SU1723321A1 - Прогибомер дл измерени усилий в шахтной крепи - Google Patents

Abstract

Использование : измерение нагрузок на шахтную рамную крепь. Сущность изобретени  : прогибомер содержит основание с двум  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 перемещени . Вдоль основани  нанесена измерительна  шкала, симметрична  относительно начала отсчета . Начало отсчета помещено в центре основани . Опоры выполнены с заостренными пр молинейными и взаимно перпендикул рными кромками. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

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

Известно устройство дл  измерени  деформаций верхн ка, состо щее из капроновой нити, замерной линейки и двух магнитов с опорными стержн ми.

Недостатком такого устройства  вл етс  то. что капроновую нить при каждом замере необходимо закрепл ть в стенках выработки, причем создать необходимое нат жение при помощи двух магнитов с опорными стержн ми, что затруднительно. Данное устройство требует при каждом измерении определени  центра пролета выработки , куда устанавливают линейку. Контакт капроновой нити и линейки в момент замера влечет за собой возможное отклонение нити от первоначального положени . Все это снижает точность замеров и увеличивает их число. Так дл  определени  нагрузки на верхн к необходимо измерить рассто ние от опорной поверхности магнита до отверсти  в стержне, рассто ние от нити до нижней полки двутавра в середине пролета, пролет и полупролет выработки, рассто ние между центрами магнитов. Поэтому данным устройством производить измерени  в элементах рамной крепи особенно криволинейного очертани  затруднительно.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  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  вл етс  его конструктивна  сложность и громоздкость , невозможность производства замерз на любых участках рамы, особенно там, где проход т вентил ционные 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.

Сложна  механическа  св зь индикатора деформации часового типа, штока, измерительного стержн  и пружины снижает надежность и точность работы устройства, а непосредственное измерение радиальных смещений элемента крепи (лежн ) приводит к значительным относительным ошибкам при определении усилий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что прогибомер дл  измерени  усилий в шахтной крепи, включающем основание с двум  опорами на концах и измерительный стержень , снабжен отсчетным кольцом, установленным на основании с возможностью продольного перемещени , измерительный стержень выполнен калиброванной высоты и закреплен на отсчетном кольце перпендикул рно к основанию, а вдоль основани  нанесена измерительна  шкала, котора  выполнена симметричной относительно начала отсчета, расположенного в центре ос- ноеани , измерительный стержень выполнен сменным, отсчетное кольцо снабжено нониусом и фиксатором в виде зажимного винта, а опоры основани  выполнены с заостренными пр молинейными и взаим- но параллельными кромками.

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

Прогибомер дл  измерени  усилий в шахтной крепи состоит из основани  1 с двум  опорами 2 на концах и измерительного стержн  3, калиброванного по высоте и закрепленного на отсчетном кольце 4, которое размещено на основании 1 с возможностью продольного перемещени . Основание 1 снабжено измерительной шкалой 5, симметричной относительно начала отсчета , помещенного в центре основани  1,

Опоры 2 выполнены с заостренными пр молинейными 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 измер ют на участке элемента 7 между кромками 6 опор 2. Дл  этого отсчетное кольцо 4 вместе с измерительным стержнем 3 перемещают вдоль основани  1 от его центра вплоть до касани  поверхности элемента 7 рамной крепи. Затем зажимным винтом 9 фиксируют отсчетное кольцо 4 в данном положении. Сн в шахтный прогибомер с крепи по нониусу 8 и измерительной шкале 5 считывают показани , характеризующие смещение измерительного стержн  3 относительно центра основани  1. .По этим измерени м определ ют изгибающий момент, действующий в элементе 7 крепи на участке между опорами 2 основани  1, по формуле.

МНЕ I Г i .,2h --. 1

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

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

h - калиброванна  высота измерительного стержн  3, м;

а - половина рассто ни  между кромками б опоры 2, м;

в - смещение стержн  3 относительно центра основани  1, м;

RO . начальный радиус кривизны элемента 7, м.

Главной отличительной особенностью конструкции прогибомера  вл етс  наличие на отсчетном кольце 4 измерительного стержн  3 калиброванной высоты, при перемещении которого вдоль измерительной базы определ ют параметры изгиба элемента 7 путем измерени  смещени  в. Чтобы оценить ошибку такого измерени , достаточно продифференцировать исходное уравнение по в, что с учетом условий проведени  измерений a2; h2 « а2 дает

АМ8-± (4hEJ/a3) As(1)

Традиционные конструкции прогибоме- ров предусматривают пр мое измерение стрелы прогиба по направлению радиуса изгиба (радиальные смещени ), что дает ошибку определени  изгибающего момента , определ емую путем вычислени  производной от М по h при тех же геометрических соотношени х

л ЛпГ

в-« a2; hz« a2,

характеризующих услови  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: смещени  в при заданной калиброванной высоте h в предлагаемом устройстве или h при заданном смещении в, что характерно дл  известных устройств, получаем выигрыш в точности определени  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 определени  усилий при использовании предлагаемого прогибомера увеличиваетс  в Ј 5-10 раз.

Благодар  тому, что измерительный стержень 3 выполнен калиброванным по высоте достигаетс  точнее определение прогиба на измер емом его смещении в от центра основани  1. Это обеспечивают закреплением измерительного стержн  3 на отсчетном кольце 4 с нониусом и фиксатором в виде зажимного винта 9. Последний делает удобным сн тие отсчетов. То, что основание 1 снабжено измерительной шкалой 5, симметричной относительно начала отсчета , помещенного в центре основани  1, облегчает фиксацию смещени  в по обе стороны от центра основани  1, а это в конечг ном счете позвол ет исключить промахи в измерени х и увеличить точность определени  усилий в элементах 7 шахтной крепи. Выполнение измерительного стержн  3 сменным упрощает определение прогибов на элементах 7 шахтной крепи с различной кривизной и расшир ет область применени  прогибомера. Выполнение опор 2 основани  1 прогибомера с заостренными взаимно параллельными кромками 6 позвол ет четко фиксировать прогибомер на зле- менте крепи при повторных (периодических) измерени х, делает устройство устойчивым

и исключает случайные повороты вокруг оси основани  1,

Таким образом предлагаемый прогибомер дл  измерени  усилий в шахтной крепи

благодар  простоте его конструкции, резко повышенной точности замеров, а также удобства и доступности их выполнени  позволит производить массовые контрольные наблюдени  за эксплуатационным состо нием шахтной крепи в процессе ее сооружени  и взаимодействи  с окружающими породами. Это значительно повысит безопасность работ, улучшит услови  поддержани  им охраны горных выработок,

обеспечит возможность контрол  за качество работ и длительных наблюдений за про влени ми горного, давлени  в выработке. Ф о р м у л а и з о б р е те н и  

Claims (2)

1.Прогибомер дл  измерени  усилий в шахтной крепи, включающий основание с

двум  опорами на концах и измерительный стержень, о т ли чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, он снабжен отсчетным кольцом,, установленным на основании с возможностью продольного перемещени , измерительный стержень выполнен калиброванной высоты и закреплен на отсчетном кольце перпендикул рно к основанию, а вдоль основани 

нанесена измерительна  шкала.

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

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

PutJ

(Риг. 2