RU2219343C1 - Профиль горячекатаный для крепи горных выработок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении выработок шахтной металлической крепью со спецпрофилем. Задачей изобретения является повышение несущей способности крепи и технологичности ее изготовления. Профиль крепи включает днище и симметрично сопряженные с ним наклонные боковые стенки криволинейной формы с фланцами на концах. В верхних частях фланцев выполнены впадины с криволинейными опорными поверхностями, в нижних частях выполнены выступы с криволинейными опорными поверхностями и примыкающие к ним нижние грани. Поперечное сечение днища выполнено переменной толщины, которая увеличивается от плоскости симметрии профиля к участкам сопряжения днища с наклонными боковыми стенками. Нижние грани фланцев сопряжены с криволинейными опорными поверхностями выступов и расположены под острым углом к горизонтальной плоскости. Приведены геометрические параметры элементов профиля. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к горному делу, в частности к фасонному специальному профилю, который может быть использован для изготовления шахтной металлической крепи горных выработок.

Специальный желобчатый металлический профиль чаще всего применяют для изготовления металлической многозвенной арочной, податливой крепи (в дальнейшем крепи), предназначенной для поддержания горных выработок с ожидаемым смещением пород кровли и, следовательно, осадкой арки крепи на 500-700 мм. Необходимая податливость упомянутой крепи обеспечивается узлами податливости, образованными путем соединения смежных звеньев крепи внахлестку и фиксации их в проектном положении с помощью замков. При этом замки затягивают усилием, при котором между соединенными внахлестку звеньями крени достигаются такие усилия трения, которые обеспечивают стабильность рабочего сопротивления крепи в пределах величины ее конструктивной податливости. Основными показателями профиля являются линейная масса (линейная плотность), несущая способность (прочность) и технологичность изготовления. Для достижения высоких значений упомянутых показателей решающими факторами являются оптимальные конфигурация и геометрические параметры поперечного сечения профиля. Несущая способность профиля характеризуется моментами инерции сечения Iх и Iу и моментами сопротивления сечения Wx и Wy (при изгибе) относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей Х-Х и У-У. Обеспечение минимальной линейной массы и высокой несущей способности является основной задачей создания оптимальных конфигурации и геометрических параметров поперечного сечения при разработке новых профилей для крепи горных выработок.

Известен профиль горячекатаный для крепи горных выработок (патент Германии №19513402, кл. E 21 D 11/24, опубл. 20.03.1997), включающий днище, симметрично сопряженные с ним наклонные боковые стенки криволинейной формы, снабженные на концах фланцами, на которых в верхних частях выполнены впадины с криволинейными опорными поверхностями, а в нижних частях выполнены выступы с криволинейными с заявляемым профилем, он был выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками известного профиля горячекатаного для крепи горных выработок являются несовершенство его конфигурации и геометрических параметров (днища, выступов, впадин и нижних граней), нерациональное распределение металла по сечению профиля и недостаточная площадь контакта сопрягаемых опорных поверхностей выступов и впадин фланцев профилей смежных звеньев в конструкции крепи, что снижает несущую способность, величину и стабилизацию податливости крепи, а также снижает технологичность изготовления как профиля, так и крепи в целом.

Задачей изобретения является в профиле горячекатаном для крепи горных выработок путем усовершенствования его конфигурации и геометрических параметров (днища, выступов, впадин и нижних граней фланцев), рационального распределения металла по сечению профиля и увеличения площади контакта опорных поверхностей сопрягаемых выступов и впадин фланцев профилей смежных звеньев в конструкции крепи обеспечить повышение несущей способности, величины и стабилизации податливости крепи, а также повышение технологичности изготовления как профиля, так и крепи в целом.

Поставленная задача решается тем, что в профиле горячекатаном для крепи горных выработок, включающем днище, симметрично сопряженные с ним наклонные боковые стенки криволинейной формы, снабженные на концах фланцами, на которых в верхних частях выполнены впадины с криволинейными опорными поверхностями, а в нижних частях выполнены выступы с криволинейными опорными поверхностями и примыкающие к ним нижние грани, согласно изобретению поперечное сечение днища выполнено переменной толщины, которая увеличивается от плоскости симметрии профиля к участкам сопряжения днища с наклонными боковыми стенками, а нижние грани фланцев сопряжены с криволинейными опорными поверхностями выступов и расположены под острым углом к горизонтальной плоскости.

Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности и решения поставленной технической задачи, а каждый в отдельности необходим для идентификации и отличия заявленного профиля горячекатаного для крепи горных выработок от известных в технике аналогичных технических решений.

Таким образом, приведенная новая совокупность общих (известных) и отличных (новых) от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется новый профиль горячекатаный для крепи горных выработок, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную техническую задачу.

Причинно-следственная связь между новой совокупностью существенных признаков изобретения, в том числе отличных (новых) признаков при их взаимодействии с известными (общими) признаками, в обеспечении новых технических свойств объекта изобретения, обусловленных решаемой технической задачей, заключается в следующем.

Так, выполнение днища переменной толщины, которая увеличивается от минимального значения в плоскости симметрии профиля до максимального значения в местах его сопряжения с боковыми стенками, обеспечивает более совершенную конфигурацию и геометрические параметры днища за счет рационального перераспределения металла из средней зоны к местам его сопряжения с боковыми стенками. Упомянутое перераспределение металла по сечению днища профиля выполнено без увеличения его площади. Это обеспечивает повышение прочности днища в местах его сопряжения с боковыми стенками, то есть в местах наибольшей концентрации напряжений профиля при работе его в конструкции крепи. При работе такого профиля в конструкции крепи в податливом режиме, при изгибе узлов ее податливости под действием высоких нагрузок не происходит проваливание верхняка в стойку на ее конце. В результате этого обеспечивается повышение несущей способности как профиля, так и крепи в целом.

Расположение нижних граней фланцев под острым углом к горизонтальной плоскости и их сопряжение с криволинейными поверхностями выступов по касательным обеспечивает дополнительный контакт части нижних граней с опорными поверхностями впадин профилей смежных звеньев крепи в узлах ее податливости. Это обеспечивает дополнительное участие части нижних граней фланцев профиля в работе сил трения в узлах податливости крепи, что позволяет повысить величину и стабильность рабочего сопротивления крепи, а также пределы ее конструктивной податливости. При этом сопряжение (по касательным) нижних граней с криволинейными поверхностями выступов фланцев повышает технологичность выполнения такого сопряжения в калибрах валков прокатного стана при горячей прокатке этого профиля.

Кроме того, профиль горячекатаный для крепи горных выработок имеет и другие отличные от прототипа признаки, которые развивают, дополняют и характеризуют изобретение в отдельных вариантах его выполнения и используются в зависимости от конкретных условий его изготовления и эксплуатации.

Так, в профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению ширина профиля составляет 1,24 - 1,30 высоты профиля.

Такое соотношение ширины и высоты профиля в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как повышает момент инерции сечения Iу и момент сопротивления сечения Wy относительно вертикальной нейтральной оси У-У профиля без существенного изменения его массы.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к увеличению склонности профиля к кручению, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению толщина днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками составляет 0,14-0,18 высоты профиля.

Такое соотношение толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками и высоты профиля определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как снижает концентрацию напряжений и увеличивает сопротивляемость отрыву днища от боковых стенок в узлах податливости крепи в процессе эксплуатации.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к снижению прочности, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению толщина днища в плоскости симметрии профиля составляет 0,67-0,69 толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками.

Такое соотношение толщины днища в плоскости симметрии профиля и толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Такое соотношение обеспечивает рациональное распределение металла в средней части днища и наилучшее сочетание моментов инерции сечения Iх и Iу и моментов сопротивления сечения Wx и Wy относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей Х-Х и У-У.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к снижению прочностных характеристик сечения, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению ширина днища составляет 2,8-3,0 толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками.

Такое соотношение ширины днища и толщины днища на участках его сопряжения с боковыми стенками в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как повышает момент инерции сечения Iу и момент сопротивления сечения Wy относительно вертикальной нейтральной оси У-У профиля без существенного изменения ее массы.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к увеличению склонности профиля к кручению, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению внутренняя поверхность днища выполнена криволинейной и вогнутой, причем радиус кривизны внутренней поверхности днища составляет 0,92-0,95 высоты профиля.

Выполнение внутренней поверхности днища криволинейной и вогнутой с указанным соотношением радиуса кривизны и высоты профиля выбрано экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Такое соотношение обеспечивает плавное и рациональное перераспределение металла из средней части днища к участкам его сопряжения с боковыми стенками. Это обеспечивает наилучшее сочетание моментов инерции сечения Iх и Iу и моментов сопротивления сечения Wx и Wy относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей Х-Х и У-У.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля, а больше верхнего предела приводит к снижению прочностных характеристик профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению наружная поверхность днища выполнена криволинейной и вогнутой в средней части, причем радиус кривизны наружной поверхности днища составляет 0,30-0,34 высоты профиля.

Выполнение наружной поверхности днища криволинейной и вогнутой в средней части с указанным соотношением радиуса кривизны и высоты профиля выбрано экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Такое соотношение обеспечивает плавное и рациональное перераспределение металла из средней части днища к участкам его сопряжения с боковыми стенками. Это обеспечивает наилучшее сочетание моментов инерции сечения Iх и Iу и моментов сопротивления сечения Wx и Wy относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей Х-Х и У-У.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля, а больше верхнего предела приводит к снижению прочностных характеристик профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению глубина вогнутости наружной криволинейной поверхности днища составляет 0,026-0,030 высоты профиля.

Выполнение глубины вогнутости наружной криволинейной поверхности днища в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как обеспечивает наилучшее сочетание весовых и прочностных характеристик днища и профиля.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к неоправданному увеличению массы профиля, а больше верхнего предела приводит к снижению прочностных характеристик профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению высота фланцев составляет 0,21 - 0,22 высоты профиля,

Выполнение высоты фланцев в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как обеспечивает наилучшее сочетание весовых и прочностных характеристик фланцев и профиля.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к снижению прочностных характеристик фланцев и профиля, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы фланцев и профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению глубина впадин фланцев составляет 0,17-0,19 высоты фланцев.

Выполнение глубины впадин фланцев в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как обеспечивает надежное зацепление и фиксацию относительно оси Х-Х выступов фланцев наружного профиля во впадинах фланцев нижнего профиля в узлах податливости крепи.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к снижению надежности зацепления выступов и впадин упомянутых фланцев профилей, а больше верхнего предела приводит к снижению прочностных характеристик фланцев и профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению горизонтальная проекция ширины фланцев составляет 0,20-0,22 высоты профиля.

Выполнение горизонтальной проекции ширины фланцев в указанном диапазоне значений определено экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля, так как обеспечивает наилучшее сочетание весовых и прочностных характеристик фланцев и профиля.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела приводит к снижению прочностных характеристик фланцев и профиля, а больше верхнего предела приводит к неоправданному увеличению массы фланцев и профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению радиусы кривизны опорных поверхностей выступов фланцев составляют 0,34-0,40 горизонтальной проекции ширины фланцев.

Выбор соотношения радиусов кривизны опорных поверхностей выступов фланцев и горизонтальной проекции фланцев в указанном диапазоне значений определен экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. При этом соотношении повышается технологичность изготовления их в калибрах валков прокатного стана при горячей прокатке, улучшается зацепление их с впадинами сопряженного профиля в узлах податливости крепи и фиксация их относительно оси Х-Х. Кроме того, обеспечивается наилучшее сочетание весовых и прочностных характеристик фланцев и профиля.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела снижает технологичность их изготовления при горячей прокатке, ухудшает зацепление их с впадинами сопряженного профиля в узлах податливости крепи, не обеспечивает фиксацию их по оси Х-Х и снижает прочностные характеристики фланцев и профиля.

Экспериментально также установлено, что выбор этого соотношения больше верхнего предела неоправданно увеличивает массу фланцев и профиля.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению радиусы кривизны опорных поверхностей впадин фланцев составляют 0,96-0,98 радиусов кривизны опорных поверхностей выступов фланцев.

Выбор соотношения радиусов кривизны опорных поверхностей впадин фланцев и радиусов кривизны опорных поверхностей выступов фланцев в указанном диапазоне значений определен экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Такое соотношение обеспечивает надежное зацепление выступов и впадин сопряженных профилей в узлах податливости крепи и надежную фиксацию их по оси Х-Х. При затяжке замков узлов податливости крепи это соотношение обеспечивает также плотную посадку выступов во впадинах, увеличивает площадь сопряжения их криволинейных опорных поверхностей, увеличивает силы трения в узлах податливости крепи, что повышает величину податливости и стабильность рабочего сопротивления крепи.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела чрезмерно уменьшает ширину впадин, что препятствует проникновению выступов во впадины при затяжке замков в узлах податливости, ухудшает зацепление в узлах податливости сопряженных профилей крепи и не обеспечивает фиксацию их по оси Х-Х.

Экспериментально также установлено, что выбор этого соотношения больше верхнего предела чрезмерно увеличивает ширину впадин, что при затяжке замков в узлах податливости и деформации кромок впадин приводит к образованию бокового зазора (люфта) между криволинейными опорными поверхностями выступов и впадин фланцев. В результате это приводит к ухудшению зацепления сопряженных профилей в узлах податливости крепи и не обеспечивает надежную фиксацию их по оси Х-Х.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению расстояние между продольными вертикальными плоскостями, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей впадин фланцев, составляет 1,012 - 1,018 расстояния между продольными вертикальными плоскостями, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей выступов фланцев.

Выбор соотношения расстояний между продольными вертикальными плоскостями, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей впадин и выступов фланцев, в указанном диапазоне значений определен экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Выбранное соотношение обеспечивает упругий натяг между выступами внутреннего профиля и впадинами наружного профиля в узлах податливости крепи, что создает дополнительные силы трения между их криволинейными опорными поверхностями и позволяет увеличить величину и стабильность рабочего сопротивления крепи.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения меньше нижнего предела уменьшает величину упругого натяга между выступами внутреннего профиля и впадинами наружного профиля в узлах податливости крепи, уменьшает силы трения между их криволинейными опорными поверхностями и снижает величину и стабильность рабочею сопротивления крепи.

Экспериментально установлено, что выбор этого соотношения больше верхнего предела уменьшает податливость крепи, которая становится чрезмерно жесткой.

В профиле горячекатаном для крепи горных выработок согласно изобретению нижние грани фланцев расположены под углом 42 - 47° к горизонтальной плоскости.

Выбор угла расположения нижних граней фланцев к горизонтальной плоскости в указанном диапазоне значений определен экспериментальным путем и является оптимальным для этого профиля. Такое угловое расположение нижних граней фланцев обеспечивает плавное их сопряжение по касательным с криволинейными опорными поверхностями выступов и создает дополнительный контакт части нижних граней с опорными поверхностями впадин профилей смежных звеньев крепи в узлах податливости. В результате, обеспечивается дополнительное участие части нижних граней фланцев в работе сил трения в узлах податливости крепи, что позволяет повысить величину и стабильность рабочего сопротивления крепи и расширить пределы ее конструктивной податливости. Кроме того, расположение нижних граней под таким углом обеспечивает надежное зацепление выступов и впадин сопряженных профилей в узлах податливости крепи и надежную фиксацию их по оси Х-Х.

Экспериментально установлено, что выбор этого угла меньше нижнего или больше верхнего предела значений не целесообразен, так как при этом уменьшается площадь дополнительного контакта нижних граней с криволинейными опорными поверхностями впадин, что снижает силы трения в узлах податливости крепи. Кроме того, при этом не обеспечивается надежное зацепление выступов и впадин профилей в узлах податливости крепи.

В результате это приводит к снижению величины и стабильности рабочего сопротивления крепи и к снижению надежности фиксации профилей в узлах податливости крепи по оси Х-Х.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображен заявляемый профиль горячекатаный для крепи горных выработок.

На фиг.2 изображен выносной элемент I на фиг.1.

На фиг.3 изображен выносной элемент II на фиг.1.

Профиль горячекатаный для крепи горных выработок включает (фиг.1-3) днище 1, симметрично сопряженные с ним наклонные боковые стенки 2 криволинейной формы, снабженные на концах фланцами 3. На фланцах 3 в верхних частях выполнены впадины 4 с криволинейными опорными поверхностями, а в нижних частях выполнены выступы 5 с криволинейными опорными поверхностями и примыкающие к ним нижние грани 6. Поперечное сечение днища 1 выполнено переменной толщины, которая увеличивается от плоскости симметрии профиля к участкам сопряжения днища 1 с наклонными боковыми стенками 2. Нижние грани 6 фланцев 3 сопряжены с криволинейными опорными поверхностями выступов 5 и расположены под острым углом “α” (фиг.1, 3) к горизонтальной плоскости N.

Боковые грани 7 фланцев 3 расположены параллельно нижним частям наклонных боковых стенок 2 и сопряжены радиусами с криволинейными опорными поверхностями впадин 4 и нижними гранями фланцев 3.

Днище 1 сопряжено с наклонными боковыми стенками 2 наружными и внутренними радиусами.

Ширина В профиля (фиг.1) составляет 1,24 - 1,30 высоты Н профиля.

Толщина D днища 1 (фиг.2) на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками 2 составляет 0,14-0,18 высоты Н профиля.

Толщина d днища 1 (фиг.1) в плоскости У-У симметрии профиля составляет 0,67-0,69 толщины D днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками 2.

Ширина b днища 1 (фиг.1) составляет 2,8-3,0 толщины D днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками 2.

Внутренняя поверхность днища 1 (фиг.2) выполнена криволинейной и вогнутой, причем радиус R₁ кривизны внутренней поверхности днища 1 составляет 0,92-0,95 высоты Н профиля.

Наружная поверхность днища 1 (фиг.2) выполнена криволинейной и вогнутой в средней части, причем радиус R₂ кривизны наружной поверхности днища 1 составляет 0,30-0,34 высоты Н профиля.

Глубина s вогнутости наружной криволинейной поверхности днища 1 (фиг.2) составляет 0,026-0,030 высоты Н профиля.

Высота h_фл фланцев 3 (фиг.3) составляет 0,21-0,22 высоты Н профиля.

Глубина t впадин 4 фланцев 3 (фиг.3) составляет 0,17-0,19 высоты h_фл фланцев 3.

Горизонтальная проекция b_фл ширины фланцев 3 (фиг.3) составляет 0,20-0,22 высоты Н профиля.

Радиусы К₃ кривизны опорных поверхностей выступов 5 фланцев 3 (фиг.3) составляют 0,34-0,40 горизонтальной проекции b_фл ширины фланцев 3.

Радиусы R₄ кривизны опорных поверхностей впадин 4 фланцев 5 (фиг.3) составляют 0,96-0,98 радиусов R₃ кривизны опорных поверхностей выступов 5 фланцев 3.

Расстояние b₁ между продольными вертикальными плоскостями М, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей впадин 4 фланцев 3 (фиг.1), составляет 1,012-1,018 расстояния b₂ между продольными вертикальными плоскостями К, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей выступов 5 фланцев 3.

Нижние грани 6 фланцев 3 расположены под углом α=42-47° к горизонтальной плоскости N.

Профиль изготавливают из углеродистой стали, например, марки Ст. 5 пс и Ст. 5 сп.

Заявляемый профиль горячекатаный для крепи горных выработок чаще всего работает в конструкции металлической многозвенной арочной, податливой крени, предназначенной для поддержания горных выработок с ожидаемым смещением пород кровли и, следовательно, осадкой арки крепи на 500-700 мм.

Необходимая податливость упомянутой крепи при работе обеспечивается узлами податливости, образованными путем соединения концевых частей профилей смежных звеньев (например, арки и стоек) крепи внахлестку и фиксации их в проектном положении с помощью замков.

При этом замки затягивают усилием, при котором между соединенными внахлестку звеньями крепи достигаются такие усилия трения, которые обеспечивают необходимое рабочее сопротивление крепи в податливом режиме в пределах величины ее конструктивной податливости.

При соединении концевых частей профилей смежных звеньев крепи внахлестку выступы внутреннего профиля входят во впадины наружного профиля.

При этом обеспечивается упругий натяг между выступами 5 внутреннего профиля и впадинами 4 наружного профиля в узлах податливости крепи, что создает дополнительные силы трения между их криволинейными опорными поверхностями и позволяет увеличить величину и стабильность рабочего сопротивления крепи.

Это достигается за счет того, что расстояние b₁ между продольными вертикальными плоскостями М, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей впадин 4 фланцев 3, больше расстояния b₂ между продольными вертикальными плоскостями К, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей выступов 5 фланцев 3.

При затяжке замков узлов податливости крепи обеспечивается также плотная посадка выступов 5 фланцев 3 внутреннего профиля во впадинах 4 фланцев 3 наружного профиля, за счет чего увеличивается площадь сопряжения их криволинейных опорных поверхностей, увеличиваются силы трения в узлах податливости крепи, что увеличивает надежность их зацепления и повышает величину податливости и стабильность рабочего сопротивления крепи.

Достигается это тем, что радиусы R₄ кривизны опорных поверхностей впадин 4 фланцев 3 меньше радиусов R₃ кривизны опорных поверхностей выступов 5 фланцев 3.

При работе такого профиля в конструкции крепи в податливом режиме, при изгибе узлов ее податливости под действием высоких нагрузок не происходит разрыв внутреннего профиля и проваливание верхняка в стойку на ее конце благодаря усилению участков сопряжения днища 1 с боковыми стенками 2.

Это достигается тем, что днище 1 выполнено переменной толщины, которая увеличивается от минимального значения d в плоскости У-У симметрии профиля до максимального значения D в местах его сопряжения с боковыми стенками 2.

Усовершенствованная конфигурация и геометрические параметры днища 1 за счет рационального перераспределения металла из средней зоны к местам его сопряжения с боковыми стенками 2 обеспечивают повышение прочности днища 1 в местах его сопряжения с боковыми стенками 2, то есть в местах наибольшей концентрации напряжений профиля при работе его в конструкции крепи.

Следует отметить, что упомянутое перераспределение металла по сечению днища 1 профиля выполнено без увеличения его площади.

Таким образом, в заявляемом профиле горячекатаном для крепи горных выработок за счет усовершенствования его конфигурации и геометрических параметров (днища, выступов, впадин и нижних граней фланцев), рационального распределения металла по сечению профиля и увеличения площади контакта опорных поверхностей сопрягаемых выступов и впадин фланцев профилей смежных звеньев в конструкции крепи обеспечивается повышение несущей способности, величины и стабилизации податливости крепи, а также повышение технологичности изготовления как профиля, так и крепи в целом.

Пример конкретного выполнения профиля горячекатаного для крепи горных выработок. Погонная масса профиля 21,0 кг/м. Высота профиля H=115 мм. Ширина профиля В=150 мм. Толщина днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками D=17,6 мм. Толщина днища в плоскости У-У симметрии профиля 12 мм. Ширина днища b=52 мм. Радиус кривизны внутренней поверхности днища R₁=108 мм. Радиус кривизны наружной поверхности днища R₂=35,5 мм. Глубина вогнутости наружной криволинейной поверхности днища S=3,2 мм. Высота фланцев h_фл=24 мм. Глубина впадин фланцев t=4,3 мм. Горизонтальная проекция фланцев b_фл=22,85 мм. Радиус кривизны опорных поверхностей выступов фланцев R₃=9,4 мм. Радиус кривизны опорных поверхностей впадин фланцев R₄=9,0 мм. Расстояние между продольными вертикальными плоскостями М, проходящими через вершины опорных поверхностей впадин фланцев b₁=l17 мм. Расстояние между продольными вертикальными плоскостями К, проходящими через вершины опорных поверхностей выступов фланцев b₂=115 мм. Угол наклона нижних граней фланцев к горизонтальной плоскости N α-45°. Моменты инерции сечения Iх=442,2 см³, Iу=508,9 см³. Моменты сопротивления сечения (изгибу) Wx min=74,2 см³, Wx пл.=101,4 см³, Wy=68,2 cм³.

Предлагаемый профиль горячекатаный для крепи горных выработок технологичен, так как его конфигурация и геометрические параметры могут быть обеспечены в калибрах валков прокатного стана при горячей прокатке.

Такой профиль может быть изготовлен промышленным способом на любом металлургическом предприятии по изготовлению шахтных специальных профилей.

Claims (15)

1. Профиль горячекатаный для крепи горных выработок, включающий днище, симметрично сопряженные с ним наклонные боковые стенки криволинейной формы, снабженные на концах фланцами, на которых в верхних частях выполнены впадины с криволинейными опорными поверхностями, а в нижних частях выполнены выступы с криволинейными опорными поверхностями и примыкающие к ним нижние грани, отличающийся тем, что поперечное сечение днища выполнено переменной толщины, которая увеличивается от плоскости симметрии профиля к участкам сопряжения днища с наклонными боковыми стенками, а нижние грани фланцев сопряжены с криволинейными опорными поверхностями выступов и расположены под острым углом к горизонтальной плоскости.

2. Профиль по п.1, отличающийся тем, что ширина профиля составляет 1,24-1,30 высоты профиля.

3. Профиль по п.1, отличающийся тем, что толщина днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками составляет 0,14-0,18 высоты профиля.

4. Профиль по п.1 или 3, отличающийся тем, что толщина днища в плоскости симметрии профиля составляет 0,67-0,69 толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками.

5. Профиль по п.1 или 3, отличающийся тем, что ширина днища составляет 2,8-3,0 толщины днища на участках его сопряжения с наклонными боковыми стенками.

6. Профиль по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность днища выполнена криволинейной и вогнутой, причем радиус кривизны внутренней поверхности днища составляет 0,92-0,95 высоты профиля.

7. Профиль по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность днища выполнена криволинейной и вогнутой в средней части, причем радиус кривизны наружной поверхности днища составляет 0,30-0,34 высоты профиля.

8. Профиль по п.1 или 7, отличающийся тем, что глубина вогнутости наружной криволинейной поверхности днища составляет 0,026-0,030 высоты профиля.

9. Профиль по п.1, отличающийся тем, что высота фланцев составляет 0,21-0,22 высоты профиля.

10. Профиль по п.1 или 9, отличающийся тем, что глубина впадин фланцев составляет 0,17-0,19 высоты фланцев.

11. Профиль по п.1, отличающийся тем, что горизонтальная проекция ширины фланцев составляет 0,20-0,22 высоты профиля.

12. Профиль по п.1 или 11, отличающийся тем, что радиусы кривизны опорных поверхностей выступов фланцев составляют 0,34-0,40 горизонтальной проекции ширины фланцев.

13. Профиль по п.1 или 12, отличающийся тем, что радиусы кривизны опорных поверхностей впадин фланцев составляют 0,96-0,98 радиусов кривизны опорных поверхностей выступов фланцев.

14. Профиль по любому из п.1, 12 или 13, отличающийся тем, что расстояние между продольными вертикальными плоскостями, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей впадин фланцев, составляет 1,012-1,018 расстояния между продольными вертикальными плоскостями, проходящими через вершины криволинейных опорных поверхностей выступов фланцев.

15. Профиль по п.1, отличающийся тем, что нижние грани фланцев расположены под углом 42-47° к горизонтальной плоскости.

Images