Способ определения несущей способности трубчатого анкера и установка для его реализации
METHOD FOR DETERMINING BEARING CAPACITY OF TUBULAR ANCHOR AND INSTALLATION FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим крепление горных выработок.
Предшествующий уровень техники
Известен метод натурных испытаний креплений и правила определения несущей способности анкеров по отношению к продольным осевым вытягивающим нагрузкам применительно к реальному строительному основанию (СТО-44416204-010-2010 «Определение несущей способности анкера»). Сущность метода состоит в том, что проводимыми испытаниями анкерных креплений на вытягивающую нагрузку, прикладываемую к анкеру вдоль его оси, определяют сопротивление крепления нагрузке и деформации, соответствующие характерным для него предельным состояниям, а затем обработкой результатов испытаний вычисляют несущую способность анкеров данного типа на вытягивание. При этом выполняются следующая последовательность действий: соединение захвата с головкой анкера по внешней его поверхности, выступающей над строительным сооружением, соединение захвата с тяговым элементом, установка опорной рамы, соединение тягового элемента с устройством нагружения, взаимодействующего с опорной рамой, осуществление рабочего хода устройства нагружения, регистрация создаваемых усилий устройством нагружения.
При проведении испытаний используется установка, состоящая из: опорной рамы, тягового элемента, снабженного приспособлением для захвата головки анкера, домкрата или иного приспособления для создания нагрузки, приборов для измерения прикладываемых к анкеру усилий и деформаций анкерного крепления.
Недостатком известного решения является ограниченная функциональная возможность определяемая возможностью применения только для испытаний анкеров с явно выступающей за пределы строительного сооружения частью его головки (СТО-44416204-010-2010. Рис. 1).
Особенностью установки трубчатого анкера является плотное сопряжение его головки с поверхностью выработки (строительного сооружения) или с опорной плитой. При использовании опорной плиты головка трубчатого анкера деформирует опорную плиту и располагается вне досягаемости захватов.
Таким образом, известный способ не позволяет определять несущую способность трубчатого анкера.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности проведения испытания для определения несущей способности трубчатого анкера.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для испытания удерживающей способности строительного анкера в материале, включающее силовозбудитель, рукоятку нагружения, соединительный кабель, опорную плиту с регулировочными винтами, винт крепления рукояти, винт силовозбудителя, разъем, вилочный захват и электронный блок, специальный болт, снабженный с одного края внутренней винтовой резьбой, а с другого приливами (см. патент ПМ РФ №95840, 23.03.2010, G01N 3/02).
Специальный болт навинчивается на резьбу испытываемого анкера (анкер размещен в скважине строительного материала, т.е. находится в рабочем положении). Далее вилочный захват силовозбудителя заводится на приливы специального болта и производится нагружение анкера. Недостатком известного решения невозможность его применения для испытания несущей способности трубчатого анкера. Устройство может быть использована только для испытания анкеров имеющих винтовую поверхность.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечение возможности проведения испытания для определения несущей способности трубчатого анкера.
Раскрытие изобретения
Техническая задача решается тем, что для определения несущей способности трубчатого анкера в его полость, с открытого торца вводят распоры, установленные с возможностью движения относительно тягового элемента и шайбы, осевым движением тягового элемента фиксируют распор на стенках анкера. Затем устанавливают опорную раму, до взаимодействия с укрепляемой поверхностью и устанавливают стационарную часть устройства нагружения на опорную раму, а подвижную часть соединяют с тяговым элементом. Далее обеспечивают осевое нагружение подвижной части устройства нагружения и по показаниям приборов контроля его рабочего параметра определяют несущую способность трубчатого анкера.
Возможным вариантом реализации способа может быть осуществление осевого движения тягового элемента, при фиксации распоров, за счет вращения гайки по резьбе, нарезанной на его цилиндрической части. При этом осуществляется осевая фиксация гайки на торцевой поверхностью трубчатого анкера или на шайбе, установленной на торцевой поверхности анкера.
Установка, реализующее предлагаемый способ включает устройство нагружения, опирающееся на раму, оснащенную регулируемыми по длине опорами, тяговый элемент с винтовой поверхностью, прибор контроля создаваемого усилия. Тяговый элемент соединяется с анкером через распоры, установленные с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью трубчатого анкера. При этом тяговый элемент образует подвижное соединение с распорами, по наклонным к его продольной оси поверхностям, и свободно проходит через опорную шайбу.
Шайба имеет две рабочие поверхности, каждая из которых имеет возможность взаимодействовать: первая с торцом трубчатого анкера, вторая с гайкой, установленной на винте.
Распоры образуют с шайбой кинематические пары. При этом возможны варианты реализации кинематических пар в виде: поступательной, вращательной и пары допускающей поворот распора в плоскости, проходящей через продольную ось шайбы и его поступательное движения по шайбе.
Поверхности распоров, контактирующие с внутренней поверхностью трубчатого анкера, могут выполняться рифлеными, а торцевая поверхность распора выполнена конической формы. Число распоров выполняется более двух: три, четыре или пять.
Сопряженные поверхности тягового элемента и распоров выполняются плоскими.
Введение в анкер с открытой стороны распоров неизвестно.
Неизвестна и установка распоров с возможностью движения относительно тягового элемента и шайбы.
Фиксация распорных втулок, за счет осевого перемещения тягового элемента, известно (см. ПИ №2117190, 20.09.1995, F16B 13/06). В известном решении распорные втулки фиксируются на неподвижном поверхности, что исключает возможность их последующего движения в осевом направлении без нарушения целостности поверхности.
В предлагаемом решении распоры фиксируются на внутренних стенках анкера. Это позволяет, при их осевом нагружение, смещаться анкеру относительно шпура (неподвижной поверхности) без нарушения ее целостности.
Установка стационарной части устройства нагружения на опорную поверхность известно (см. СТО-44416204-010-2010 «Определение несущей способности анкера»). Выполняемое действие в предлагаемом способе совпадает по назначению.
Осевое нагружение подвижной части силового устройства и контроль по показаниям приборов несущей способности известно (см. ШТАНГОВЫДЕРГИВАТЕЛЬ ПКА1. Паспорт на ПКА1.00ПС. Изготовитель ООО «Русьподшипник»). Выполняемое действие в предлагаемом способе совпадает по назначению.
Осевое нагружение тягового элемента известно (см. ПИ №2374522 27.11.2009, F16G 11/12). При этом, обеспечивается создание осевого натяжения деталей сопряженных с тяговым элементом.
В предлагаемом решении осевое нагружение обеспечивает радиальное движение распоров.
Осевая фиксация гайки на шайбе, установленной с возможностью контакта с торцевой поверхностью анкера неизвестно.
Выполнение соединения тягового элемента с анкером через распоры, установленные с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью трубчатого анкера неизвестно.
Установка тяговый элемента образующим подвижное соединение с распорами, по наклонным к его продольной оси поверхностям известно (см. ПИ №2078257, F16G 13/06). Выполняемое действие в предлагаемом способе совпадает по назначению.
Пропуск тягового элемента через шайбу известен (см. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. - М.: Высш. шк., 1984. Рис. 6.35, стр 107). В известном решении шайба исключает повреждение сепаратора подшипника при закручивании гайки на резьбовом конце вала.
В предлагаемом техническом решении шайба обеспечивает осевую фиксацию гайки относительно анкера.
Выполнение рабочей поверхности шайбы, с возможностью взаимодействия, одним торцом трубчатого анкер неизвестно.
Организация подвижного соединения шайбы с распорами не известно.
Возможные варианты выполнения соединения распоров с шайбой в виде: поступательных, вращательных пар или пары допускающей поворот распора в плоскости, проходящей через продольную ось шайбы и его поступательное движения по шайбе неизвестно.
Выполнение сопряженных поверхностей плоскими известно (см. ПИ №2620113, 24.12.2015, F42D 1/08). При этом обеспечивается создание значительного усилия в направлении перпендикулярном сопряженной поверхности.
В предлагаемом техническом решении выполнение сопряженных поверхностей плоскими исключает вращательное движение тягового элемента относительно распоров. Как следствие реализуется направленное движение тягового элемента вдоль его оси.
Изложенная совокупность известных и неизвестных признаков обеспечивает достижение нового технического эффекта - обеспечение возможности проведения испытания для определения несущей способности трубчатого анкера.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется изображениями:
- На фиг. 1, 2, 4 представлены кинематические схемы, поясняющие последовательно этапы реализации способа
- На фиг. 3 представлена кинематическая схема устройства, готового к определению несущей способности трубчатого анкера.
- На фиг. 5 - кинематическая схема, отражающая выполнение устройства в соответствии с п. 2
- На фиг. 6 - кинематическая схема, отражающая выполнение устройства в соответствии с п. 6
- На фиг. 7 - кинематическая схема, отражающая выполнение устройства в соответствии с п. 7
- На фиг. 8 - конструктивная реализация устройства в сборе (разрез по оси симметрии) в соответствии с п. 5.
- На фиг. 9 - конструктивная реализация устройства в сборе (разрез по оси симметрии) в соответствии с п. 7.
- На фиг. 10 - конструктивная реализация устройства в сборе (разрез по оси симметрии), в соответствии с п. 6
Способ определения несущей способности трубчатого анкера реализуется в результате выполнения последовательности действий.
В трубчатый анкер 1, с открытого торца 2 вводят распоры 3, выполненные с возможностью взаимодействия с тяговым элементом 4 и шайбой 5 (фиг. 1). Распоры 3 образуют с шайбой 5 подвижные соединения. Тяговый элемент 4 может свободно двигаться относительно распоров 3.
Распоры 3 вводятся в трубчатый анкер 1 до упора шайбы 5 в открытый торец 2, в соответствии с п. 3 (фиг. 1) или до входа шайбы 5 во внутреннюю полость трубчатого анкера - реализация п. 2 (фиг. 4).
Далее осуществляется осевое перемещение тягового элемента 4 (фиг. 2, 4) за счет навинчивание гайки 6 по резьбе 7, выполненной на цилиндрическом конце тягового элемента 4. При этом гайка 6 взаимодействует с шайбой 5.
Тяговый элемент 4, воздействуя на распоры 3, осуществляет их движение в радиальном, к оси трубчатого анкера 1, направлении. Осевое перемещение тягового элемента 4 выполняется до фиксации распоров 3 на внутренней поверхности 8 трубчатого анкера 1.
Следующим действием является установка опорной рамы 9, по оси тягового элемента 4 (фиг. 3). Опорная рама 9 оснащена опорами 10. За счет их выдвижения, обеспечивается ее контакт с поверхностью выработки 11.
Далее на опорную раму 9 устанавливается устройство нагружения 12. В качестве такового может, использоваться гидроцилиндр, например, специальной конструкции (штанговыдергиватель типа ПКА 3). Шток 13 гидроцилиндра соединяется с тяговым элементом 4 напрямую (фиг. 6), или через переходную втулку 14 (фиг. 3).
В качестве устройства нагружения может использоваться гайка 15, наворачиваемая на резьбу 7, и взаимодействующая с опорной рамой 8 (фиг. 5).
Выполняется осевое нагружение тягового элемента 4, за счет движения штока 13 (или вращения гайки 15). Тяговый элемент 4 через распоры 3 обеспечивает осевое нагружение трубчатого анкера 1. Реактивное усилие с устройства нагружения 12, через опорную раму 9 (опоры 10), передается на поверхность выработки 11.
Регистрация усилия нагружения осуществляется по приборам контроля рабочего параметра. При использовании гидроцилиндра по манометру 16. При нагружение через гайку 15 - по динамометрическому ключу (на фиг. условно не показан).
Осевое нагружение трубчатого анкера 1 с регистрацией усилия по манометру 16 или динамометрическому ключу обеспечивает проведение испытания несущей способности трубчатого анкера.
Установка для определения несущей способности трубчатого анкера включает распоры 3, тяговый элемент 4, шайбу 5, гайку 6, опорную раму 9, упоры 10, устройство нагружения 12 (фиг. 3), прибор контроля создаваемого усилия 16. Опорная рама 9 оснащена регулируемыми по длине опорами 10.
Распоры 3 устанавливаются в шайбу 5 с возможностью радиального движения, относительно трубчатого анкера 1 (фиг. 1). При этом, обеспечивается их фиксация от перемещения в осевом направлении (фиг. 8).
Шайба 5 устанавливается с возможностью взаимодействия через рабочие поверхности 17 и 18 (фиг. 8) соответственно с открытым торцом 2 и гайкой 6 соответственно.
Тяговый элемент 4 проходит через распоры 3, образует с ними подвижное соединение по наклонным, к оси 19, поверхностям 20, и имеет возможность двигаться относительно них в осевом направлении. Поверхности 20 выполняются плоскими, в виде наклонной к его продольной оси 19 поверхности.
Поверхности 21, распоров 3 имеют возможность взаимодействовать с внутренней поверхностью 8 трубчатого анкера 1 и могут выполняться рифлеными (фиг. 2, 8).
Подвижное соединение распоров 3 с шайбой 5 может осуществляться в нескольких вариантах: в виде поступательной пары 22 (фиг. 1, 8), в виде вращательной пары 23 (фиг. 6, 10), в виде соединения 24 допускающего поворот и смещение в радиальном направлении (фиг. 5, 9).
В поступательной паре 22 обеспечивается движение распоров 3 по шайбе 5 вдоль ее направляющих 25 проходящих через ось 19. При этом сохраняется зазор h между поверхностями 26 (шайба 5) и 27 (распор 3), что исключает заклинивание при работе.
Во вращательной паре 23 ось вращения 28 (фиг. 10) лежит в плоскости перпендикулярной оси 19.
В соединении 24 (фиг. 9) поверхность распора 29 выполнена по радиусу R, что обеспечивает возможность поворота в плоскости, проходящей через ось 19.
Распоры 3 имеют скосы 30 облегчающие их ввод в трубчатый анкер 1. Поверхности распоров 31, контактирующие с поверхностями 20 выполняются плоскими.
Устройство для определения несущей способности трубчатого анкера функционирует следующим образом.
Осуществляется подготовка устройства к работе.
Предварительно собирается узел за счет того, что с шайбой 5 организовывается подвижное соединение распоров 3. В вариантах в виде поступательной пары 22, и в виде соединения 24 распоры 3 вкладываются в направляющие 25. В варианте с вращательными парами соединение организовывается через ось вращения 28.
В пространство между распорами 3 вводится тяговый элемент 4 до сопряжения поверхностей 20 и 31. На винтовую часть 7 тягового элемента 4 наворачивается гайка 6.
Собранный узел вводится в трубчатый анкер до упора поверхности 17 в торец анкера (реализация п. 3).
При реализации изобретения в соответствии с п. 2 собранный узел вводится в трубчатый анкер вместе с шайбой 5 (фиг. 4).
Затягивается гайка 6 по винтовой поверхности 7. За счет этого осуществляется осевое движение тягового элемента 4 относительно шайбы 5. Поверхности 20 взаимодействуют с поверхностями 31 и обеспечивают радиальное движение распоров по направляющим 25, совмещенное с поворотом (фиг. 9), или поворот вокруг оси 28 (фиг. 10). Поверхности 21 входят в контакт с поверхностью 8. Рифление, выполненное на поверхности 21, обеспечивает повышенный коэффициент сцепления между распорами 3 и трубчатым анкером 1.
Наличие зазора h в поступательной паре 22 (фиг. 8) обеспечивает самоустановку поверхностей 20 и 31. Как следствие реализуется сопряжение по всей площади поверхности 31.
Распоры 3 зафиксированы на внутренней поверхности 8, трубчатого анкера 1.
Устанавливается опорная рама 9. Регулируются опоры 10 до обеспечения центрального расположения относительно тягового элемента 4.
Устройство нагружения через специальную втулку 14 соединяется с винтовой частью 7 тягового элемента 4. При этом корпус устройства нагружения взаимодействует с опорной рамой 9.
Установка готова к проведению испытаний для определения несущей способности трубчатого анкера.