ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СИЛОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1996 года по МПК E21C37/10 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче строительного камня, стеновых блоков, разрушения негабаритов и фундаментов.

Известен силовой элемент, включающий раздвижные щеки со скосами на внутренних поверхностях, вставки трапецеидальной формы, установленные между раздвижными щеками и прилегающие наклонными гранями к скошенным поверхностям, раздвижных щек, эластичную трубчатую камеру, продольно установленную между раздвижными щеками и большими основаниями вставок, торцовые цилиндрические запорные фланцы со штуцером подвода рабочего агента в трубчатую камеру [1]
Недостатком известного устройства является низкая надежность, трудоемкость при изготовлении и малый срок службы.

Известно также гидравлическое устройство для разрушения монолитных объектов, включающее цилиндрический корпус с осевой продольной полостью, образованный парой продольных раздвижных щек, трубчатую эластичную оболочку, продольно установленную в осевой полости корпуса, торцовые обоймы, входящие выступами в пазы на торцах раздвижных щек, и штуцера для подачи рабочей жидкости в эластичную оболочку. В эластичной оболочке продольно установлен компенсатор объема в виде стержня, снабженного каналами и жестко связанного со штуцерами. При этом устройство снабжено элементами взаимной стяжки торцовых обойм, выполненных в виде гаек, навинченных на наружные концы штуцеров [2]
Недостатком известного устройства является низкая надежность, недолговечность и трудоемкость изготовления.

Противонаправленное перемещение раздвижных щек устройства (в направлении одной координатной оси) снижает эффективность разрушения монолита, так как структурные нарушения материала (породы) могут не располагаться в зоне растягивающих напряжений, Для разрушения монолита в трубчатой эластичной оболочке необходимо будет создать значительно более высокое давление рабочей жидкости, что может привести к разрушению (срезыванию) выступов торцовых обойм и разрушению устройства.

При контакте с горной породой в зазоры между раздвижными щеками попадает абразивная пыль, что может привести их к заклиниванию. Устройство не восстанавливает исходную форму, остается в скважине (шпуре) и безвозвратно утрачивается.

Дополнительные соединения компенсатора объема (стержня) со штуцерами снижает надежность устройства из-за весьма значительных растягивающих усилий и т.п.

Цель изобретения состоит в повышении надежности работы устройства, увеличении его долговечности (срока службы) и значительном снижении трудоемкости при его изготовлении.

Цель достигается тем, что в заявленном техническом решении детали устройства собраны с натягом, а отдельные детали, выполненные из жесткого конструкционного материала, изготовлены податливыми (например, в виде пружин с малой жесткостью). Отсутствие при этом стальных силовых элементов с трущимися поверхностями исключает отрицательное воздействие абразивных частиц, находящихся в скважине.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения заключается в том, что использование в заявленном техническом решении силовых элементов из высокоэластичных материалов (например, с относительным удлинением при разрыве, достигающим 500-800%) дает возможность увеличить гарантированный зазор между диаметром скважины (шпура) и минимальным диаметром устройства в несколько раз (в сравнении с прототипом), что обеспечивает беспрепятственное извлечение устройства после разрушения негабарита и тем самым увеличивает срок его службы.

Опережающая деформация уплотнительных манжет в поперечном направлении в заявленном изобретении позволяет перекрыть сечение скважины (шпура) до начала продольной деформации эластичного силового элемента, контактирующего с горной породой, что дает возможность избежать самозаклинивания или разрушения устройства.

Кроме того, отсутствие стальных деталей (силовых элементов) достаточно сложной конфигурации со шлифованными поверхностями трения в предложенном техническом решении значительно снижает трудоемкость при изготовлении устройства и повышает также его надежность.

Сущность предлагаемого изобретения характеризуется тем, что в гидравлическом силовом устройстве, включающем трубчатую камеру, закрепленную на концах замковыми устройствами, силовые элементы и уплотнительные манжеты, трубчатая камера установлена на ступенчатом стержне, а силовые элементы выполнены эластичными и концентрически расположены на трубчатой камере, при этом уплотнительные манжеты размещены на внутреннем эластичном силовом элементе между опорными регулировочными гайками и наружным эластичным силовым элементом и выполнены в виде эластичных колец, заключенных в металлические пружинные каркасы прямоугольного сечения, причем динамическая вязкость материала наружного и внутреннего эластичных силовых элементов удовлетворяет соотношению
μ_н ≥ 2μ_в где μ_н динамическая вязкость материала наружного эластичного силового элемента;
μ_в динамическая вязкость материала внутреннего эластичного силового элемента.

Кроме того, наружный эластичный силовой элемент армирован в продольном направлении.

На фиг. 1 изображено гидравлическое силовое устройство, общий вид, совмещенный с продольным разрезом; на фиг.2 фрагмент металлического пружинного каркаса прямоугольного сечения; на фиг.3, 4 разрез А-А на фиг.2; на фиг.3 каркас изготовлен из материала круглого сечения; на фиг.4 каркас изготовлен из материала
-образного сечения.

Гидравлическое силовое устройство включает ступенчатый стержень 1, трубчатую камеру 2, силовые элементы 3 и 4 и опорные регулировочные гайки 5 (см.фиг.1).

Трубчатая камера 2, выполненная из эластичного материала, крепится на конических ступенях 6 ступенчатого стержня 1 замковыми устройствами, выполненными в виде разрезной пружинной втулки 7 с внутренней конической поверхностью и наружной обоймы 8.

Силовые элементы 3 и 4 выполнены эластичными и концентрически расположены на трубчатой камере 2, причем динамическая вязкость материала наружного 4 и внутреннего 3 эластичных силовых элементов удовлетворяют соотношению
μ_н ≥ 2μ_в, где μ_н динамическая вязкость материала наружного эластичного силового элемента;
μ_в динамическая вязкость материала внутреннего эластичного силового элемента.

Уплотнительные манжеты, выполненные в виде эластичного кольца 9, помещенного в металлический пружинный каркас 10 прямоугольного сечения (см.фиг. 2), размещены на внутреннем эластичном силовом элементе 3 между опорными регулировочными гайками 5 и наружным эластичным силовым элементом 4.

Ступенчатый стержень 1, на резьбовых концах которого находятся опорные регулировочные гайки 5, снабжен продольным 11 и поперечным 12 каналами.

Для ослабления срезающего усилия, действующего на металлический пружинный каркас 10 уплотнительных манжет, наружный эластичный силовой элемент 4 армирован в продольном направлении.

Гидравлическое силовое устройство работает следующим образом.

В пробуренный шпур с гарантированным зазором Δ D вводится устройство, подключенное к гидравлическому ручному насосу высокого давления (или к маслостанции). Рабочая жидкость под давлением Р поступает по продольному 11 и поперечному 12 каналам в трубчатую камеру 2.

Под действием давления Р рабочей жидкости эластичные силовые элементы 3 и 4 начнут деформироваться в поперечном х и продольном у направлениях. До момента касания наружного эластичного силового элемента 4 в средней части гидравлического силового устройства внутренней поверхности скважины (шпура) величина деформации в поперечном направлении будет опережать величину деформации в продольном направлении на порядок и более (пример цилиндрической оболочки, нагруженной изнутри равномерной нагрузкой (давлением)).

При дальнейшем повышении давления рабочей жидкости волна продольной и поперечной деформации эластичных силовых элементов 3 и 4 от места контакта с внутренней поверхностью скважины (шпура) будет распространяться в направлении уплотнительных манжет.

Вследствие того, что коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость μ_н материала наружного эластичного силового элемента 4 в два и более раза больше коэффициента внутреннего трения μ_в материала внутреннего эластичного силового элемента 3, величина его относительной деформации в продольном направлении будет значительно меньше. В связи с этим поперечная деформация уплотнительных манжет начнется с опережением. Армирование наружного эластичного силового элемента 4 в продольном направлении позволяет ослабить срезающее усилие, действующее на металлический пружинный каркас 10 уплотнительных манжет.

К тому моменту, когда зона контакта эластичного силового элемента 4 приблизится к внутренним торцам уплотнительных манжет, последние перекроют сечение скважины (шпура) и проникновения повеpхностных слоев материала эластичного силового элемента 4 в зазоры ≈Δ D/2 не произойдет (где Δ D D_ш D_у).

После разрушения блока (негабариты) рабочая жидкость из гидравлического силового устройства подается на слив маслостанции (или ручного насоса), затем последнее извлекается из скважины (шпура) для последующего использования.

Для эластичных материалов, например, типа резин коэффициент Пуассона ε= 0,5, то есть данные материалы по своим физико-механическим свойствам подобны несжимаемым жидкостям.

Учитывая это, можно показать, что для тел (деталей) круглого сечения величина относительной деформации ε_к в поперечном направлении в 2 раза меньше величины относительной деформации ε_у в продольном направлении.

Из этого следует, что для опережающего перекрытия сечения скважины (шпура) уплотнительными манжетами гидравлического силового устройства динамическая вязкость материала μ_н наружного эластичного силового элемента 4 должна быть в 2 и более раз больше динамической вязкости μ_в материала внутреннего эластичного силового элемента 3.

Пример конкретного выполнения гидравлического силового устройства.

Давление рабочей жидкости Р в трубчатой камере 2 достигает значительных величин, порядка 100-150 МПа. Поэтому физико-механические свойства материала эластичных колец 9 уплотнительных манжет должны быть соответствующим образом подобраны, чтобы предотвратить его проникновение в зазоры Δ K наружного торца пружинного каркаса 10, изготовленного, например, из пружинной проволоки диаметром d (см.фиг.3).

Возможно применение ленты специального -образного профиля (см.фиг.4) для изготовления пружинного каркаса 10 уплотнительных манжет, исключающего появление торцовых зазоров ΔK при их деформации.

В некоторых случаях возможно применение специальных радиальных и осевых прокладок из материала с более низким показателем эластичности для предотвращения проникновения материала кольца 9 через зазоры пружинного каркаса 10.

Для предотвращения утечек рабочей жидкости из трубчатой камеры 2 через замковые устройства угол α конических ступеней 6 ступенчатого стержня 1 должен быть α ≅ Φ, где Φ угол внутреннего трения материала трубчатой камеры 2.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность работы устройства, увеличить его долговечность (срок службы) и значительно снизить трудоемкость при его изготовлении благодаря отсутствию стальных деталей (силовых элементов) достаточно сложной конфигурации с шлифованными поверхностями трения.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче сроительного камня, стеновых блоков, разрушении негабаритов и фундаментов. Гидравлическое силовое устройство включает трубчатую камеру, закрепленную на концах замковыми устройствами, силовые элементы и уплотнительные манжеты. Для повышения надежности работы устройства, увеличения его долговечности и снижения трудоемкости при изготовлении трубчатая камера установлена на ступенчатом стержне, а силовые элементы выполнены эластичными и концентрически расположены на трубчатой камере. При этом уплотнительные манжеты размещены на внутреннем эластичном силовом элементе между опорными регулировочными гайками и наружным эластичным силовым элементом и выполнены в виде эластичных колец, заключенных в металлические пружинные каркасы прямоугольного сечения, причем динамическая вязкость материала наружного и внутреннего эластичных силовых элементов удовлетворяет соотношению μ_н≥ 2μ_в, где μ_н динамическая вязкость материала наружного эластичного силового элемента; μ_в динамическая вязкость материала внутреннего эластичного силового элемента. Наружный эластичный силовой элемент армирован в продольном направлении, 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СИЛОВОЕ УСТРОЙСТВО, включающее установленную на ступенчатом стержне, имеющем каналы для подачи рабочей жидкости, трубчатую камеру, закрепленную на концах замковыми приспособлениями, силовые элементы, уплотнительные манжеты и опорные регулировочные гайки, отличающееся тем, что сливные элементы выполнены эластичными и концентрично расположены на трубчатой камере, при этом уплотнительные манжеты размещены на внутреннем эластичном силовом элементе между опорными регулировочными гайками и наружным эластичным силовым элементом и выполнены в виде эластичных колец, заключенных в металлические пружинные каркасы прямоугольного сечения, причем динамическая вязкость материала наружного и внутреннего эластичных силовых элементов удовлетворяет соотношению μ_н≥ 2μ_в, где μ_н - динамическая вязкость материала наружного силового элемента; μ_в- - динамическая вязкость материала внутреннего эластичного силового элемента. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный эластичный силовой элемент армирован в продольном направлении.