Исследование нагружений и деформаций горных анкеров как пространственно-криволинейных стержней и совершенствование их элементов
![Диссертация: Исследование нагружений и деформаций горных анкеров как пространственно-криволинейных стержней и совершенствование их элементов](https://niscu.ru/work/3193540/cover.png)
Развитие современной науки и техники неразрывно связано с разработкой и созданием новых машин, оборудования, которые должны максимально увеличивать производительность труда, способствовать повышению безопасности работ, снижать себестоимость выпускаемой продукции. Особенно это важно в отраслях промышленности, занимающихся добычей полезных ископаемых подземным способом. Основными тенденциями… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Анализ известных технических решений и научных работ в области анкерного крепления в горном деле и постановка задач исследования
- 1. 1. Сущность анкерного крепления и применение его в технике
- 1. 2. Анализ особенностей применения анкеров для крепления горных выработок
- 1. 2. 1. Принцип действия горных анкеров
- 1. 2. 2. Классификация и область применения арматурных сталей
- 1. 3. Основные виды современного анкерного крепления горных выработок
- 1. 3. 1. Сталеполимерная анкерная крепь
- 1. 3. 2. Сталеорганическая анкерная крепь
- 1. 3. 3. Анкерная крепь с механическим замком закрепления
- 1. 3. 4. Анкерная крепь с неорганическим вяжущим
- 1. 3. 5. Бетонная анкерная крепь
- 1. 3. 6. Сталеполимерная анкерная крепь глубокого заложения, ампулыюго закрепления
- 1. 3. 7. Анкерная крепь глубокого заложения, безампульного закрепления полимерными смолами
- 1. 3. 8. Анкерная крепь глубокого заложения, безампульного закрепления цементно-песчаными смесями
- 1. 4. Конструкции опорных элементов
- 1. 5. Обзор известных исследований в области анкерного крепления горных выработок
- 1. 6. Обоснование современных требований к горным анкерам и постановка задач исследования
- Глава 2. Теория поведения стержня анкера при его установке и 44 стационарном нагружении
- 2. 1. Основные схемы нагружения стержней анкеров для крепления 44 горных выработок
- 2. 2. Геометрия искривленных стержней
- 2. 3. Схемы нагружения стержней (статика гибких стержней)
- 2. 4. Вывод уравнения равновесия стержня с учетом его деформаций
- Глава 3. Решение частных задач нагружения н деформирования 74 горных анкеров
- 3. 1. Обоснование наиболее вероятных ситуаций нагружения горных 74 анкеров
- 3. 2. Применение компьютерного моделирования для определения t* деформации искривленных стержней при различных схемах нагружения
- 3. 2. 1. Возможности компьютерного моделирования и необходимые 79 условия для получения результата
- 3. 2. 2. Расчетные уравнения плоской задачи теории упругости
- 3. 2. 3. Исходные данные для решения задачи
- 3. 2. 4. Применение программы ANSYS для получения численных 93 (Т, значений деформаций
- 4. 1. Совершенствование анкерных стержней
- 4. 2. Совершенствование затяжного устройства анкера
- 4. 3. Экспериментальная проверка прочности известных и вновь 120 разработанных затяжных узлов
- 4. 4. Исследования замкового устройства
- 4. 5. Разработка методики подготовки новых элементов анкерной 136 крепи к серийному производству
Исследование нагружений и деформаций горных анкеров как пространственно-криволинейных стержней и совершенствование их элементов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Развитие современной науки и техники неразрывно связано с разработкой и созданием новых машин, оборудования, которые должны максимально увеличивать производительность труда, способствовать повышению безопасности работ, снижать себестоимость выпускаемой продукции. Особенно это важно в отраслях промышленности, занимающихся добычей полезных ископаемых подземным способом. Основными тенденциями развития машин и оборудования в этих отраслях являются увеличение мощности добычного оборудования, повышение скоростей проходки. Для обеспечения выполнения поставленных задач важную роль играет своевременное и надежное крепление горных выработок с помощью анкерной крепи. Одним из основных и наиболее ответственных элементов которой является так называемый горный анкер.
В настоящее время проблема увеличения скорости проходки и в соответствии с этим увеличение скорости возведения крепи и повышение надежности ее элементов является весьма актуальной.
Вопросы совершенствования горных анкеров и их отдельных элементов рассматривались в работах, выполненных Н. И. Мельниковым, А. П. Широковым, В. А. Лидером, В. Е. Ануфриевым, Г. С. Пучиняном, и другими. Однако, анализ работ показал, что все они носят описательный характер. Научного подхода к разрешению указанных вопросов осуществлено не было.
В настоящей диссертации разработаны принципиально новые подходы к изучению и совершенствованию ответственных узлов горных анкеров с научной точки зрения.
Выполненный в настоящем исследовании анализ существующих конструкций горных анкеров позволил утверждать, что для их совершенствования необходимо систематизировать подход с учетом особенностей их конструкций и следующих основных факторов: замковое устройство анкера представляет собой сложный высоконагруженный элемент соединяющий стержень с горным массивом, осевая линия стержня анкера является не прямолинейной, а пространственно-криволинейной, к затяжному устройству анкера применима теория резьбового соединения.
В настоящей диссертации автором доказано, что стержень анкера необходимо рассматривать как пространственно-криволинейный тонкий стержень. Рассмотрены основные положения теории пространственно-криволинейных стержней В. А. Светлицкого применительно к горным анкерам.
Большое внимание в исследовании обращено на рассмотрение геометрии пространственно-криволинейных стержней. Показана закономерность изменения параметров и мер пространственно-криволинейных тонких стержней в зависимости от приложенных усилий. Для определения численных значений деформаций стержня обоснована возможность использования компьютерной программы ANSYS.
Автору диссертации удалось разработать и довести до практического применения алгоритм подхода к решению задач, связанных с совершенствованием ответственных высоконагруженных элементов анкерной крепи горных выработок.
Результаты исследований позволили целенаправленно создать ряд уникальных конструкций основных элементов горного анкера. На основании полученных решений разработаны и внедрены в серийное производство высоконадежные и безопасные узлы анкерной крепи.
Выводы.
— Прочность узла соединения стержня анкера из проката винтового профиля 20-Ав400С и трехступенчатой гайки превышает прочность стержня на разрыв, а у винтового профиля 16-Ав400С и трехступенчатой гайки составляет 130 кН и более, что превышает значение прочности по его технической характеристике, равной 110 кН.
— Скручивание гаек со стержней под действием осевой силы не происходит.
— Соединение стержня анкера с трехступенчатой гайкой можно использовать в качестве резьбового соединения. не допускается.
Всего листов 5.
Министерство энергетики РФ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Испытания показали, что прочность соединения узла «стержень-гайка» анкерной крепи АК20 превышает прочность стержня на разрыв. У образцов 1, 2, 3 произошло разрушение стержня, а резьба осталась целой и после снятия нагрузки гайка свободно скрутилась. У образцов 4 и 6 анкерной крепи АК16 произошел срез витков резьбы. У образца 5 анкерной крепи АК16 прочность соединения узла «стержень-гайка» превысила прочность стержня на разрыв.
Геометрические размеры опорных втулок и гаек остались без изменения.
Список литературы
- Широков А.П., Лидер В. А., Писляков Б. Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. М., «Недра», 1976, 218 с.
- Светлицкий В.А. Механика стержней: Статика: Учеб. Пособие. — М.: Изд-во МГТУ, 1993. — 70 с — ил.
- Светлицкий В.А. Механика стержней: Учебник для вузов Т.1. Статика, М.: Высшая школа, 1987.
- Широков А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. М., «Недра», 1981,-381 с.
- Пономарев Д., Андреева Л. Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. — М.: Машиностроение, 1980. — 326 с, ил. — (Б-ка расчетчика).
- Артоболевский И.И. Теория меха1шзмов и машин: Учеб. Для втузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука. Гл. ред. Физ. — мат. Лит., 1988. -640с.
- Машнев М.М., Красковский Е. Я., Лебедев П. А. Теория механизмов и машин и детали машин: Учеб. Пособие для студентов немашиностроительных специальностей вузов. — 2-е изд., перераб. и дополн. -Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-е, 1980. -512 с.
- Пучшшн Г. С, Дворников Л. Т. Расчеты сложнонагруже1шых резьбовых соединений и винтовых механизмов. Фрунзе. 1986. 166 с.
- Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М. А. Анкерная крепь. Справочник. М., «Недра», 1990, — 205 с.
- Лукьянов В.Г., Грабчак Л. Г., Рогов В. Ф. и др. Проведение горизонтальных горноразведочных выработок скоростным методом: Справочное пособие. М. Недра, 1989.- 324 с.
- Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для студентов высших учебных заведений. — 5-е издание, переработ. — М.: Высш. Шк., 1991. -383 с.
- Дарков А.В. Строительная механика. Изд. 7-е, перераб. и доп. Учебник для вузов. М., «Высшая школа», 1976 г., 600 с.
- Гелескул М.Н., Каретников В. Н. Справочник по крепленшо капитальных и подготовительных горных выработок. М. «Недра», 1982. 480 с.
- Максимов А.П. Горное давление и крепь выработок. М. «Недра», 1973. 288 с.
- Свердлов Г., Дворников Л. Т., Подборонников Ф. Затяжное устройство анкера. Патент РФ № 2 165 023. Опубликован 10.04.2001 г. Бюл. № 10,
- Дворников Л.Т., Шмаров А. В., Мошкин Н.В, Свердлов Г. Замок анкера. Патент РФ № 2 166 092. Опубликован 27.04.2001 г. Бюл. № 12.
- Дворников Л.Т., Прокушенко СИ., Мошкин Н.В, Вечужанин Д. С, Бабанов А. П. Стержень анкера. Свидетельство № 29 748. Опубликовано 27.05.2003 г. Бюл. № 15,
- Дворников Л.Т., Прокушенко СИ., Мошкин Н.В, Полынцев Н, А, Затяжное устройство анкера. Патент № 2 212 540, Опубликован 20,09.2003 г. Бюл. № 26.
- Двор1шков Л.Т., Прокушенко СИ., Мошкин Н. В., Горный анкер. Патент РФ № 38 836. Опубликован 10.07.2004 г. Бюл. № 19. 0f
- Ануфриев A.B., Барковский В. В., Гараев Ю. Д., Майоров А. Е. Технология закрепления анкеров минеральным заполнителем. Горный журнал № 2−1999 г.
- Самородов Б, Н., Марысюк В. П., Наговицын Ю, Н. Опыт крепления горных выработок сталеполимерными анкерами. Горный журнал № 4−2001 г.
- Саламатин А.Г., Яковлев Д.В, Проблемы развития технологии анкерного крепления на шахтах России. Горный журнал № 5−2000 г.
- Решетов Е., Ремезов А. В., Мышляев Б. К. Особенности современной технологии анкерования кровли, применяемой в США. Уголь № 12−1999г.
- Константинова А. Методика расчета параметров анкерной крепи горных выработок. Горный журнал № 2−1991 г.
- ALIMAK BOLTING. «Mining magazine» № 1−1984 г.
- THE SPLIT SET SISTEM. «Mining magazine» № 9−1985 r.
- OUR ГОЕА OF ROCK-BOLTING JAST KEEPS ON SWELLING. «Mining magazine» № 12−1984 r.
- Светлицкий В. A, Механика абсолютно гибких стержней. Под ред. А. Ю. Ишлинского. М.: Изд-во МАИ, 2001. 432 с. ил.
- Степин П.А. Сопротивление материалов: Учебник для немашиностроительных спец. Вузов. — 8-е изд. — М.: Высш. Шк. 1988. -367 с.
- Мадатян А. Арматура железобетонных конструкций. М. Воентехлит. 2000, 256 с.
- Паспорт анкерной крепи А20 В.000 ПС. #У
- Крагельскш! И.В., Коэффициенты трения, Москва, 1962 г,
- В.Д. Юрченко, О. А. Утиралов, В. И. Магдыч, В. В. Некрасов. Анкерная сталеминеральная крепь типа АСМ. Уголь № 1−2003 г.
- Мирошник А.И. Мы готовы к конструктивному диалогу (О применении винтовой арматуры при производстве СПА). Уголь № 4−2003 г.
- Фридлянов Б. Винтовая арматура. Металлоснабжение и сбыт апрель 2001 г.
- Инструкция по расчету и применехшю анкерной крепи на угольных шахтах России — СПб.: ВНИМИ, 2000. — 70с.
- Технические условия на анкер сталеполимерный АСП, 1998.
- Времеьшая инструкция по расчету и примененшо анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна. — Прокопьевск: КузНИУИ, 1996, — 95с.
- Методическое руководство по применению анкерной крепи на шахтах ЗАО УК «Южкузбассуголь». — Новокузнецк: ЗАО УК «Южкузбассуголь», 2002. 47с., ил.
- Временная методика расчета и выбора параметров крепей сопряжений подготовительных выработок для шахт ОАО УК «Кузнецкуголь». -Новокузнецк: ОАО УК «Кузнецкуголь», 2001. — 49с.
- Каретников В.Н. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник / В. Н. Каретников, Б. В. Клейменов, А. Г. Нуждихин. — М.: Недра, 1989. — 571с.
- Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производств и объектов».
- Правила безопасности в угольных шахтах. Часть 2. — Самара: Самарский дом печати, 1995. — 235с.
- Указания по рациональному расположеншо, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. — Изд. 4-е, дополненное. Л.:ВНИМИ, 1986., 222с. 1#" :#)
- М.И. Звонарев, «Анкерная крепь», Авторское свидетельство СССР № 10 401 068, опубликовано 07.09.83 г., Бюлл. № 33.
- П.Д. Кийков, Д. И. Корсун, Т. П. Кийкова. «Универсальный распорный анкер». Авторское свидетельство СССР № 1 164 433, опубликовано 30.06.85 г., Бюлл. № 24.
- Мадатян А. Технология натяжения арматуры и несущая способность железобетонных конструкций. -М. Стройиздат. 1980, 196 с, ил.
- Голышев А.Б. и др. Проектирование железобето1шых конструкций.: Справочное пособие, 1990. — 544 с. ил. (Б-ка проектировщика).
- Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М., 1980 г., 976 стр. с илл.
- Воронков И.М. Курс теоретической механики. М., 1966 г., 596 стр. с илл.
- Фиников СП. Курс дифференциальной геометрии. М., 1952 г., 343 стр.
- Погорелов А.Б. Дифференциальная геометрия. М., 1974 г., 176 стр.
- Прокат периодического профиля с серповидными поперечными ребрами для армирования железобетонных конструкций. Технические условия. ТУ 14−1-5254−94. ЦССМ ОАО ГНЦ РФ ЦНРШчермет. 1997 г.
- Прокушенко СИ., Дворников Л. Т., Мошкин Н. В., Новые решения элементов анкерной крепи. Региональный наз^но-производственный и социально-экономический журнал «ТЭК и ресурсы Кузбасса». № 2/15, 2004 год.
- Мефоденко Е.В., Лаврик А. Н., Мирошник А. И., Абашев Л. А. Сталеполимер1п>1Й анкер. Свидетельство на полезную модель № 10 215.
- Л.Т. Дворников, Г. С Пучинян, СГ. Пучинян. К вопросу о выравнивании нагрузки по виткам резьбы. Известия Академии наук Киргизской ССР. № 3, 1983 г.
- Крайнев А.Ф. Механика машин. Фу1адаментальный словарь. М. ф it* -«) Машиностроение, 2000, 904 с, ил. 60. Горная энциклопедия. Москва, Советская энциклопедия, 1984 г.
- Мельников Н.И. Совершенствование и опыт применения анкерной крепи, М, 1977.
- Шмаров А.В., Мошкин Н. В. Обоснование нового вида крепления анкерного болта в скважине. Материалы региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых „Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения“. Новокузнецк 2001.-С. 291−292.
- Дворников Л.Т., Мошкин Н. В. Затяжное устройство и замок анкера. Материалы регионального конкурса „Инновация и изобретения года“. Администрация Кемеровской области. Кузбасская торгово-промышленная палата. Областной совет BOPIP. Кемерово 2002.-С. 11.
- Мошкин Н.В. Совершенствование ответственных узлов анкерного креплехшя. Материалы двенадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения. Новокузнецк, 2002 г.-С. 213−216.
- Дворников Л.Т., Мошкин Н. В. Исследование напряженного состояния стержня горной анкерной крепи. Материалы тринадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения. Новокузнецк, 2003 г.-С. 168−177.
- Прокушенко СИ., Дворников Л. Т., Мошкин Н. В., Новые решения элементов анкерной крепи. Региональный научно-производственный и социально-экономический журнал „ТЭК и ресурсы Кузбасса“. № 2/15, 2004 Г0Д.-С. 42−45.
- Патент РФ № 2 166 092. Дворников Л. Т., Шмаров А. В., Мошкин Н. В., Свердлов Г. Замок анкера. Опубликован 27.04.2001 г, Бюл. № 12.
- Патент РФ № 2 212 540. Затяжное устройство анкера. Опубликован 20.09.2003 г. Бюл. № 26.
- Свидетельство РФ № 29 748. Дворников Л. Т., Прокушенко СИ., Мошкин Н. В., Стержень анкера. Опубликовано 27.05.2003 г. Бюл. № 15.
- Патент РФ № 38 836. Дворников Л. Т., Прокушенко СИ., Мошкин Н. В., Горный анкер. Опубликован 10.07.2004 г. Бюл. № 19.
- СТЕПЕНИ за {водство шАК врам) тецш юаннох 'ИИ И MAi .дной юкг 200Л» ^ % д 5 5 ^ ^ Генеральный директор В. В. Табачников г. Новокузнецк 11 июня 2004 г. Q. V