Методика и результаты лабораторных и стендовых испытаний гидростоек механизированных крепей на динамические нагрузки

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ

И СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОСТОЕК

МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

НА ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

4.1. Описание и принцип работы динамических стендов

При создании аварийных устройств в гидростойках механизи­рованных крепей, предназначенных для работы в условиях динами­ческого нагружения, оценка их надежности и работоспособности предварительно осуществляется на различных стендах, способных произвести аналогичные ударные нагрузки. Для этой цели в основ­ном применяются стенды простых конструкций, на которых в каче­стве ударной нагрузки используется вес падающего груза. При та­ком ударе в цилиндре гидростойки возникает симметричный им­пульс, длительность и амплитуда которого зависят от высоты сброса груза и его веса. Качественно такой импульс характерен и может быть полезен при имитировании условий нагружения гидро­стойки действием ударной волны в кровле и почве пласта при взрывной отбойке полезных ископаемых, например при эксплуата­ции механизированных крепей в условиях Чиатурского марганце­вого месторождения [76].

Подобные типы стендов имитируют только передний фронт уда­ра, активный его этап, на котором динамическая нагрузка может быть идентична шахтным условиям нагружения. Затем следует пас­сивный этап удара, при котором происходят "отскок" ударной мас­сы и восстановление упругих деформаций [101]. Пассивный этап удара искажает процесс динамической нагрузки.

Стенд, установленный в отделении Центрального института по развитию горной промышленности ВНР (г.Татабанья), имеет высоту сброса 1,5 м и массу груза до 1,4 т [39]. Позднее был запущен стенд с высотой сброса 18,0 м и массой сбрасываемого груза 3,5 т, что по­зволяет исследовать опытные образцы реальных конструкций. Ана­логичные стенды действуют в Польше в Главном институте горного дела (г. Катовице) [57] и на шахте ЗготЫгк! [79].

Динамический стенд, установленный в Государственном ведом­стве по испытанию материалов ТЧогёгпет — ^ез1:Га1еп ( МРА ) в г. Дортмунде, позволяет получить энергию удара Е_тах = 0,4 МДж =

= 400 кНм посредством сброса массы С = 20 000 кг в пределах вы­соты 2 м [52].

Обеспечить максимальное приближение условий динамических нагружений на стенде возможно тогда, когда физический механизм появления ударной нагрузки близок к процессу, протекающему в кровле. Известно, что для труднообрушаемых кровель конверген­ция пород пласта вызывает их деформацию и рост внутренних на­пряжений, которые с повышением предельных значений реализуют­ся в виде ударных динамических нагрузок на крепь и ее гидроэле­менты. Подобный физический механизм — использование энергии упругих деформаций для обеспечения динамических нагрузок — был реализован при разработке ударного стенда, изготовленного и испы­танного в КузНИУИ [102].

Для испытания моделей гидростоек малых размеров может быть применен стенд КузПИ в г. Кемерово, который состоит из станины, сбрасываемого груза, стола и подъемного механизма со сбрасываю­щим устройством (рис. 4.1). На столе устанавливается модель гидро-

стойки с измерительными датчиками. Гидростойка распирается на максимальный размер с помощью насосной станции через гидро­блок. Испытание полноразмерных конструкций гидростоек с АУ, срабатывающими от давления, проводятся на данном стенде через промежуточный гидроцилиндр [2].

Имитация ударного нагружения весом падающего груза ограни­чивает длительность ударного нагружения, и снижение нагрузки на стойку может начинаться раньше, независимо от работы предохра­нительных устройств. Остается неясным, в результате чего падает нагрузка на стойку: из-за уменьшения ударного импульса или сраба­тывания предохранительного устройства. Эти два явления на обыч­ных ударных стендах разделить нельзя. Поэтому в основном стара­ются задать максимальный импульс и работают на нарастающей ха­рактеристике импульса.

Стенд СТ-6ДМ Гипроуглемаша [103] был установлен на Мала­ховском экспериментальном заводе и обеспечивал следующие пара­метры нагружения в режиме заданной деформации:

1.  Усилие, тс

статического нагружения                           _;           30-120

динамического нагружения       ,              ,            80-240

2.  Энергия удара максимальная, кгс • м                        45 000

3.  Величина продавливания, мм

статическая                                                                150

динамическая                                                           4-40

4. Скорость продавливания

статическая, мм/мин                                                2-50

динамическая, мм/с                                                 до 250

5.  Максимальный размер стойки, мм                   не более 3500

6.  Давление воздуха от компрессора, МПа                     16

7.  Давление насосной станции, МПа                               32

8.  Высота стенда, мм                                                       4970

Стенд СТ-6ДМ (рис. 4.2) представляет собой двухколонный пресс, смонтированный на неподвижном нижнем основании 1. На колон­нах стенда смонтирована подвижная траверса 2, определяющая ра­бочее пространство для испытаний стойки, а в нижнем основании установлено пневмогидравлическое нагружающее устройство, обес­печивающее статическое и динамическое нагружение гидростойки. Кроме того, стенд оснащен компрессором высокого давления 3, си-лоизмерительным 4 и электрическим 5 пультами управления.

В силоизмерительный пульт управления входят: насосная стан­ция, рассчитанная на давление до 30 МПа, и силоизмерительное

Рис. 4.2. Стенд СТ6-ДМ института Гипроуглемаш

(г. Москва).                                      .< • •    ;

1—5 см. в тексте.

устройство с самописцем. Электрический пульт предназначен для управления подвижной траверсой, компрессором и пневмоклапана-ми, работающими при динамическом нагружении стоек крепи.

Испытуемая стойка устанавливается между нижним столом 1 и верхней траверсой 2 и распирается под давлением от отдельной эмульсионной насосной станции. Усилие распора задается зарядкой перепускного клапана типа КГУ или любого другого на необходи­мую величину.