ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИНДИВИДУАЛЬНАЯ СТОЙКА Российский патент 1995 года по МПК E21D15/44 

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению очистных забоев в качестве несущего элемента индивидуальной крепи.

Известна гидравлическая индивидуальная стойка, включающая цилиндр, шток с поршнем, предохранительный клапан, разгрузочное устройство, ручной насос поршневого типа с приводом для возвратно-поступательного движения его поршня (Г. Н. Аптекман, Г.Е. Сирин, И.В. Яковлев. Металлическая крепь для очистных забоев угольных шахт, М. ЦНТИугольной промышленности, 1961, с. 34).

Основным недостатком известной гидравлической стойки является отсутствие в конструкции насоса ступени низкого давления, что обуславливает весьма медленный темп раздвижки стойки, повышенные затраты ручного труда при заниженных значениях достигаемого усилия начального распора стойки между боковыми породами, приводящего к снижению эксплуатационной надежности стойки в процессе поддержания кровли угольного пласта.

Наиболее близким к предлагаемой является гидравлическая индивидуальная стойка, включающая цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, выполненным со сквозным по центру отверстием и снабженным центрирующим патрубком, обратным, всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер ручного насоса с герметизирующими элементами для создания силовой камеры, подвижно соединенный одной стороной с патрубком поршня, а другой к удлинителю ползушки кривошипа ручного насоса, предохранительный клапан, расположенный в обособленном корпусе, нагнетательный диск, закрепленный на наружной поверхности плунжера насоса и толкатель для разгрузки стойки [1,2,3]
Недостатками известной гидравлической стойки являются:
сложность конструкции из-за необходимости применения специального разгрузочного устройства и нецелесообразного его расположения вместе с предохранительным клапаном в верхней части штока с элементами гидравлических связей и уплотнительными узлами для их герметизации;
трудоемкость изготовления, связанная с большим объемом работ по изготовлению узлов, деталей разгрузочного устройства и элементов гидравлических связей, а также сварочных операций по обеспечению герметичности обособленного корпуса на сопряжениях его со стенками штока;
ограниченные конструктивные возможности увеличения гидравлической раздвижности, что исключает попытки создания такого типа стоек для использования их в условиях тонких и весьма тонких пластов, а также предрасполагает к созданию аварийных ситуаций при посадке стоек "нежестко" при использовании их в условиях угольных пластов средней мощности.

Предлагаемая конструкция гидравлической индивидуальной стойки позволяет исключить при реализации указанные в прототипе недостатки.

При использовании в промышленности предлагаемой стойки будет обеспечено достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, снижении трудоемкости изготовления и расширения области ее использования.

Достижение изобретением технического результата обеспечивается за счет того, что гидравлическая индивидуальная стойка включает следующие существенные конструктивные признаки: цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, выполненным со сквозным по центру отверстием и снабженным центрирующим патрубком, обратным, всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер ручного насоса с герметизирующими элементами для создания силовой камеры, подвижно соединенный одной стороной к патрубку поршня, а другой к удлинителю ползушки кривошипа ручного насоса, предохранительный клапан, расположенный в обособленном корпусе, нагнетательный диск, закрепленный на наружной поверхности плунжера насоса, и толкатель для разгрузки стойки, причем обособленный корпус с предохранительным клапаном установлен в полости стойки вдоль продольной ее оси, состыкован с патрубком и снабжен цилиндрическим хвостовиком, который размещен с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности патрубка и жестко закреплен в сквозном отверстии поршня, а наружная поверхность обособленного корпуса сопряжена с внутренней поверхности плунжера ручного насоса с возможностью сообщения силовой его камеры с заклапанной полостью всасывающего и нагнетательного клапанов через поперечные пазы, выполненные в зоне стыковки обособленного корпуса с патрубком, и кольцевой зазор, при этом подклапанная полость предохранительного клапана сообщена с рабочей полостью стойки посредством сквозного продольного канала, выполненного в теле хвостовика, плунжер ручного насоса взаимодействует с толкателем, установленным в заклапанной полости обратного клапана, а наружный диаметр обособленного корпуса превышает наружный диаметр патрубка.

Совокупность отличительных признаков предложенной гидравлической стойки при ее реализации обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, снижении трудоемкости изготовления и расширении области ее использования.

Это обуславливается тем, что обеспечивается возможность выполнения ручным насосом дополнительной функции по разгрузке стойки и достижения конструктивной, технологической и эксплуатационной целесообразности путем рациональной компоновки отдельных элементов стойки.

Эта техническая задача решается благодаря отличительным особенностям предложенной конструкции гидравлической индивидуальной стойки, выраженных в наличии:
кинематической связи плунжера насоса с наружной поверхностью обособленного корпуса предохранительного клапана, который установлен в полости стойки вдоль продольной ее оси, состыкован с патрубком и снабжен хвостовиком;
новой формы силовой камеры плунжера насоса, при которой наружный диаметр обособленного корпуса превышает наружный диаметр патрубка, что по сравнению с прототипом позволило инвертировать функции всасывания-нагнетания насоса и использовать его в качестве разгрузочного устройства в процессе взаимодействия плунжера насоса с толкателем, установленным в заклапанной полости обратного клапана;
гидравлической связи силовой камеры плунжера насоса с всасывающим и нагнетательным клапанами через поперечные пазы, выполненные в зоне стыковки обособленного корпуса с патрубком, и кольцевой зазор между внутренней поверхностью патрубка и наружной поверхностью хвостовика, жестко закрепленного в сквозном отверстии поршня;
гидравлической связи подклапанной полости предохранительного клапана с рабочей полостью стойки посредством сквозного продольного канала, выполненного в теле хвостовика.

Такое конструктивное выполнение гидравлической стойки не известно из уровня техники и при реализации обеспечивает достижение технического результата и, следовательно, соответствует условиям патентоспособности технических решений.

На фиг.1,2, изображена гидравлическая стойка индивидуальной крепи, общий вид.

Предлагаемая гидравлическая индивидуальная стойка включает цилиндр 1, установленный в нем шток 2 с несущей опорой 3, поршень 4, выполненный со сквозным по центру отверстием 5 и снабженный центрирующим патрубком 6. Обособленный корпус 7, вмещающий предохранительный клапан 8, расположен в полости стойки вдоль продольной ее оси с возможностью стыковки с центрирующим патрубком 6. Он снабжен цилиндрическим хвостовиком 9, размещенным с кольцевым зазором 10 относительно внутренней поверхности патрубка и жестко закрепленным в сквозном отверстии 5 поршня 4. Подклапанная полость 11 предохранительного клапана 8 постоянно сообщена с рабочей полостью 12 стойки посредством сквозного продольного канала 13, выполненного в теле хвостовика, а внутренняя полость 14 штока, служащая резервуаром для рабочей жидкости, имеет возможность сообщения с рабочей полостью стойки через обратный клапан 15, установленным в поршне 4.

Стойка снабжена ручным насосом, который состоит из плунжера 16, герметично сопряженного своей внутренней поверхностью с наружными поверхностями обособленного корпуса 7 и патрубка 6 с возможностью осевого перемещения, при этом образованная сопряженными элементами силовая камера 17 сообщена через поперечные пазы 18, выполняемые в зоне стыковки обособленного корпуса 7 с патрубком 6, с кольцевым зазором 10, который в свою очередь имеет вход в заклапанную полость 19, являющейся общей для всасывающего 20 и нагнетательного 21 клапанов, установленных в теле поршня 4. Возвратно-поступательное движение плунжера 16 осуществляется при помощи кривошипа 22, установленного с возможностью его вращения в стенке штока 2 и подвижно соединенного с ползушкой 23, удлинитель 24 которой закреплен к плунжеру 16. Вращение кривошипа 22 производится поворотом вручную съемной рукоятки 25, при этом заданный угол поворота обеспечивает возможность контакта торца плунжера 16 с толкателем 26, размещенным в заклапанной полости обратного клапана 15 и выполненным со сквозным продольным каналом 27. Для ускорения раздвижки стойки плунжер 16 снабжен нагнетательной шайбой 28.

Геометрическая форма силовой камеры 17, при которой диаметр обособленного корпуса 7 превышает диаметр патрубка 6, позволяет совместить процесс всасывания рабочей жидкости в силовую камеру 17 с перемещением плунжера 16 в направлении поршня 4, чем достигается возможность использования насоса в качестве разгрузочного устройства. При этом разность размеров этих диаметров определяет величину эффективной площади плунжера 16 насоса.

Гидравлическая стойка работает следующим образом.

В исходном положении внутренняя полость 14 штока заполнена рабочей жидкостью, например маслом индустриальным, съемная рукоятка 25 соединена с кривошипом 22, шток 2 с поршнем 4 находятся в крайнем нижнем положении, а плунжер 16 в крайнем верхнем положении, подготовленный для осуществления предстоящего цикла всасывания рабочей жидкости в силовую камеру 16 и вытеснения жидкости из полости 14 в рабочую полость 12 нагнетательной шайбой 28. Раздвижка стойки и ее начальный распор между боковыми породами пласта осуществляется вручную рукояткой 25, вращательное движение которой вместе с кривошипом 22 преобразуется посредством ползушки 23 в поступательное перемещение плунжера 16, что вызывает разряжение в силовой камере 17 и заполнение ее рабочей жидкостью из полости 14 штока через всасывающий клапан 20, заклапанную полость 19, кольцевой зазор 10 и поперечные пазы 18. Одновременно нагнетательная шайба 28 при перемещении создает давление на нижерасположенный столб жидкости в полости 14 штока, под действием которого происходит принудительное открывание обратного клапана 15, и нагнетание жидкости в рабочую полость 12 стойки через сквозной продольный канал 27 толкателя 26, приводящее к выдвижению штока 2. Поворотом рукоятки 25 в обратную сторону достигается перемещение плунжера 16 в сторону несущей опоры 3, в процессе которого незначительная порция жидкость из силовой камеры 17 дополнительно вытесняется в рабочую полость 12 стойки через поперечные пазы 18, кольцевой зазор 10 и нагнетательный клапан 21. После чего цикл подачи жидкости в рабочую полость 12 стойки повторяется, причем требуемый темп выдвижения штока 2 обеспечивается в основном нагнетательной шайбой 28, служащей в качестве насоса низкого давления. Только после контакта несущей опоры 3 с кровлей пласта осуществляется силовой распор стойки между боковыми породами пласта с заданным усилием, величина которого определена размерами эффективной площади плунжера 16, служащего в качестве насоса высокого давления. Процесс нагнетания жидкости в рабочую полость 12 стойки при силовом ее распоре не отличается от описанного процесса ее раздвижки, однако с той лишь разницей, что нагнетательная шайба 28 в этот период работает в холостом режиме за счет перетока жидкости в полости 14 штока через зазоры, предусмотренные на сопряжениях ее с цилиндрическими поверхностями цилиндра 1 и плунжера 16.

При опускании кровли пласта давление жидкости в рабочей полости 12 стойки, в сквозном продольном канале 13 хвостовика 9 и в подклапанной полости 11 предохранительного клапана 8 возрастает до величины настроечного давления этого клапана с последующим его срабатыванием и периодическим выпуском порций жидкости из рабочей полости 12 во внутреннюю полость 14, при этом шток 2 вдвигается в цилиндр 1 с заданным рабочим сопротивлением опусканию кровли угольного пласта.

Разгрузка и посадка стойки производится рукояткой 25, поворот которой вместе с кривошипом 22 возможен только в одном направлении, которое соответствует поступательному движению плунжера 16 в сторону поршня 4, при котором происходит всасывание жидкости в силовую камеру 17, через всасывающий клапан 20, заклапанную полость 19, кольцевой зазор 10 и поперечные пазы 18 вплоть до контакта торца плунжера 17 с толкателем 26. Дальнейшее их совместное перемещение вызывает принудительное открытие обратного клапана 15. После чего жидкость из рабочей полости 12 по сквозному продольному каналу 27 поступает во внутреннюю полость 14 в количестве, соответствующем требуемой величине опускания штока 2. Поворотом рукоятки 25 в обратную сторону плунжер 16 возвращается в исходное верхнее положение, а обратный клапан усилием своей пружины перекрывает доступ жидкости во внутреннюю полость 14 штока. После переустановки стойки производственные операции раздвижки, распора и разгрузки стойки повторяются.

Отличительные особенности гидравлической индивидуальной стойки позволяют упростить конструкцию, снизить трудоемкость изготовления и расширить область ее использования за счет новой компоновки стойки, при которой обеспечивается кинематическая связь наружной поверхности обособленного корпуса 7 предохранительного клапана 8 с плунжером 16 ручного насоса и возможность инверсии функций всасывания-нагнетания для использования его в качестве разгрузочного устройства, при этом обеспечивается: гидравлическая связь силовой камеры 17 плунжера 16 с всасывающим 20 и нагнетательным 21 клапанами; гидравлическая связь подклапанной полости 11 предохранительного клапана 8 с рабочей полостью 12 стойки посредством сквозного продольного канала 13, выполненного в хвостовике 9 обособленного корпуса 7; возможность взаимодействия плунжера 16 с обратным клапаном 15 через толкатель 26, выполненного со сквозным продольным каналом 27 для сообщения внутренней полости 14 штока 2 с рабочей полостью 12.

Это обстоятельство позволяет устранить значительное количество узлов и деталей, сократить количество типоразмеров, объем сборочных и сварочных операций, повысить эксплуатационные качества стойки за счет увеличения раздвижности, позволяющей использовать стойку в условиях тонких и весьма тонких угольных пластов.

Использование: для крепления очистных забоев в качестве несущего элемента индивидуальной крепи. Сущность изобретения: гидравлическая индивидуальная стойка обеспечивает кинематическую связь наружной поверхности обособленного корпуса предохранительного клапана с плунжером ручного насоса и возможность инверсии функций всасывания-нагнетания для использования его в качестве разгрузочного устройства. Обеспечена гидравлическая связь силовой камеры плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами, предохранительного клапана с рабочей полостью стойки посредством сквозного канала, выполненного в хвостовике обособленного корпуса, возможность взаимодействия плунжера с обратным клапаном через толкатель. Плунжер установлен в поршне и выполнен со сквозным продольным каналом для сообщения с внутренней полостью штока с рабочей полостью цилиндра. 2 ил.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИНДИВИДУАЛЬНАЯ СТОЙКА, включающая цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, выполненным со сквозным отверстием по центру и снабженным центрирующим патрубком, обратным, всасывающим и нагнетательным клапанами, плунжер ручного насоса с герметизирующими элементами для создания силовой камеры, подвижно под соединенный одной стороной к патрубку поршня, а другой к удлинителю ползушки кривошипа ручного насоса, предохранительный клапан, расположенный в обособленном корпусе, нагнетательный диск, закрепленный на наружной поверхности плунжера насоса, и толкатель для разгрузки стойки, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения трудоемкости изготовления и расширения области использования стойки, обособленный корпус с предохранительным клапаном установлен в полости стойки по ее продольной оси, состыкован с патрубком и снабжен цилиндрическим хвостовиком, который размещен с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности патрубка и жестко закреплен в сквозном отверстии поршня, а наружная поверхность обособленного корпуса сопряжена с внутренней поверхностью плунжера ручного насоса с возможностью сообщения его силовой камеры с заклапанной полостью всасывающего и нагнетательного клапанов через поперечные пазы, выполненные в зоне стыковки обособленного корпуса с патрубком, и кольцевой зазор, при этом подклапанная полость предохранительного клапана сообщена с рабочей полостью стойки посредством сквозного продольного канала, выполненного в теле хвостовика, плунжер ручного насоса взаимодействует с толкателем, установленным в заклапанной полости обратного клапана, а наружный диаметр обособленного корпуса превышает наружный диаметр патрубка.