АНКЕР ТРУБЧАТЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к анкерным крепям, и может применяться для крепления горных выработок рудников и шахт.
Уровень техники
Известны технические решения (RU 155346 U1, дата приоритета 14.01.2015 г.; RU 161881 U1, дата приоритета 30.09.2015 г.; RU 171624 U1, дата приоритета 26.09.2016 г., МПК E21D 21/00).
Известна трубчатая анкерная крепь типа "Сплит-Сет", ближайшая по технической сути к предлагаемой полезной модели. Анкерная крепь включает стальную трубу с продольной прорезью по всей длине и постоянной шириной, несущей фланец для удержания опорной плиты, причем головной конец крепи выполнен в виде усеченного конуса для удобства установки в скважину меньшего диаметра, чем стальная труба (Скотт Д. Новая анкерная крепь. - Глюкауф, 1980, N 3, с. 6-10) (прототип).
Недостатком технического решения, принятого за прототип является низкая устойчивость анкера продольному изгибу, возникающему в процессе его установки в шпур меньшего диаметра.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, на обеспечение которого направлена предлагаемая полезная модель, является повышение жесткости (устойчивости продольному изгибу) анкера.
Технический результат достигается тем, что анкер трубчатый фрикционный выполнен в виде полой металлической трубки с продольной прорезью по всей длине, опорным кольцом для удержания опорного элемента, приваренным на одном конце, отличающийся тем, что анкер выполнен из листового проката с предварительно нанесенными периодически повторяющимися гофрами жесткости, расположенными поперечно относительно продольной оси анкера.
Описание чертежей
На фиг. 1 показан вид сбоку анкера трубчатого фрикционного в комплекте с опорным элементом, выполненного из листового проката с гофрами жесткости до установки в шпур.
На фиг. 2 показан вид спереди анкера трубчатого фрикционного в комплекте с опорным элементом, выполненного из листового проката с гофрами жесткости, расположенными поперечно относительно продольной оси анкера до установки в шпур.
На фиг. 3 показано поперечное сечение анкера, выполненного из гладкого листового проката.
На фиг. 4 показаны поперечные сечения анкера, выполненного из листового проката с гофрами жесткости с различным их расположениемд.
На фиг. 5 показан общий вид анкера трубчатого фрикционного в комплекте с опорным элементом, выполненного из листового проката с гофрами жесткости после установки в шпур.
Осуществление полезной модели
Анкер трубчатый фрикционный представляет собой полую металлическую трубку 1 с продольной прорезью 2 по всей длине, опорным кольцом 3, приваренным на одном конце для удержания опорного элемента 4, отличающийся тем, что анкер выполнен из листового проката с предварительно нанесенными периодически повторяющимися гофрами жесткости 5, расположенными поперечно относительно продольной оси анкера.
Технический результат достигается также тем, что анкер выполнен из листового гофрированного проката толщиной от 1,5 до 4,0 мм. Толщина листового проката обусловлена устойчивостью анкера продольному изгибу. Толщина проката менее 1,5 мм не способна обеспечить достаточной устойчивости анкера продольному изгибу, что приводит к его загибу во время установки. Толщина проката более 4,0 мм приводит к увеличению металлоемкости анкера, при этом его устойчивость продольному изгибу становится избыточной.
Технический результат достигается также тем, что гофры жесткости выполнены высотой от 0,5 до 2,0 мм. При толщине проката от 1,5 до 4,0 мм применение гофр жесткости высотой менее 0,5 мм не оказывает существенного влияния на жесткость анкера, а при формировании гофр жесткости высотой свыше 2,0 мм происходит разрыв сплошности металлического проката в местах формирования гофр.
Технический результат достигается также тем, что гофры жесткости выполнены шириной от 2 до 10 мм. При толщине проката от 1,5 до 4,0 мм формирование гофр жесткости шириной менее 2 мм не оказывает существенного влияния на жесткость анкера, также при формировании гофр жесткости такой ширины может происходить разрыв сплошности металлического проката в местах их образования. Формирование гофр жесткости шириной свыше 10 мм и высотой от 0,5 до 2,0 мм при толщине проката от 1,5 до 4,0 мм не оказывает существенного влияния на жесткость анкера.
Технический результат достигается также тем, что расстояние между вершинами гофр жесткости составляет от 2 до 60 мм. Так как гофры жесткости симметричные относительно их продольной оси, то при ширине гофры жесткости 2 мм минимальное расстояние между их вершинами составит 2 мм. Увеличение расстояния между гофрами жесткости свыше 60 мм при их высоте от 0,5 до 2,0 мм не оказывает существенного влияния на жесткость анкера.
Указанные количественные данные получены в результате научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на заводе ООО «ОКС» и опытно-промышленных испытаний на рудниках России.
Установка анкера трубчатого фрикционного производится следующим образом. После бурения шпуров на стрелу податчика самоходной буровой установки или на ручной перфоратор вместо буровой штанги устанавливается штанга с переходником (пуансоном). Далее анкер хвостовой частью надевается на пуансон и устанавливается в направляющую (люнет). На анкер устанавливается опорный элемент 4. Головной конец анкера 6 в виде усеченного конуса вводится в шпур 7 меньшего диаметра, чем диаметр анкера и ударным поступательным воздействием перфоратора на хвостовую часть, анкер досылается до момента поджатая опорным элементом 4 массива горных пород 8.
В процессе установки анкера трубчатого фрикционного в шпур ввиду высокого трения между стенками шпура и поверхностью анкера, возникают силы сжатия, вызывающие продольный изгиб анкера.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, представляет собой задачу устойчивости прямого стержня при действии продольных сжимающих сил, возникающих в теле анкера при его установке в шпур.
При возрастании нагрузки, вследствие увеличения сопротивляемости анкера забиванию в шпур, возникающего из-за упругих деформаций тела анкера, прямолинейная форма металлического анкера остается устойчивой до достижения некоторого критического значения нагрузки, определяемого формулой Эйлера, после чего устойчивой становится искривленная форма, что является недопустимым при установке анкера в шпур, т.к. ведет к невозможности дальнейшей его установки.
Формула Эйлера для определения критической силы:
где
Е - модуль продольной упругости материала;
J - момент инерции;
μ - коэффициент приведения длины;
- длина стержня.
При сравнительном анализе прототипа с предлагаемой полезной моделью, выполненных из одного материала, величины π, μ,  и Е являются одинаковыми в обоих случаях, а величина момента инерции J будет выше у анкера, изготовленного из гофрированного проката. Соответственно и величина критической нагрузки, вызывающей продольный изгиб анкера, у анкера из гофрированного проката будет выше, чем у анкера, изготовленного из гладкого проката. Это объясняется следующими доводами.
Момент инерции тонкостенного кольца, коим является поперечное сечение трубчатого анкера, определятся по формуле:
x
y
3
J=J=πdh/8,
где d - диаметр кольца (анкера);
h- толщина стенки кольца (анкера).
Для наглядности приведем указанное уравнение через площадь поперечного сечения кольца (анкера).
x
y
3
2
J=J=πdh/8=πd/4⋅d⋅h/2=S⋅d⋅h/2, где
S - площадь поперечного сечения кольца (анкера).
Пример расчета.
2
2
2
2
На фиг. 3 и 4 представлены поперечные сечения анкеров, выполненных из гладкого и гофрированного проката соответственно. Площадь S1 на фиг. 3 и 4 соответствует площади поперечного сечения анкера, изготовленного из гладкого проката, на фиг. 4 она показана пунктирной линией. Площади S2, S3 и S4 соответствуют площадям поперечного сечения анкера, изготовленного из гофрированного проката при различном расположении гофр жесткости. Для сравнения взят трубчатый анкер длиной 2000 мм, внешним диаметром 47 мм и с толщиной стенки 2,5 мм, изготовленный из стали марки Ст. 3 и рассчитана площадь его поперечного сечения при применении для изготовления гладкого листового проката и гофрированного листового проката. В результате расчетов получилось, что площадь поперечного сечения анкера, изготовленного из гладкого листового проката равна S1=241,773 мм, а площади поперечных сечений анкера, изготовленного из гофрированного проката равна S2=284,555 мм S3=300,712 мм, S4=299,299 мм. Соответственно момент инерции для анкера из гладкого проката составит:
x
y
4
J=J=241,773⋅47⋅2,5/2=14204,163 мм
Момент инерции для анкера из гофрированного проката для минимального сечения составит:
x
y
4
J=J=284,555⋅47⋅2,5/2=16717,606 мм
Из приведенного расчета следует, что момент инерции анкера из гофрированного проката на 18% выше, чем анкера из гладкого проката. Соответственно и критическая сила, при которой произойдет изгиб анкера при воздействии сжимающих сил будет на 18% выше при использовании гофрированного проката для изготовления анкера.
Технический результат, заявленный при подаче заявки на получение патента на полезную модель, достигается совокупностью ее существенных признаков, указанных в формуле. Существенность всех признаков полезной модели подтверждается причинно-следственной связью между признаками формулы полезной модели и техническим результатом.
Анкер трубчатый фрикционный, предлагаемый в качестве полезной модели, представляет собой устройство, все элементы которого соединены между собой и выполняют единую функцию.
Полезная модель отвечает условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость», что подтверждено в ходе научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, опытно-промышленных испытаний в реальных условиях горных выработок рудников.