книги из ГПНТБ / Гидрофицированная крепь очистных выработок

§2. ШАРНИРНЫЕ ВЕРХНЯКИ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ В СССР

ВСССР изготовляются серийно три типа жестких шарнирных металлических верхняков:

В20Б — Дружковским машиностроительным заводом им. 50-летия Советской Украины;

М71С — Киселевским машиностроительным заводом им. Черных; В25А1 — Дружковским машиностроительным заводом им. 50-ле­

тия Советской Украины.

Назначение и область применения шарнирных верхняков — креп­ ление призабойного пространства очистных забоев пологих пластов мощностью 0.7—2,3 м, преимущественно с узкозахватной техноло­ гией выемки при металлических, преимущественно гидравлических, стойках индивидуальной крепи. При консольной навеске у забоя за счет закрепления замком в шарнире верхняки должны обеспечи­ вать временное поддержание кровли при бесстоечном призабойном пространстве, необходимом для передвижки без разборки забойного конвейера.

После передвижки изгибающегося конвейера и установки под консольно навешенный верхняк стойки, клин, запирающий верхняк в шарнире, выбивается. При этом назначение верхняка заключается:

в распределении на большую поверхность и передаче усилия от стойки на породы кровли, без остаточных деформаций верхняка; в поддержании пород кровли в пространстве между стойками, в том числе блоков породы при ступенчато-блочном опускании пород

кровли; в удержании стойки от выскальзывания при чрезмерных наклонах

верхняка и предохранении ее от выбивания обрушивающимися породами. Для последнего верхняк должен устанавливаться с оста­ влением консоли в сторону выработанного пространства. Опытом эксплуатации установлено, что стойку под верхняк лучше всего уста­ навливать так, чтобы консоль верхняка в сторону выработанного пространства была равна 1/3 длины верхняка, а в сторону забоя — 2/з длины верхняка.

Типоразмеры и вес серийно изготовляемых в СССР шарнирных верхняков приведены в табл. 6.

Рекомендуются следующие длины верхняков в зависимости от величины захвата исполнительного органа комбайна:

КОНСТРУКЦИЯ ШАРНИРНЫХ ВЕРХНЯКОВ

Шарнирный верхняк 1В20Б (рис. 25) представляет собой сварную ■балку 1 коробчатого сечения, составленную из двух спецпрофилей проката, к концам которой с одной стороны приваривается проушина 2, с другой стороны — две щеки 3, образующие вилку верхняка. Балка верхняка не имеет на опорных поверхностях уступов для фиксирования своего положения относительно верхней опоры стойки.

В щеках вилки имеются конусные отверстия для штыря 4 , кото­ рый фиксируется от выпадения приваренной шайбой 5. К проушине 2 шарнирно прикреплена с помощью пальца 6 серьга 7. Для предохра­ нения пальца 6 от выпадения он с обеих сторон приварен в двух местах к серьге 7. Для запирания верхняка в шарнире при его кон­ сольной навеске служит распорный клин 8, удерживаемый от потери цепочкой 9, прикрепленной к скобе 10.

Материал балки верхняка — сталь ЗОХГСА по ГОСТ 4543—61 с термообработкой, улучшением до твердости НВ 260—300.

Конструкция верхняка симметрична и допускает его установку при повороте на 180°.

Верхняк 1В20Б изготовляется серийно с 1973 г. взамен верхняка ВДУ, конструкция которого обладала рядом серьезных недостатков.

Шарнирный верхняк типа М71-С (рис. 26) представляет собой сварную балку 1 коробчатого сечения. Верхняя и нижняя полки балки имеют выштампованные выступы 2, предназначенные для фик­ сирования положения балки относительно верхней опоры стойки. К одному концу балки 1 приварена штампованная проушина 3, а к другому две щеки 4, образующие вилку верхняка. В щеках вилки верхняка с помощью двух штифтов 5 закреплен клин 6.

При консольной навеске проушина верхняка закрепляется в вилке другого верхняка с помощью клина, проходящего через фигурное

отверстие А в проушине 3. При этом проушина нижним выступом опирается в промежуточную деталь (упор 7), закрепленную шарнирно на оси 8 между щеками 4 вилки верхняка. Конструкция верхняка симметрична и допускает его установку при повороте на 180°.

Испытания шарнирных верхняков М71С, проведенные в ИГД им. А. А. Скочинского, показали (рис. 27), что замок шарнира обла­ дает совершенно неудовлетворительными прочностными качествами.

У отдельных верхняков замок шарнира при первом нагружении мог надежно, без пластических деформаций воспринимать нагрузку не более 0,1 тс-м (против расчетного значения 1,8 тс-м) (см. кривые Іа и 16 на рис. 27).

При увеличении нагрузки происходили пластические деформации деталей в замке шарнира, в том числе изгиб оси упора и клина.

У других верхняков при достижении нагрузки 1,4—1,6 тс-м после пластических деформаций контактных поверхностей наблюда­ лись случаи срыва верхняка с упора, что в шахтных условиях может привести к травматизму.

Таким образом, совершенно неудовлетворительные фактические прочностные характеристики замка шарнира практически исключают возможность применения данного типа верхняка для создания бесстоечного призабойного пространства.

Кроме того, балка верхняка фактически выдерживает изгиба­ ющий момент, равный всего 0,38 тс-м, что исключает возможность применения этого верхняка со стойкой, имеющей рабочее сопротивле­ ние 25 тс, как это указано в его технической характеристике.

Всвязи с этим шарнирный /Jmc верхняк M71G возможно приме­ нять только в особо благоприят­ ных горно-геологических усло­ виях.

Шарнирный верхняк 1В25А1 (рис. 28) состоит из сварной бал­ ки 1 коробчатого сечения, сварен­ ной из двух спецпрофилей. К од­ ному концу балки приварена про­ ушина 2, а к другому — две ще­ ки 5, образующие вилку верх­ няка.

Вщеках верхняка выполнены

бой 5.

При консольной навеске верхняка через отверстие в проушине навешиваемого верхняка проходит конический штырь 4, а запирание верхняка в шарнире и его поджим к породам кровли осуществляются клином 6, забиваемым между фигурными хвостовиками про­ ушины и щек вилки. Клин 6 для предохранения от потери

соединен со скобой 7, приваренной к балке верхняка круглозвенной сварной цепочкой 8.

В нижних полках профилей балки верхняка с двух сторон вы­ полнены проемы, фиксирующие положение верхняка относительно верхней опоры стойки.

Существенным недостатком верхняка является асимметричная конструкция, допускающая только одностороннюю установку.

Увеличение габарита верхняка по высоте в месте его замка огра­ ничивает нижний предел применения шарнирных верхняков данного типа пластами мощностью 0,9 м.

Однако этот тип верхняка имеет работоспособную конструкцию замка и, несмотря на больший вес, достаточно хорошо приспособлен для поддержания кровли в бесстоечном призабойном пространстве при его консольной навеске. Вследствие этого до создания более совершенных конструкций шарнирных верхняков рекомендуется применять верхняк 1В25А1 для индивидуальной крепи очистных забоев при узкозахватной технологии выемки угля. Верхняк 1В25А1 является модернизированной конструкцией ранее серийно выпускав­ шегося верхняка СВ-3.

Верхняк шарнирный типа 1В15Б1 (опытно-промышленная партия). Для применения в условиях тонких пластов мощностью преимущественно менее 0,8 м ИГД им. А. А. Скочинского в содру­ жестве с Дружковским машиностроительным заводом им. 50-летия Советской Украины создал новый тип верхняка 1В15Б1 оригинальной конструкции, устройство которого приведено на рис. 29.

Верхняк состоит из балки 1 коробчатого сечения, сваренной из двух спецпрофилей проката.

К одному концу балки приварена проушина 2 с профильным отвер­ стием под фигурный клин, а к другому концу — две щеки 3, выпол­ ненные с профильным отверстием.

Соединение верхняков и их запирание при консольной навеске осуществляются профильным клином 4, удерживаемым от выпадения приваренной скобой 5.

Верхняк из-за расположения профильного отверстия выполнен несимметричной конструкции и требует установки к кровле только

одной стороной (так, чтобы профильные отверстия своей вершиной были обращены к кровле).

В 1973 г. планируется проведение промышленных испытаний опытно-промышленной партии верхняков типа 1В15Б1, а с 1974 г. планируется их серийное производство.

§ 3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ШАРНИРНЫХ ВЕРХНЯКОВ

Как уже было сказано выше, положение стойки относительно верхняка равно — V3Z со стороны выработанного пространства. При этих условиях наиболее опасным был бы случай контактирования

верхняка по концам. Тогда изгибающий момент, действующий в балке верхняка по оси стойки, М 6 = 0,22Рі. Однако такой случай контактирования является маловероятным. Поэтому для расчета балки верхняка в ИГД им. А. А. Скочинского канд. техн. наук В. М. Казьминым был предложен следующий метод, исходящий из

контактирование может с рав­ ной вероятностью быть по концам каждого отрезка, при этом один контакт располагается слева от стойки, а другой — справа от стойки.

А

Вероятность контактирования каждой пары участков р = — =

= 0,05.

Для каждого случая контактирования определим действующий в балке верхняка изгибающий момент и через него эквивалентную длину верхняка, при которой возникал равный момент при опоре по концам и расположении стойки посредине этого эквивалентного по длине верхняка.

Эквивалентная длина может быть определена по формуле

7 4яЬ

<экв ~~ а + Ь ’

где а ж b — расстояние от места контактирования верхняка с поро­ дами кровли до стойки (см. рис. 29).

Результаты вычислений занесем в табл. 8.

Как видно из данных табл. 8, значения эквивалентной длины верх­ няка, выраженной через его длину I, находятся в пределах 0,2Z ч-

0,81/.

Группируя эти значения в группы с интервалом 0,05 и зная, что вероятность появления одного значения в данной группе равна 0,05, получим исходные данные, приведенные в табл. 9, для построения кумулятивной кривой зависимости вероятности от эквивалентной длины.

Кривая зависимости вероятности работы верхняка в пределах упругости от эквивалентной длины, построенная по данным табл. 9, приведена на рис. 31.

Кривая, построенная по данным шахтных наблюдений за контак­ тированием верхняков ВДУ длиной 1,25 м в лаве № 105 шахты «Бургуста-Замковая» № 3 комбината Ростовуголь, имеет аналогич­ ный характер. Это дает основание полагать, что данный метод может быть положен в основу метода расчета балки верхняка на прочность.

Учитывая, что в настоящее время объем шахтных наблюдений за

контактируемостью верхняков недостаточен, а также то, что данный метод еще не учитывает возможных дополнительных нагрузок, пере­ даваемых на верхняк через ось шарнира, выясним фактические значе­ ния расчетной критической длины верхняков известных, хорошо себя зарекомендовавших конструкций.

При этом расчетную критическую длину верхняка будем опреде­ лять по формуле

где М б — допустимый изгибающий момент для балки верхняка, тс-м; N — рабочее сопротивление стойки, тс;

1,25 — коэффициент запаса.

Расчетная критическая длина наиболее распространенных верх­ няков фирм ФРГ «Вангейм», «Гретчель» и GHH в зависимости от сопротивления стоек приведена в табл. 10.

Из приведенных данных видно, что наиболее вероятной величиной расчетной критической длины этих типов верхняков является

/кр= 0,57^-0,72 м.

Исходя из этого в настоящее время можно рекомендовать расчет­ ную критическую длину верхняка ZKp = 0,65 м.

Расчет замка шарнира следует вести исходя из следующих сооб­ ражений.

При консольной навеске верхняка и приложении усилия на его конце (рис. 32), исходя из равнопрочности балки верхняка и замка