FIG. 3b

FlG.lc

FIG. 3 a.

V

CU|

25.3

FIG .2 ol

ν_β·*

S. .4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Nakrętka napędowa do śruby mocującej do skały zawierająca nakrętki i wkładkę, znamienna tym, że zawiera większą ilość występów utrzymujących wkładkę we wgłębieniu w główce nakrętki, przy czym występy są utworzone z części wystającej z główki nakrętki sfałdowanej w celu ograniczenia rozrywającego momentu obrotowego nakrętki napędowej do z góry określonego zakresu.
2. Nakrętka według zastrz. 1, znamienna tym, że występy są utworzone przez sfałdowanie części wystającej za pomocą tłocznika zawierającego większą ilość prętów.
3. Nakrętka według zastrz. 2, znamienna tym, że pręty mają kwadratowe przekroje.
4. Nakrętka według zastrz. 1, znamienna tym, że występy są utworzone przez sfałdowanie części wystającej za pomocą matrycy o kształcie kopuły.
5. Nakrętka według zastrz. 1, znamienna tym, że wkładka ma obwodowe obrzeże i część środkową przesuniętą względem płaszczyzny obrzeży tak, że pierwszy styk śruby, na którą wkręcana jest nakrętka, z wkładką ma miejsce w środkowej części wkładki.
6. Nakrętka według zastrz. 5, znamienna tym, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, przy czym środkowa część jest cylindryczna, a obrzeże i środkowa część są połączone za pomocą integralnej pochyłej części wkładki.
7. Nakrętka według zastrz. 5, znamienna tym, że wkładka ma zasadniczo w przekroju kształt litery V.
8. Nakrętka według zastrz. 5, znamienna tym, że wkładka jest w przekroju podwójnie łukowata.
9. Nakrętka według zastrz. 5, znamienna tym, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, zaś środkowa część jest cylidryczna, a obrzeże i środkowa część połączone są za pomocą integralnej pierścieniowej części wychodzącej schodkowo z obrzeża.
10. Nakrętka według zastrz. 1, znamienna tym, że wkładka ma obwodową część brzegową, płaską górną powierzchnię i środkową część o większej grubości od obwodowej części brzegowej tak, że pierwszy styk śruby, na którą wkręcona jest nakrętka, z wkładką ma miejsce na dolnej powierzchni środkowej części wkładki.
11. Nakrętka według zastrz. 10, znamienna tym, że obwodowe obrzeże wkładki jest pierścieniowe, a środkowa część jest cylindryczna.
12. Nakrętka według zastrz. 10, znamienna tym, że dolna powierzchnia wkładki ma w przekroju kształt litery V.
13. Nakrętka według zastrz. 10, znamienna tym, że dolna powierzchnia wkładki jest w przekroju łukowata.
14. Nakrętka według zastrz. 10, znamienna tym, że dolna powierzchnia wkładki jest w przekroju podwójnie łukowata.
15. Nakrętka według zastrz. 10, znamienna tym, że dolna powierzchnia wkładki ma w przekroju kształt ściętego stożka.
16. Nakrętka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera parzystą liczbę występów.