PL238173B1 - Blokada przesuwna złącza podatnego z kształtowników korytkowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest blokada przesuwna złącza podatnego z kształtowników korytkowych stosowana w górniczej obudowie odrzwiowej i stojakach podporowych w kopalniach węgla.

W dotychczasowej praktyce górniczej elementy kształtowników korytkowych w stojakach lub obudowie odrzwiowej łączy się ze sobą strzemionami na zakładkę w celu uzyskania upodatnienia. Pod wpływem obciążenia konstrukcji obudowy, odprężającym się górotworem, następuje zsuw w złączach elementów obudowy i wyrobisko ulega zaciskaniu zmniejszając swój przekrój poprzeczny. O momencie wystąpienia zsuwu w złączu decyduje jego nośność, która zależy od ilości zabudowanych strzemion, wielkości momentu dokręcenia nakrętek w strzemionach, typu strzemion oraz parametrów wytrzymałościowych strzemion. Niejednokrotnie przy maksymalnym wykorzystaniu wymienionych czynników nośność złącza jest nie wystarczająca, zwłaszcza przy stosowaniu kształtowników korytkowych, praktycznie o dwukrotnie wyższych parametrach wytrzymałościowych. W takich sytuacjach wykorzystanie kształtownika obudowy z materiałów o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych jest niewielkie.

Nowe znane rozwiązania strzemion górniczych powodują wzrost nośności złącza i zwiększenie podporności obudowy, jednakże z uwagi na skomplikowane i złożone konstrukcje, dokładności wykonania i koszty produkcji nie są stosowane na skalę przemysłową. Strzemiona takie znane są z polskich opisów patentowych PL 186208, 188815 oraz zgłoszenia patentowego P.400024.

W rozwiązaniach tych położono szczególny nacisk na zwiększenie sił tarcia pomiędzy jarzmem górnym i współpracującym z nim kształtownikiem. W tym celu jarzmo górne ma odpowiednio ukształtowane „gniazdo” w którym przesuwają się kołnierze kształtownika wewnętrznego wykonanego połączenia.

Według wynalazku przedstawionego w opisie patentowym nr 186208 gniazdo to stanowią klinowe powierzchnie o różnych kątach pochylenia, współpracujące z wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią grzbietu kształtownika na tym samym fragmencie kołnierza. W czasie dokręcania nakrętek w pierwszej kolejności kołnierze dopasowują się do gniazda jarzma, gdyż kształtowniki produkowane są ze znacznymi odchyłkami tolerancji. W następnej kolejności kształtownik jest wciskany klinowymi powierzchniami w gniazdo jarzma. Przez odpowiedni moment dokręcenia nakrętek następuje wgniot w kołnierze kształtownika na odpowiednią głębokość. Trwały wgniot w kołnierze powoduje w czasie zsuwu plastyczne ich odkształcanie, bądź skrawanie, co wyzwala dodatkowe siły oporu i wzrost nośności połączenia.

W wynalazku według patentu 188815 istota zwiększenia wytrzymałości złącza jest tożsama z wyżej opisanym rozwiązaniem podczas zsuwu statycznego. W przypadku wystąpienia gwałtownego zsuwu pod wpływem obciążeń dynamicznych, bezpieczniki utrzymujące ramiona jarzma w pozycji pionowej ulegają ścięciu, wskutek tego jarzmo górne wraz z jarzmem dolnym ulega kątowemu odchyleniu od pionu. Przez to wzrasta naciąg w śrubach, a w konsekwencji wymuszony większy wgniot w kołnierze kształtownika. Wzrost oporu odkształcenia plastycznego kołnierzy podczas tego zsuwu powoduje przyrost nośności dynamicznej złącza.

Powyższe rozwiązania bazują na wywarciu wgniotu jarzma w kołnierze poprzez ich zakleszczenie w gniazdach o mniejszych wymiarach od wymiarów grzbietu kształtownika podczas montażu strzemion. W czasie zsuwu powoduje to plastyczne ich odkształcanie (w niektórych przypadkach nawet skrawanie materiału kołnierza) i uzyskanie dodatkowej siły oporu pomiędzy jarzmem i przesuwanym w nim kształtowniku i w rezultacie wzrost nośności złącza.

Rozwiązania powyższe o złożonej konstrukcji i dużej tolerancji wykonania są kosztowne, wymagają precyzyjnej obróbki, a w przypadkach zastosowania twardych materiałów zjawisko plastycznego odkształcania kołnierzy momentem dokręcania śrub jest mało skuteczne.

W rozwiązaniu według zgłoszenia P.400024 jarzmo wykonane z okrągłego pręta z nagwintowanymi końcami posiada w narożach przetłoczenia uzyskane metodą obróbki plastycznej, w wyniku której jarzmo uzyskuje korzystny prostokątny przekrój poprzeczny i symetryczne występy wewnętrzne i/lub zewnętrzne usytuowane w osi pręta. Występy stykają się odpowiednio z wewnętrzną i/lub zewnętrzną powierzchnią kołnierzy kształtownika wewnętrznego w złączu. W czasie montażu strzemion z takim jarzmem, w miarę dokręcania nakrętek strzemienia, występy dociskane są do kołnierzy kształtownika, nie dopuszczają do odkształceń poprzecznych kołnierzy w czasie zsuwu przez co połączenie uzyskuje wysoką sztywność.

PL 238 173 B1

Konstrukcja takiego strzemienia poprawia charakterystykę pracy złącza, jednakże w przypadku odrzwi wykonanych z materiałów o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych nie wpływa znacząco na wzrost nośności złącza.

Znane również ze zgłoszenia P.290969 rozwiązanie polega na zabudowie poniżej złącza na kształtowniku zewnętrznym dodatkowego zacisku, którego celem jest zwiększenie nośności złącza i ograniczenie zsuwu poprzez wciskanie wzdłużnego klina pomiędzy obejmy zacisku za pomocą drugiego kształtownika wewnętrznego.

Podobne działanie jest ujawnione w zgłoszeniu P.219900, w którym klin zaczepiony o koniec jednego kształtownika jest wciągany podczas zsuwu pomiędzy dna współpracujących kształtowników wywołując dodatkowe siły tarcia.

Celem wynalazku jest opracowanie rozwiązania pozbawionego powyższych niedogodności i uzyskanie połączenia kształtowników odrzwi, w których zsuw zostaje uruchomiony przy znacznie wyższych obciążeniach obudowy, zwłaszcza wyprodukowanej z materiałów o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych.

Rozwiązanie według wynalazku eliminuje przedstawiony problem uzyskania wzrostu nośności złącza oraz podporności obudowy i jest pozbawione wymienionych niedogodności.

Idea rozwiązania polega na tym, że górne jarzmo wyposażone w zewnętrzne i/lub wewnętrzne występy współpracujące z powierzchniami bocznymi grzbietów kształtownika ma występy zewnętrzne prawe i/lub lewe usytuowane w pobliżu skrajnej dłuższej krawędzi płaskiego pręta i równolegle odsunięte od wspólnej osi jarzma i występów wewnętrznych na odległość wynoszącą połowę szerokości płaskiego pręta tak, aby wzajemnie się nie pokrywały. Występy o kształcie zbliżonym do ściętego ostrosłupa lub stożka mają takie wymiary, że wewnętrzna odległość pomiędzy zewnętrznymi występami, mierzona u podstawy płaskiego pręta jest równa lub minimalnie większa od szerokości zewnętrznej kształtownika, natomiast zewnętrzny rozstaw występów wewnętrznych mierzony u podstawy płaskiego pręta jest większy od szerokości wewnętrznej kształtownika o 1 % do 8% jej wartości.

W odmianie rozwiązania górne jarzmo wyposażone w zewnętrzne i/lub wewnętrzne występy współpracujące z powierzchniami bocznymi grzbietów kształtownika ma występy wewnętrzne prawe i/lub lewe usytuowane w pobliżu skrajnej dłuższej krawędzi płaskiego pręta i równolegle odsunięte od wspólnej osi jarzma i występów zewnętrznych na odległość wynoszącą połowę szerokości płaskiego pręta tak, aby wzajemnie się nie pokrywały. Występy o kształcie zbliżonym do ściętego ostrosłupa lub stożka mają takie wymiary, że zewnętrzna odległość pomiędzy wewnętrznymi występami, mierzona u podstawy płaskiego pręta jest równa lub minimalnie mniejsza od szerokości wewnętrznej kształtownika, natomiast wewnętrzny rozstaw występów zewnętrznych mierzony u podstawy płaskiego pręta jest mniejszy od szerokości zewnętrznej kształtownika o 1% do 8% jej wartości.

Obejma dolna wykonana jest z kształtownika typu J, a jej krawędzie boczne z osią podłużną tworzą kąt ostry, korzystnie 30°-45°.

W blokadzie z występami zewnętrznymi usytuowanymi w pobliżu skrajnych krawędzi jarzma powierzchnia boczna tego występu prostopadła do kształtownika jest styczna do śruby łączącej obejmę z jarzmem górnym.

W obu rozwiązaniach występy wewnętrzne mogą być połączone ze sobą żebrem.

Rozwiązanie według wynalazku cechuje się wieloma walorami techniczno-technologicznymi.

Podstawową zaletą jest bardzo skuteczne osadzenie górnego jarzma na grzbietach kształtownika, poprzez przyłożenie odpowiedniego momentu dokręcenia śrub, korzystnie o wartości momentu stosowanego w strzemionach w złączu. Dokręcanie jarzma powoduje, że prostoliniowe kołnierze kształtownika, w zależności od odmiany blokady i „zagłębiania się” występów, ulegają rozchylaniu i przyjmują na odcinku pomiędzy występami postać krzywizny skierowanej wypukłością do wewnątrz (występ zewnętrzny usytuowany w osi jarzma) lub na zewnątrz kształtownika (występ wewnętrzny usytuowany w osi jarzma). Podczas wystąpienia zsuwu w złączu jarzmo górne blokady zaciśnięte na kształtowniku poza złączem, ulega przemieszczeniu względem tego kształtownika. Przesunięcie tak zabudowanej blokady wymaga przyłożenia bardzo dużej siły „napierającym” drugim kształtownikiem w złączu na konstrukcję blokady. Wielkość tej wzdłużnej siły, której wartość jest funkcją momentu dokręcenia śrub blokady, decyduje o wzroście nośności złącza i podporności obudowy, zwłaszcza wykonanej z materiałów o wyższych parametrach wytrzymałościowych jak np. SW480 lub SW550.

W zależności od wielkości momentu dokręcenia nakrętek w blokadzie uzyskuje się różny przyrost nośności złącza. Blokada jest prosta w wykonaniu, łatwa w zabudowie podczas wznoszenia obudowy

PL 238 173 B1 lub możliwa do zabudowy na wcześniej zabudowanych stojakach lub odrzwiach wymagających podwyższenia podporności. Zaletą jest również jej zamontowanie stycznie do końców kształtownika złącza i uzyskania od razu wyższej podporności, lub montaż w korzystnej odległości od końca złącza zezwalający na typowy zsuw w złączu do czasu kontaktu blokady z drugim kształtownikiem w złączu. Konstrukcja według wynalazku może być zastosowana w zależności od potrzeb pod złączem, nad złączem pomiędzy strzemionami w złączu lub w układzie tych wariantów. Gwarantuje ona zachowanie zsuwu podczas pracy obudowy i stałej wartości nośności złącza i podporności obudowy na całym odcinku zsuwu. Stosowanie blokady eliminuje konieczność montażu trzeciego strzemiona w złączu, a efekt techniczny znacznie przekracza uzyskane nośności takiego połączenia. Osiągane efekty techniczne z zastosowania wynalazku pozwalają na dużo lepsze wykorzystanie parametrów wytrzymałościowych kształtownika, zabudowę odrzwi w większym rozstawie, a w konsekwencji oszczędności materiałowe, obniżenie pracochłonności i poprawę warunków bezpieczeństwa pracy.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu zilustrowano rysunkiem na którym fig. 1 przedstawia blokadę zabudowaną na kształtowniku wewnętrznym złącza, przylegającą do końca kształtownika zewnętrznego, w przekroju poprzecznym poprzez występ wewnętrzny usytuowany w osi jarzma, przy czym na lewym półprzekroju widnieje blokada przed dokręceniem nakrętek, a na prawym półprzekroju po zaciśnięciu blokady w profilu korytka wywołanym momentem dokręcenia nakrętek, natomiast na fig. 2 pokazano tę blokadę w widoku z boku.

Na fig. 3 przedstawiono odmianę blokady zabudowaną na kształtowniku zewnętrznym złącza, przylegającą do końca kształtownika wewnętrznego, w przekroju poprzecznym poprzez występ zewnętrzny usytuowany w osi jarzma, przy czym na lewym półprzekroju widnieje blokada przed dokręceniem nakrętek, a na prawym półprzekroju po zaciśnięciu blokady w profilu korytka wywołanym momentem dokręcenia nakrętek, natomiast na fig. 4 pokazano tę blokadę w widoku z boku.

Jak zilustrowano rysunkiem blokada złożona jest z górnego jarzma A, obejmy 6 dolnej połączonych ze sobą śrubami 5 i nakrętkami 7.

Górne jarzmo stanowi płaski pręt 1, korzystnie o prostokątnym przekroju poprzecznym, wyposażony w jedną parę występów wewnętrznych 4, usytuowanych w osi jarzma i jedną parę występów zewnętrznych 2 usytuowanych w pobliżu skrajnej wzdłużnej krawędzi jarzma. W przykładzie wykonania występy wewnętrzne na lewym półprzekroju są w kształcie zbliżonym do ściętego stożka, a na prawym półprzekroju w postaci ściętego ostrosłupa o podstawie prostokąta, połączonych z drugim występem żebrem 1b. Rozstaw pomiędzy osią występu wewnętrznego 4, a skrajną krawędzią występu zewnętrznego 2 wynosi maksymalnie połowę szerokości płaskiego pręta, co oznacza, że odcinki przylegania występów zewnętrznych 2 do zewnętrznej powierzchni grzbietu 3a kształtownika 3 oraz występów wewnętrznych 4 przylegających do wewnętrznej powierzchni grzbietów 3a nie zachodzą na siebie. Wymiary występów są tak ustalone dla każdego profilu kształtownika, że wewnętrzna odległość w pomiędzy zewnętrznymi występami 2, mierzona u podstawy płaskiego pręta 1 jest równa lub minimalnie większa od szerokości s zewnętrznej kształtownika 3. Z kolei zewnętrzny rozstaw występów wewnętrznych 4 mierzony u podstawy płaskiego pręta 1 wynosi 101-108% wewnętrznej szerokości kształtownika. W osi występów wewnętrznych oraz osi jarzma wykonano otwory dla śrub 5.

Szerokość występu zewnętrznego 2 jest taka, że jego powierzchnia boczna prostopadła do grzbietu kształtownika, jest styczna do śruby 5, natomiast powierzchnia wzdłuż grzbietów profilu poza miejscem kontaktu z grzbietem kształtownika ulega odchyleniu w kierunku osi jarzma. Umożliwia to powstanie krzywizny grzbietu kształtownika, skierowanej wypukłością na zewnątrz profilu kształtownika w kierunku śruby, pod wpływem oddziaływania występów wewnętrznych wciskanych w przekrój profilu.

Maksymalna wysokość występów zewnętrznych sięga do górnej powierzchni kołnierzy 6a obejmy 6, przy maksymalnym zaciśnięciu jarzma na kształtowniku 3, natomiast wysokość występów wewnętrznych wynosi 30 do 60% wysokości występów zewnętrznych. Pręt 1 płaski na powierzchni od strony łba śruby posiada przykładowe wybranie 1c zabezpieczające śrubę przed obrotem podczas dokręcania nakrętek i jej zakleszczania na profilu.

Obejma 6 wykonana jest z typowego profilu J stosowanego do wykonywania jarzm strzemion i jest zukosowana pod kątem 30-45°, co pozwala na bezkolizyjne ze strzemieniem 9 złącza napieranie drugiego kształtownika 8 złącza poprzez obejmę i śrubę na jarzmo górne w czasie zsuwu. Jarzmo górne może posiadać drugą parę występów zewnętrznych 2a - przedstawionych na fig. 2 linią przerywaną - usytuowaną w pobliżu drugiej dłuższej skrajnej krawędzi 1d płaskiego pręta 1.

W odmianie wynalazku zilustrowanej przedstawionej na fig. 3 i fig. 4, w przykładowym wykonaniu występ zewnętrzny 2 usytuowany jest w osi jarzma i płaskiego pręta 1, natomiast występy wewnętrzne

PL 238 173 B1 i/lub 4a w pobliżu skrajnej wzdłużnej krawędzi 1a, 1d pręta 1. W tym rozwiązaniu zewnętrzny rozstaw występów wewnętrznych 4 mierzony u podstawy płaskiego pręta 1 jest równy lub nieco mniejszy od wewnętrznej szerokości kształtownika. Natomiast występ zewnętrzny 2, jest tak wykonany, że wewnętrzna odległość w pomiędzy występami, mierzona u podstawy płaskiego pręta 1 jest mniejsza od szerokości s zewnętrznej kształtownika 3 i wynosi 99% do 92% jej wartości. W osi jarzma wykonano otwory dla śrub 5, które częściowo przechodzą przez bryłę występów zewnętrznych 2 i stanowią o jej zabezpieczeniu przed odchylaniem w czasie zsuwu.

Oba warianty jarzma blokady mogą być wykonane metodą obróbki mechanicznej i spawania, metodą obróbki plastycznej, a także metodą odlewniczą, co sprzyja produkcji na skale przemysłową.

Stosowanie wyrobu według wynalazku polega na tym, że po zabudowaniu odrzwi lub stojaków i tradycyjnego wykonania złączy 10, na grzbietach 3a profilu kształtownika 3 wewnętrznego dla ilustrowanego na fig. 1 przykładu, montuje się górne jarzmo A bezpośrednio w kontakcie z czołową powierzchnią kształtownika 8 zewnętrznego wykonanego złącza lub odsuwa od niej na ustaloną odległość. Następnie na śruby 5 zakłada się dolną obejmę 6, tak aby zukosowanie obejmy odchodziło od złącza i dokręca nakrętki 7, korzystnie takim samym momentem jaki zastosowano do dokręcania nakrętek 11 w strzemieniu 9 złącza 10. W przypadku wykorzystania jarzma A o jednej parze występów zewnętrznych, korzystnym jest zabudowanie jarzma stroną nie posiadającą występów w kierunku do złącza. W rozwiązaniu zastosowano ten sam rodzaj i wielkość gwintu śrub, co ułatwia montaż i dokręcanie nakrętek tym samym zakrętakiem. Pod wpływem obciążenia górotworu i przekroczenia nośności złącza następuje zsuw w obudowie, bądź stojaku i wówczas powierzchnia czołowa kształtownika 8 napiera na obejmę 6 i pośrednio na całą blokadę. Blokada stawia znaczący opór, przez co wzrasta nośność całego złącza, a kolejny przyrost obciążenia na obudowę spowoduje kolejny zsuw w odrzwiach. Dobór odpowiedniego momentu dokręcania nakrętek zezwala na kontrolowanie zsuwu odrzwi i upodatnienia obudowy.

W razie potrzeby można zabudować drugą blokadę, korzystnie według odmiany wynalazku nad złączem na kształtowniku zewnętrznym, co w znaczący sposób wpływa na podporność obudowy.

Oba warianty jarzma blokady mogą być stosowane indywidualnie, nad lub pod złączem odrzwi wykonanym przy użyciu dwóch strzemion.

Efekty eksploatacyjne i ekonomiczne są bardzo korzystne ze stosowania wynalazku, zwłaszcza w stojakach o dużej wysokości wykonanych z kształtownika typu V.

Claims (5)

1. Blokada przesuwna złącza podatnego z kształtowników korytkowych, złożona z obejmy dolnej i górnego jarzma wyposażonego w zewnętrzne i/lub wewnętrzne występy współpracujące z powierzchniami bocznymi grzbietów kształtownika, połączonych ze sobą śrubami, znamienna tym, że występy zewnętrzne prawe (2) i/lub lewe (2a) jarzma górnego (A) usytuowane są w pobliżu skrajnej dłuższej krawędzi (1a, 1d) płaskiego pręta (1) i równolegle odsunięte od wspólnej osi jarzma i występów wewnętrznych (4) na odległość (X) wynoszącą połowę szerokości pręta (1), przy czym występy (2 i 4) o kształcie zbliżonym do ściętego ostrosłupa lub stożka mają takie wymiary, że wewnętrzna odległość (w) pomiędzy zewnętrznymi występami (2), mierzona u podstawy płaskiego pręta (1) jest równa lub minimalnie większa od szerokości (s) zewnętrznej kształtownika (3), natomiast rozstaw występów wewnętrznych (4) mierzony u podstawy płaskiego pręta (1) jest większy od szerokości wewnętrznej kształtownika (3) o 1% do 8% jej wartości.

2. Blokada przesuwna złącza podatnego z kształtowników korytkowych, złożona z obejmy dolnej i górnego jarzma wyposażonego w wewnętrzne i/lub zewnętrzne występy współpracujące z powierzchniami bocznymi grzbietów kształtownika, połączonych ze sobą śrubami, znamienna tym, że występy wewnętrzne prawe (4) i/lub lewe (4a) jarzma górnego (A) usytuowane są w pobliżu skrajnej dłuższej krawędzi (1a, 1d) płaskiego pęta (1) i równolegle odsunięte od wspólnej osi jarzma i występów zewnętrznych (2) na odległość (X) wynoszącą połowę szerokości pręta (1), przy czym występy (2 i 4) o kształcie zbliżonym do ściętego ostrosłupa lub stożka mają takie wymiary, że zewnętrzna odległość pomiędzy wewnętrznymi występami (4), mierzona u podstawy płaskiego pręta (1) jest równa lub minimalnie mniejsza od szerokości wewnętrznej kształtownika (3), natomiast wewnętrzny rozstaw (W) występów zewnętrznych

PL238 173 Β1 (2) mierzony u podstawy płaskiego pręta (D jest mniejszy od szerokości (S) zewnętrznej kształtownika (3) o 1% do 8% jej wartości.

3. Blokada według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że obejma (6) dolna wykonana jest z kształtownika typu J, a jej krawędzie boczne z osią podłużną tworzą kąt ostry, korzystnie 30°-45°.

4. Blokada według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że występy wewnętrzne mogą być połączone ze sobą żebrem (1b).

5. Blokada według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia boczna występu zewnętrznego (2), prostopadła do kształtownika, jest styczna do śruby (5) łączącej obejmę (6) z jarzmem górnym (A).