ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СТОЙКА Российский патент 1996 года по МПК E21D15/44 

Техническое решение относится к горному делу, а именно к области создания шахтных гидравлических стоек, работающих в условиях динамического нагружения и может найти применение в горной промышленности при изготовлении механизированных крепей и их эксплуатации.

Известные гидравлические стойки с предохранительными клапанами, установленными в стенку цилиндра, включающие седло и клапан с упругим запирающим элементом в виде пружины или газовой камеры (Хорин В.Н. Гидрофицированная крепь очистных выработок. М. "Недра", 1973 г. с. 206-212). Срабатывание такого клапана происходит в момент повышения в поршневой полости до определенного уровня (номинального рабочего сопротивления). Однако при работе механизированных крепей в условиях динамического нагружения (резкие осадки труднообрушающейся кровли, взрывная отбойка руды и т.п.) возникают пиковые давления в гидростойках и, как правило, их раздутие. Время действия таких нагрузок определяется сотыми долями секунды и известное техническое решение не обеспечивает эффективной работы гидростоек при ударном нагружении.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является гидростойка (см. Авторское свидетельство N 1789714, кл. Е 21 D 15/44, опубл. 23.01.93), состоящая из подвижного и неподвижного элементов, выполненных в виде цилиндра и установленного в нем полого штока с поршнем, образующих полость гидравлической стойки, сообщенную с предохранительным и аварийным клапанами и установленную на подвижном элементе, ограничивающую полость гидростойки, подпружиненную опору, предназначенную для управления аварийным клапаном, причем опора имеет полость со сквозным отверстием, в которую герметично установлен аварийный клапан с седлом, управляемый упором опоры, при этом аварийный клапан жестко соединен c упором.

Это решение имеет существенные недостатки: жесткое соединение упора с клапаном затрудняет конструктивную регулировку узла клапан седло; при работе в статике между клапаном и седлом возникают высокие контактные усилия, превышающие допустимые контактные значения; жесткое соединение клапана с упором не обеспечивает его "гибкий прижим" к седлу после срабатывания устройства, т. к. происходит износ его контактирующей, что приводит к потере герметичности.

Задачей предполагаемого технического решения является обеспечение надежной герметизации гидравлической стойки до и после срабатывания аварийного клапана.

Авторами предложено в гидравлической стойке, состоящей из подвижного и неподвижного элементов, выполненных соответственно в виде цилиндра и установленными в нем полого штока с поршнем, образующих полость гидравлической стойки, сообщенную с предохранительным и аварийным клапанами и установленную на подвижном элементе, ограничивающую полость гидравлической стойки, подпружиненную опору, предназначенную для управления аварийным клапаном, причем опора имеет полость, в которую герметично установлен аварийный клапан выполнить в виде седла и подпружиненного запирающего элемента, в котором проточить осевое отверстие, сообщающее полость опоры с полостью гидростойки, причем клапан установить с возможностью взаимодействия упора с запирающим элементом для открытия последнего. Запирающий элемент можно подпружинить со стороны опоры, а упор установить на подвижном элементе. Во втором варианте исполнения запирающий элемент подпружинен со стороны подвижного элемента, а упор установлен на опоре.

Предлагаемое техническое решение позволяет осуществить более надежную герметизацию гидростойки до и после срабатывания. Это достигается тем, что герметизация аварийного клапана происходит независимо от раздвигающих усилий, возникающих в опоре и передающихся через упор, что обеспечивает уменьшение контактных давлений в клапанной паре до допустимых давлений герметизации и снижает ее износ до и после срабатывания. Предлагаемое решение позволит существенно упростить изготовление и сборку конструкции, а также ее регулировку.

На фиг. 1 изображена гидравлическая стойка, в которой запирающий элемент подпружинен со стороны опоры, а упор установлен на подвижном элементе.

На фиг. 2 изображена гидравлическая стойка, в которой запирающий элемент подпружинен со стороны подвижного элемента, а упор установлен на опоре.

Гидравлическая стойка состоит из подвижного и неподвижного элементов, выполненных соответственно в виде цилиндра 1 и полого штока 2 с поршнем 3, образующие полость гидравлической стойки 4. Полость гидростойки 4 ограничена опорой 5 установленной с уплотнителем 6 на подвижном элементе цилиндре 1. Возможна установка опоры на подвижном элементе полом штоке (на фиг. не показано). Опора подпружинена пружиной 7.

В опоре выполнены полость 8 со сквозными отверстиями 9, куда герметично с уплотнителями 10 установлен аварийный клапан, выполненный в виде запирающего элемента 11 и седла 12. Пружина 13 установлена между запирающим элементом 11 и опорой 5 (фиг. 1) или между этим же элементом и подвижным элементом стойки цилиндром 1 (фиг. 2). Запирающий элемент 11 выполнен с осевым отверстием 14, через которое полость опоры 8 сообщена с полостью гидростойки 4. Упор 15 устанавливается на подвижном элементе цилиндре 1 (фиг. 1) или на опоре 5 (фиг. 2).

В цилиндре установлен предохранительный клапан 16, сообщенный с полостью 4, обеспечивающий номинальное сопротивление гидростойки.

Величина усилия пружины 7 под опорой 5 должна обеспечить удержание опоры на уровне, не позволяющем открыться аварийному клапану, что определяется соотношением площади S₁ цилиндра и площади торцевой поверхности опоры S₂ при возможных соотношениях: S₁ > S₂; S₁ S₂; S₁ < S₂. Если S₁ < S₂; S₁ S₂, то величина усилия пружины равна весу опоры, если S₁ > S₂, то величина определиться произведением разности площадей S₁ и S₂ на величину давления настройки предохранительного клапана гидростойки 16. Герметичность аварийного клапана определяется усилием пружины и противодавлением на нескомпенсированную поверхность запирающего элемента, возникающим из-за разности торцевой поверхности клапана S₄ и площади седла S₃.

Такое выполнение стойки позволяет использовать эффект инерции подвижного элемента (его зависание при ударе) для быстрой разгерметизации полости гидростойки. При этом опора играет роль управляющего элемента клапана и не влияет на его герметичность в статике, а при ударе обеспечиваемого насосной станцией, жидкость заполняет полость гидростойки (объем цилиндра 1, полого штока 2, поршня 3 и опоры 5) и поступает в полость опоры 8 через осевое отверстие 14 в запирающем элементе 11. В гидростойке возникает сила, действующим усилием на площадь S₂ опоры 5. Противодействующая ей сила, стремящаяся сдвинуть опору 5 относительно подвижного элемента меньше, чем сила закрытия, так как внутренняя площади цилиндра S₁. Полость 4 остается герметичной за счет уплотнителей 6, а также за счет уплотнителей 10 седла 12 и запирающего элемента 11. Клапанная пара герметична благодаря действию пружины 13 и силе противодавления, возникающей из-за разности площадей S₃ и S₄, прижимающих запирающий элемент к седлу.2 При статическом нагружении соотношение сил открытия и закрытия полости 4 сохраняется и стойка остается герметичной при любой степени раздвигания. При достижении в гидростойке давления, обеспечивающего номинальное сопротивление, например 40 МРа, происходит срабатывание предохранительного клапана. При динамическом нагружении с любого исходного давления в гидростойке опора 5, смещаясь в низ, открывает клапана. По фиг. 1 опора смешается вниз с седлом 12 (пунктирная линия). Упор 15 препятствует аналогичному перемещению запирающего элемента 11 и оставляет его неподвижным относительно опоры 5, в результате чего в клапанной паре образуется зазор, необходимый для выброса жидкости в атмосферу через сквозные отверстия 9 в опоре.

По фиг. 2 опора 5 смешается вниз вместе с запирающим элементом 11, благодаря упору 15 (пунктирная линия). Седло 12 остается неподвижным относительно запирающего элемента клапана 11, что приводит к образованию зазора между ними и выбросу жидкости в атмосферу через отверстие 9 в опоре.

При ударе гидростойка как бы присев уходит от нагрузки. После мгновенного выброса жидкости в атмосферу цилиндр 1 отслеживает движение опоры 5 и занимает исходное положение, остаточным давлением и пружиной 7 аварийный клапан закрывается герметично, а гидростойка опять восстанавливает свою несущую способность.

Использование: при создании шахтных механизированных крепей для работы в условиях динамического нагружения. Сущность изобретения: гидравлическая стойка включает подвижный и неподвижный элементы, выполненные в виде цилиндра 1 и установленных в нем с возможностью осевого перемещения полого штока 2 с поршнем 3, а также подпружиненную опору 5, в которой предусмотрена полость 8 со сквозными отверстиями 9. В полость 8 герметично установлен аварийный клапан, выполненный в виде запирающего элемента 11 и седла 12, причем в запирающем элементе выполнено осевое отверстие 14, сообщающееся с полостью гидростойки. Запирающий элемент подпружинен и установлен с возможностью взаимодействия с упором 15. При динамическом нагружении опора смещаясь вниз приводит к открытию запирающего элемента при помощи упора с выбросом необходимого количества жидкости в атмосферу. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлическая стойка, включающая подвижный и неподвижный элементы, выполненные соответственно в виде цилиндра и установленных в нем полого штока с поршнем, образующих полость гидравлической стойки, подпружиненную опору, сообщенную с предохранительным и аварийным клапанами, установленную на подвижном элементе, ограничивающую полость гидравлической стойки, предназначенную для управления аварийным клапаном, причем опора выполнена с полостью, в которой герметично установлен аварийный клапан с упором, отличающаяся тем, что в опоре имеются отверстия, а аварийный клапан выполнен в виде седла и подпружиненного запирающего элемента с осевым отверстием, сообщающим полость опоры с полостью гидростойки, причем клапан установлен с возможностью взаимодействия упора с запирающим элементом для открытия последнего. 2. Гидравлическая стойка по п.1, отличающаяся тем, что запирающий элемент подпружинен со стороны опоры, а упор установлен на подвижном элементе. 3. Гидравлическая стойка по п.1, отличающаяся тем, что запирающий элемент подпружинен со стороны подвижного элемента, а упор установлен на опоре.