SU1726776A1 - Податливое соединение крепи - Google Patents

Description

пов, встречно направленных под острым углом относительно продольных осей соедин емых спецпрофилей, причем выступы выполнены на контактных поверхност х последних на одинаковом рассто нии друг от друга с возможностью образовани  замкового соединени , имеющего угол зацеплени  0 parccigf(p- угол зацеплени , град., f - коэффициент трени  металла по металлу).

На фиг.1 показано податливое соединение , общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - контактные поверхности профилей; на фиг.4 - схема распределени  действующих в соединении сил; на фиг.5 - схема определени  величины силы упругости .

Податливое соединение крепи горных выработок состоит из элементов желобчатого профил  наружного 1 и внутреннего 2, на контактируемых поверхност х которых под углом а к их продольной оси выполнены на одинаковом рассто нии с углом зацеплени  рполуцилиндрические выступы 3 и 4 с ориентацией контактируемых поверхностей соот- ветственно выступы против впадин, ст нутых между собой при необходимости хомутами 5 (фиг. 1,2,3).

Работа устройства заключаетс  в использовании силы упругости материала профилей 1 и 2 и дополнительной прижимающей силы, возникающих в процессе зацеплени  и совмещени  выступов 3 и 4 под воздействием сдвигающей силы на элементы 1 и 2 крепи и стрем щихс  расклинить их, вызыва  при этом увеличение прижимающей силы, т.е. повышение сопротивлени  податливости соединени .

Необходимость выполнени  услови  податливого режима работы в пределах величины упругости материала профилей 1 и 2 обеспечиваетс  возможностью проскальзывани  выступов 3 и 4 относительно друг друга при их взаимодействии, т.е. наличи  приемлемых углов зацеплени  р, которые, исход  из теории трени , должны быть меньше агсе19Т где f-коэффициент трени  взаимодействующих материалов. Так как вли ние угла р про вл етс  только при наличии зацеплени  выступов по направлению действи  сдвигающей нагрузки, т.е. при , то возникающа  при этом лини  зацеплени  должна иметь угол встречи выступов 3 и 4, именуемый в данном случае углом наклона выступов а по отношению к продольной оси профил .

При действии на профили 1 и 2 сдвигающей силы N (фиг.4) происходит зацепление выступов 3 и 4, вызывающее ее

перераспределение на нормальную Nsin а и касательную N cos а составл ющие. Последн   фактически и  вл етс  дополнительной прижимающей силой. В том случае,

когда выступы 3 и 4 выполнены под тупым углом а , касательна  составл юща  стремитс  разъединить профили 1 и 2, вызыва  при этом увеличение силы нат жени  Р хомутов 5, что чревато их разрывом или срывом нат жной гайки. В случае выполнени  выступов 3 и 4 под острым углом а касательна  составл юща  направлена на прижатие профилей 1 и 2 друг к другу, т.е. происходит самозат жка профилей 1 и 2.

Самоформирование прижимающих усилий достигаетс  за счет наличи  некоторой степени свободы продольного смещени  выступов 3 и 4 относительно друг друга и обеспечиваетс  при а arcctg f (приложение

сдвигающей нагрузки вне радиуса угла трени ). Поэтому вли ние угла а сказываетс  в пропорциональности распределени  величины касательной и нормальной составл ющей сдвигающей силы N (фиг.4) и

соответственно вли ет на величину силы сопротивлени  податливости. Следовательно, формированием величины силы прижати  профилей 1 и 2 силой нат жени  Р хомутов 5, в принципе, можно отказатьс . В том и

другом случа х нормальна  составл юща  силы N стремитс  срезать выступы 3 и 4 (фиг.4).

Очевидно, что режим работы зависит от величины угла зацеплени  р; выступов 3 и

4 и коэффициента трени  f между взаимодействующими материалами и определ етс  при р arcctg f (жесткий режим работы соединени  и приу arcctg f (податливый). В жестком режиме работы величина со

противлени  соединени  определ етс 

прочностью выступов 3 и 4 на срез.

Решение задачи равномерного распределени  нагрузки по всей контактируемой поверхности и необходимости реализации

некоторой степени свободы, а также достижени  максимальной прочности выступов 3 и 4 достигаетс  за счет полуцилиндрической их формы, что позвол ет достичь сочетани  режима плавного равномерного скольжени  и зацеплени . Особенность процесса в том, что это достигаетс  при любых N в зоне максимальных концентраций напр жений (максимальные значени  которых приход тс  на верхушку выступов 3 и 4), по достижении которой скольжение осуществл етс  с обратным знаком.

В случае угольчатой формы при изменении N, еще не достига  зоны максимальных

концентраций, происходит срез выступающей части выступов.

В случа х наличи  площадок исчезает вли ние а и следует мгновенное сн тие напр жений за счет выдавливани  профи- лей (реакци  Ру). Эта форма в максимальной степени удовлетвор ет требованию долгог вечности и прочности (при действующих в соединении нагрузок), достигающих предела текучести используемых в насто щее врем  материалов и условию приемлемости угла зацеплени  р.

В податливом режиме работы сила sin а способствует прижатию элементов 1 и 2 и перераспредел етс  на силу Nsin a siny среза и силу Nsina - силу упругого деформировани  Ру (фиг.4).

Взаимосв зь углов (f и а в выражени х Nsina sin ,Nsina отражает наличие посто нства величины нормальной состав- л ющей N sin а при изменении угла р в процессе взаимодействи  выступов 3 и 4 полуцилиндрической формы.

Дл  определени  взаимосв зи параметров и величины сопротивлени  податливости соединени  произведен аналитический расчет.

Исход  из теории расчета упругих балок и плит определ ем величину Ру

р fmax Е о(л

()

где fmax - максимальный вертикальный прогиб в точке, наиболее удаленной от центра основани  профил  (точки защемлени , фиг.5);

Е - модуль упругости стали профил ;

б- толщина основани  профил ;

С - плечо приложени  силы Ру относительно точки максимального прогиба;

I - рассто ние от точки защемлени  до точки максимального прогиба.

Размер С зависит от типоразмера примен емого профил  и высоты г выступов 3 и 4 и определ етс  из выражени 

,(2)

где Н, h, - параметры профил  (справочные ).

Из подоби  треугольников АОВ и KOD (фиг.5), выполнив промежуточные расчеты, получим

l-r(,5)

KD

VC2 +(l +C +tgЈf

(3)

Подставив значени  fmax в формулу (1), получим равенство

Е-д-Г-(,5)

(4)

3-1-СУС + (1 +C+tgff

5 10

15 20

25

п

3°

35

40

45

50

55

из которого следует, что величина силы Ру упругого деформировани  профилей в процессе работы податливого.соединени  зави- ситтолько от угла зацеплени  tp и достигает своего максимального значени  при р О, т.е. при полном совмещении выступов 3 и 4. Следовательно, величина силы сопротивлени  податливости при условии наличи  максимальной величины Ртаху равна

N fp + fpyax-n(5)

где Р - величина силы прижати  контактных поверхностей профилей 1 и 2 обычного соединени  (без выполнени  выступов 3 и 4);

п - количество параллельных взаимодействующих пар выступов 3 и 4;

f - коэффициент трени  металла по металлу .

Из выражени  (4) видно, что величина Ру пр мо пропорциональна высоте г. Следовательно , максимальной высоте уступов 3 и 4 соответствует и максимальное значение Ру, т.е. про вл етс   вно выраженна  тенденци  к максимально возможной высоте г, ограничиваемойконструктивными параметрами профилей 1 и 2 (фиг.5 и выражение (2), где С не может быть больше h. Величина С зависит от качественной характеристики материала профилей (модул  упругости ), что следует из.выражени  (1). Из выражени  (3) следует, что, если известно fmax, то из выражени  (4) можно определить максимальное значение г, выразив С через г из выражени  (2) и прин в р 0 (момент совмещени  выступов 3 и 4), которому соответствует максимальное значение Ру. Очевидно , что при уменьшении высоты г выступов 3 и 4 к высоте шероховатости примен емого материала Ру исчезает, тогда со- противление податливости будет обеспечиватьс  только за счет силы трени  (работа обычного соединени ).

Так как первое слагаемое выражени  (5)  вл етс  величиной силы сопротивлени  податливости обычного соединени , то коэффициент относительного увеличени  сопротивлени  податливости k будет определ тьс  из выражени 

ртах

к -2у-Ј-м.)

Исход  из полуцилиндрической формы конструкции выступов 3 и 4, максимальна  величина угла зацеплени  р (момент полного зацеплени , когда рассто ние между профил ми 1 и 2 в зоне контакта минимальное , т.е. равно г) определ етс  из выражени  р arccos у- 60°, что удовлетвор ет условию возможности достижени  податливого режима работы при использовании материалов с коэффициентом трени  f 0,6, . Дл  промежуточных значений угла р сопротивление податливости зависит от прочности выступов 3 и 4 на срез тср и величины силы Ncosct- силы самозат жки профилей 1 и 2, Дл  положени  полного зацеплени  выступов (фиг.4) взаимосв зь а и р про вл етс  и в изменении величины прочности среза

ГСр г Sin2 p la/Sin a,(7)

где тэ - допустимое напр жение на срез при ручной сварке (800-1100 кг/см2);

Ь - длина зацеплени  пары выступов, равна 

I 2(Н-С)

3 sin a

Использование эффекта самозат жки профилей предопредел ет угол а arcctg f, а, с другой стороны, требуетс  минимальна  длина проскальзывани  профилей при создании максимальной величины силы сопротивлени  податливости. При углах а arcctg f эффект самозат жки про- филей исчезает и силу сопротивлени  податливости составл ют только Ру и Р.

Учитыва  вли ние всех действующих в соединении сил, получим величину сопротивлени  податливости

N (Р.+ РупУ

N 1 -W

(8)

cosactg/3/n

Выражение (8) нагл дно доказывает возможность повышени  величины сопротивлени  податливости соединени  с по- мощью предлагаемого устройства, так как в сумму числител  входит величина Р и знаменатель всегда при этом будет 1.

Так как величина сопротивлени  податливости соединени  находитс  в пр мо про- порциональной зависимости от количества пар зацеплений п, то максимально возможное их количество определ етс  из выражени 

pmax LO

где LO - первоначальна  (конструктивна ) длина перекрыти  профилей 1 и 2 (длина нахлестки при установке крепи);

В - рассто ние между выступами дл  данной их формы равно

b 2 г V3 .

Посто нство величины сопротивлени  податливости обеспечиваетс  равным количеством пар зацеплени . Очевидно, что это достигаетс  за счет продлени  участка выполнени  выступов на одном из профилей на большую длину.

Необходимым условием примен емых конструкций податливых крепей  вл етс 

5 10

,,-

2д ъ- оп

35 Q 45

JQ

55

наличие возможности перехода в жесткий режим работы по исчерпании расчетной податливости Li (фиг.З). Это при данной конструкции достигаетс  тем, что на одной из контактируемых плоскостей выступы 3 и 4 выполн ютс  на длине (L0 + U) (фиг.З, выступы 4 на профиле 2), а на другой А- с разрывом на длину, равную Li (выступы 3 на профиле 1), чем и достигаетс  возможность по исчерпанию конструктивной податливости Li за счет ввода дополнительных пар зацеплений выступов 3 и 4 повысить сопротивление податливости соединени  дл  работы крепи в жестком режиме.

Конкретным примером применени  этой конструкции податливого соединени  может быть соединение сборных элементов податливой крепи из желобчатого профил , примен емых дл  креплени  подготовки горных выработок на шахтах и рудниках.

При использовании предлагаемой конструкции податливого соединени  элементов крепи желобчатого профил  обеспечиваетс  повышение и возможность эффективного регулировани  величины сопротивлени  податливости и обеспечение его увеличени  пропорционально длине податливости; максимальное использование силы упругости материала профилей и ст жных хомутов в формировании величины сопротивлени  податливости; простота конструкции; отсутствие проскальзывани  профилей при монтаже крепи; возможность создани  податливого соединени  без ст жных хомутов; возможность перехода на жесткий режим работы по исчерпанию длины расчетной податливости; наличие жесткой св зи материала, обладающее большим коэффициентом трени  с контактной поверхностью профил ; снижение трудоемкости процесса монтажа крепи и последующей ее эксплуатации; уменьшение металлоемкости крепи горных выработок.

Экономический эффект может быть получен за счет снижени  трудоемкости процессамонтажа;уменьшени  металлоемкости крепи; повышени  темпов и снижени  себестоимости проходки; увеличени  срока службы крепи и снижени  затрат по перекреплению горных выработок.

Claims (2)

1.Податливое соединение крепи, включающее размещенный между соедин емыми внахлест элементами из спецпрофил  вкладыш и охватывающие соедин емые элементы хомуты, отличающеес  тем, что, с целью улучшени  эксплуатационных характеристик, крепи за счет повышени  сопротивлени  податливости, вкладыш выполнен в виде полуцилиндрических

выступов, встречно направленных под острым углом относительно продольных осей соедин емых спецпрофилей, причем выступы выполнены на контактных поверхност х последних на одинаковом рассто нии друг от друга с возможностью образовани  замкового соединени , имеющего уп)л зацеплени 

О р arcctg f s где tp-yron зацеплени , град;

f - коэффициент трени  металла по металлу .

2.Податливое соединение по п. 1, о т л и- чающеес  тем, что полуцилиндрические выступы на одном из соедин емых спецпрофилей выполнены на участке по длине спецпрофил  большем, чем на другом соедин емом спецпрофилем на величину не меньшую величины.податливости крепи.

ВидС

дидЈ

фиг.З

1

./Vrt/7c

////////м// ///////

т

fr

./Vrt/7c

//

fr