АНКЕР ФРИКЦИОННОГО ТИПА

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для крепления выработок.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так из описания к патенту США № 7780377 (опубликован 24.08.2010) известен фрикционный анкер, выполненный в виде трубки с пазом по всей длине, и снабжен в нижней части опорным кольцом. Верхняя часть анкера имеет конусообразную форму.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принят фрикционный анкер, содержащий металлический корпус с прорезью, которая проходит по всей длине за исключением конца стержня, опорное кольцо, при этом конец стержня - заходная часть выполнена конусообразной с наконечником цилиндрической формы (патент США № 4334804, опубликован 15.06.1982).
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность во время монтажа анкерной крепи и недостаточная надежность, что обусловлено конструкцией анкеров. Отсутствие прорези на заходной части в представленной конструкции это результат обжима основной части анкера, поэтому во время монтажа заходная часть анкера может раскрыться при попадании элементов породы, возникающих на пути движения анкера. Кроме того, заходная часть данного анкера имеет цилиндрическую форму, которая не позволяет осуществлять его центрирование во время монтажа, что приводит к некачественному монтажу анкера, изгибу и залому основной несущей части анкера и тем самым к существенному снижению надежности и повышению трудоемкости монтажа.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков, расширение арсенала технических средств, расширение эксплуатационных характеристик и функциональных возможностей анкера фрикционного типа за счет упрощения монтажа анкера фрикционного типа с сохранением высокой несущей способности, повышение надежности функционирования анкера.
Техническим результатом патентуемого решения является упрощение монтажа анкера фрикционного типа с сохранением высокой несущей способности.
1
1
Технический результат достигается в анкере фрикционного типа, включающем полый цилиндрический стержень с продольным вырезом, переднюю часть конической формы длиной L и опорное кольцо, размещенное на хвостовике упомянутого стержня, при этом продольный вырез выполнен на расстоянии L от внешнего края передней части конической формы, причем L=L/(3,5-4,5).
1
Благодаря выполнению анкера фрикционного типа в виде полого цилиндрического стержня с продольным вырезом, опорным кольцом, передней частью конической формы длиной L и цельной (без выреза) на участке длиной L=L/(3,5-4,5) от внешнего края передней части конической формы, значительно упрощается монтаж анкера фрикционного типа с сохранением при этом высокой несущей способности за счет минимального сопротивления при монтаже анкера и повышения точности центрирования анкера во время монтажа, что также исключает возможность изгиба и залома основной части анкера, повышая тем самым несущую способность анкера.
В частном случае реализации опорное кольцо приварено к полому цилиндрическому стрежню на расстоянии от края конечной части - хвостовика анкера, равному толщине кольца, что приводит к снижению металлоемкости изделия в целом без утраты функциональных свойств анкера.
Продольный вырез на передней части конической формы полого цилиндрического стержня может быть выполнен сужающимся, что дополнительно увеличивает жесткость заходной части - передней части конической формы и сопротивление сжиманию основной части анкера.
Далее решение в частных случаях его выполнения поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 - анкер фрикционного типа.
На фиг. 2 - анкер фрикционного типа, установленный в скважину (шпур).
1
1
1
Согласно фигурам анкер фрикционного типа содержит полый цилиндрический стержень 1, один конец которого - передняя часть выполнена конической формы, в частности в форме усеченного конуса, другой конец - хвостовик снабжен опорным кольцом 2. По длине полого цилиндрического стержня, исключая переднюю часть анкера, выполнен продольный вырез - прорезь 3. Благодаря наличию продольного выреза 3 происходит фрикционное сцепление анкера с массивом горных пород и повышение надежности работы. Продольный вырез 3 выполнен на расстоянии L от внешнего края передней части конической формы длиной L, причем L=L/(3,5-4,5). На длине L от внешнего края передней части конической формы передняя часть выполнена цельной без прорезей, что приводит к повышению точности центрирования анкера, обеспечению минимального сопротивления анкера во время его монтажа, а, следовательно, существенно упрощает монтаж фрикционного анкера. Кроме того, за счет жесткости передней части конической формы увеличивается сопротивление сжиманию основной части анкера, и тем самым фрикционные свойства анкера, что повышает несущую способность и надежность последующей работы анкера.
1
1
1
Также опытным путем установлено, что упрощение монтажа с сохранением высокой несущей способности и наиболее эффективные фрикционные свойства анкера фрикционного типа 7 достигаются при L=L/(3,5-4,5). При более коротком продольном вырезе, когда L>L/3,5 - увеличивается сопротивление при монтаже анкера, передняя часть конической формы становиться слишком жесткой, в связи с этим требуется приложение большего усилия во время монтажа анкера, что усложняет процесс монтажа, кроме того, сокращается срок службы передней части конической формы. Более длинная прорезь, когда L<L/4,5, уменьшает способность самоцентрирования анкера во время его монтажа, снижает точность центрирования, поскольку жесткость передней части конической формы становится недостаточной, а также возможно раскрытия передней части конической формы при попадании элементов породы на пути движения анкера, что также усложняет процесс монтажа и снижает несущую способность анкера фрикционного типа.
Опорное кольцо 2 выполнено металлическим круглого сечения и установлено на хвостовике анкера посредством сварного соединения на расстоянии от внешнего края хвостовика анкера, равном толщине кольца. Наличие опорного кольца увеличивает фрикционные свойства анкера (несущую способность), поскольку является сплошным, жестко соединенным с основной частью анкера, и увеличивает сопротивление сжиманию основной части анкера. В кольцо происходит упор опорной плиты, а поскольку кольцо является цельным (замкнутым) усилие на анкер распределяется по всему диаметру равномерно.
Продольный вырез 3 на передней части конической формы полого цилиндрического стержня может быть 1 выполнен сужающимся.
Анкер фрикционного типа работает следующим образом:
1
Согласно фигуре 2, анкер фрикционного типа 7 направляют в шпур 6, образованный буровой коронкой в массиве горных пород 4, прикладывая продольное усилие к его концевой части - хвостовику, тем самым продвигая анкер фрикционного типа 7 внутрь шпура 6 до упора опорного кольца 2 с опорной пластиной 5, а опорной пластины 5 с массивом горных пород 4. Благодаря выполнению передней части анкера конической формы длиной L и цельной (без выреза) на участке длиной L=L/(3,5-4,5) от внешнего края передней части конической формы обеспечивается минимальное сопротивление анкера фрикционного типа 7 во время монтажа и повышается точность центрирования упомянутого анкера 7 в шурупе 6. Поскольку передняя часть анкера конической формы является цельной (без выреза), то во время движения упомянутого анкера 7 по шпуру 6 она имеет максимальное сопротивление деформациям, возникающим в случае контакта с имеющимися препятствиями на пути движения анкера 7 по шпуру 6.
При движении анкера фрикционного типа 7 по шпуру 6, благодаря наличию продольного выреза 3, происходит поперечная деформация стенок полого цилиндрического стрежня 1 упомянутого анкера 7, которая создает давление на стенки шпура 6, что приводит к возникновению силы трения на поверхности контакта, а наличие цельной передней части конической формы и опорного кольца 2 на хвостовике полого цилиндрического стрежня 1 - ограничивают деформацию стенок анкера фрикционного типа 7, что приводит к увеличению давления на стенки шпура 6 и, как следствие, увеличения силы трения между стенками полого цилиндрического стрежня 1 анкера фрикционного типа 7 и стенками шпура.
2
1
Внешний диаметр полого цилиндрического стержня 1 d может быть от 33 мм до 50 мм (33, 39, 42, 44, 46, 48 и 50 мм), диаметр используемой буровой коронки d должен быть меньше диаметра упомянутого стержня 1 на 3-4 мм. Диаметр d вершины передней части конической формы анкера фрикционного типа 7 должен быть меньше диаметра буровой коронки на 1-5 мм, ширина n продольного выреза может составлять 15-25 мм.
Далее полезная модель поясняется примерами. Сравнивали анкера диаметром 48 мм и длиной 1850 мм. Несущая способность анкера должна составлять не менее 50 кН. Замеры проводились при помощи штанговыдергивателя ПКА1 с максимальным тяговым усилием 110 кН.
Пример 1.
Использовали анкер фрикционного типа с передней частью конической формы и опорным кольцом на хвостовике, где прорезь выполнена по всей длине анкера. При монтаже указанного анкера возникали сложности при его центрировании, так как во время движения анкера по шпуру в прорезь попадают элементы породы и происходит заклинивание анкера. После установки анкера несущая способность составила 70 кН.
Пример 2.
1
Использовали анкер фрикционного типа с передней частью конической формы и опорным кольцом на хвостовике, где вырез выполнен на расстоянии L<L/4,5 от внешнего края передней части конической формы. При монтаже была выявлена низкая способность самоцентрирования анкера фрикционного типа. После установки анкера несущая способность составила 85 кН.
Пример 3.
1
Использовали заявленный анкер фрикционного типа, где L=L/3,5. Монтаж указанного анкера осуществлялся с точным его центрированием. После установки анкера несущая способность составила более 110 кН (достигнуто максимальное значение прибора, вырывание анкера из шпура не произошло).
Пример 4.
1
Использовали заявленный анкер фрикционного типа, где L=L/4. Монтаж указанного анкера осуществлялся с точным его центрированием. После установки анкера его несущая способность составила более 110 кН (достигнуто максимальное значение прибора, вырывание анкера из шпура не произошло).
Пример 5.
1
Использовали заявленный анкер фрикционного типа, где L=L/4,5. Монтаж указанного анкера осуществлялся с точным его центрированием. После установки анкера несущая способность составила более 110 кН (достигнуто максимальное значение прибора, вырывание анкера из шпура не произошло).
Пример 6.
1
Использовали анкер фрикционного типа с передней частью конической формы и опорным кольцом на хвостовике, где вырез выполнен на расстоянии L>L/3,5 от внешнего края передней части конической формы. При монтаже было зафиксировано увеличение сопротивления погружения анкера и снижение скорости подачи анкероустановщика (увеличение времени прохождения анкера по шпуру). После установки анкера несущая способность составила более 110 кН (достигнуто максимальное значение прибора, вырывание анкера из шпура не произошло).
Таким образом, из примеров следует, что наиболее быстрый и простой монтаж обеспечивается благодаря анкерам согласно примерам 3-5, также из примеров следует, что выдерживаемая заявленным анкером фрикционного типа нагрузка максимальна в анкерах согласно примерам 3-6, однако в примере 6 монтаж затруднен из-за увеличения сопротивления погружения анкера. Указанный технический результат - упрощение монтажа анкера фрикционного типа с сохранением высокой несущей способности (расширение эксплуатационных характеристик анкера фрикционного типа) подтвержден примерами 1-6.
Таким образом, в результате использования анкера фрикционного типа упрощается монтаж анкера фрикционного типа с сохранением его высокой несущей способности.