СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1997 года по МПК E21C37/10 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для безвзрывного отделения от массива монолитных блоков пород при добыче природного камня, проходке горных выработок и т.д. а также разрушения различных объектов, разупрочнения объектов за счет создания в них направленных трещин и др.

Известно устройство для направленного разрушения монолитных объектов, содержащее разъемный корпус с кольцевыми проточками у краевых частей на внутренних поверхностях и трубчатой эластичной камерой: а также элементы для подвода рабочей жидкости [1]
Недостатками известного решения являются сложность его изготовления, а также недостаточный срок службы устройства, связанный с преждевременны разрушением корпуса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является силовой элемент, включающий разъемный вдоль продольной оси корпус, на внутренней поверхности которого у торцевых частей выполнены кольцевые проточки для размещения соединительных элементов, трубчатую эластичную камеру, коаксиально установленную внутри разъемного корпуса, распирающие вставки, установленные в зазоре между частями разъемного корпуса и взаимодействующие с эластичной камерой. Средства фиксации эластичной камеры в корпусе и соединения ее к подводящей магистрали размещены в полости, образованной кольцевой проточкой [2]
Однако, процесс изготовления корпуса силового элемента требует значительных затрат труда, что обусловлено сложной внутренней его поверхностью как в поперечном сечении, так и по его длине. Кроме того, в процессе эксплуатации устройства имеют место случаи разрушения частей разъемного корпуса в районе внутренней кольцевой проточки вследствие наличия зоны концентрации напряжений.

Предлагаемый силовой элемент позволяет сократить трудоемкость изготовления элементов разъемного корпуса, повысить надежность и срок его службы.

Это достигается тем, что в силовом элементе, содержащем разъемный вдоль своей продольной оси корпус с кольцевыми проточками в торцов с его внутренней стороны, расположенную внутри разъемного корпуса эластичную камеру, распирающие вставки, установленные между частями разъемного корпуса со стороны плоскости разъема и взаимодействующие с ними, а также с эластичной камерой, торцевые цилиндрические запорные фланцы, штуцер подвода рабочего агента, кольцевые упругие уплотнители и шайбы, размещенные на ластичной камере и в кольцевых полостях корпуса, средства крепления последней и соединения ее с подводящим каналом, размещенные в кольцевых полостях корпуса, каждый из разъемных элементов корпуса выполнен из нескольких частей, при этом торцевые их части закреплены на срединных посредством разъемного соединения с образованием кольцевых полостей, причем данное соединение снабжено фиксатором, предотвращающим поворот срединной и торцевой части корпуса друг относительно друга, при этом на срединной части корпуса могут быть закреплен обе его торцевые части, для чего может быть использовано байонетное соединение, а элемент, предотвращающий поворот соединенных между сбой срединной и торцевой частей разъемного корпуса, выполнен в виде винта или болта, на штуцере подвода рабочего агента установлен клапан ограничителя объема рабочего агента, корпус которого выполнен с продольной прорезью и содержит регулировочную втулку, установленную с возможностью продольного перемещения, а подпружиненный запорный элемент с толкателем размещены в подающем канале, толкатель взаимодействует с регулировочной втулкой посредством упругого управляющего элемента, контактирующего с внутренней стенкой эластичной камеры, шайба выполнена с направляющим пазом, расположенным на ее торце со стороны распирающих вставок параллельно плоскости разъема частей элементов корпуса, а торцы распирающих вставок снабжены соответствующими этому пазу выступами торцы смежных элементов корпуса соединены между собой возвратными пружинами, при этом разъемные элементы корпуса и распирающие вставки упруго связаны с наружной поверхностью эластичной камеры.

На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства при байонетном соединении частей элементов его корпуса и сомкнутом положении разъемного корпуса; на фиг. 2 то же в рабочем состоянии при закрытом клапана; на фиг. 3 принципиальная схема поперечного сечения силового элемента; на фиг. 4 - соединение частей разъемного корпуса силового элемента; на фиг. 5 поперечный разрез силового элемента по ограничителю объема рабочего агента; на фиг. 6 - поперечный разрез по направляющему пазу шайбы.

Силовой элемент состоит из разъемного вдоль своей продольной оси корпуса 1, внутри которого коаксиально установлена эластичная трубчатая камера 2, а также распирающие вставки 3, размещенные со стороны плоскости разъема корпуса 1 и в плоскости, перпендикулярной продольной оси последнего, имеют трапецеидальное сечение. Их большее основание контактирует с ластичной трубчатой камерой 2, а боковые грани с поперечными скосами на внутренних стенках разъемного корпуса 1. Для подвода рабочего агента в полость эластичной трубчатой камеры 2 и для стравливания из нее воздуха со стороны торцов корпуса 1 размещены штуцеры 4 с конусообразным концом, размещаемом в корпусе 1 силового элемента.

Крепление штуцеров 4 в корпусе 1 к концам эластичной трубчатой камеры 2 осуществлено посредством уплотняющей шайбы 5, торцевого запорного фланца 6 и демпферного кольца 7, расположенных в кольцевой полости 8 внутри корпуса 1, путем обжатия каждого конца эластичной трубчатой камеры 2 на конусах штуцера 4.

Каждый элемент разъемного корпуса 1 выполнен составным, состоящим из нескольких частей, при этом одна или обе его торцевые 9 части соединены со срединной 10 частью корпуса. Предпочтительным является такое выполнение элементов разъемного корпуса 1, когда обе его торцевые 9 части соединены со срединной 10 разъемным соединением.

В результате соединения торцевой 9 и срединной 10 частей элементов разъемного корпуса 1 образуется кольцевая полость 8.

Для фиксации торцевых 9 и срединной 10 частей элементов корпуса 1 их соединение снабжено специальным элементом, предотвращающим в т.ч. их поворот друг относительно друга. В качестве такового элемента может быть использован винт 11 или болт, головка которого не имеет каких-либо выступов над наружной поверхностью элементов корпуса 1. Данный фиксирующий элемент проходит через отверстия в торцевой 9 части элемента корпуса 1 и завинчивается в срединную 10.

В качестве разъемного соединения, закрепляющего торцевые части 9 на срединной части 10 элементов корпуса 1, может быть использовано любое, в т. ч. и байонетное. В качестве вариантов подобного соединения может быть использована комбинация кольцевой проточки 12 на одной части, например, срединной 10 с подобным ей выступом 13 на торцевой части 9.

На наружной поверхности торцевых цилиндрических запорных фланцев 4 установлены ограничители 14 хода разъемных частей корпуса 1. На торцевых частях 9 элементов корпуса 1 установлены возвратные пружины 15, соединяющие друг с другом смежные элементы корпуса 1.

На торцах распирающих вставок 3 выполнены выступы 16, а на уплотняющих шайбах 5 соответствующие им пазы 17.

На штуцере 4 подвода рабочего агента устанавливается клапан, ограничивающий максимальный ход раздвигающихся в процессе цикла элементов разъемного корпуса 1 путем перекрытия подводящего канала. Клапан состоит из корпуса 18 с продольной прорезью 19, закрепленного в конусообразном конце штуцера 4. Свободный конец корпуса 18 снабжен регулировочной втулкой 20, имеющей возможность перемещения вдоль продольной оси корпуса 18, например посредством их резьбового соединения. Через прорезь 19 в корпусе 1 клапана установлен упругий управляющий элемент 21, например в виде пружины. Один конец управляющего элемента 21 упирается в регулировочную втулку 20, а второй запрессован в размещенный в подающем канале штуцера 4 толкатель 22. Средняя часть упругого управляющего элемента 21 контактирует с внутренней стенкой эластичной камеры 2. Толкатель 22 имеет продольные каналы для пропуска рабочего агента во внутреннюю полость эластичной камеры 2 и контактирует с подпружиненным запорным элементом 23. Пружина запорного элемента 23 и толкателя 22 взаимодействует с упорной втулкой 24, имеющей продольный канал для подачи рабочего агента и вворачиваемой в подводящий штуцер 4.

Наружная поверхность эластичной камеры 2 может быть соединена с распирающими вставками 3 и/или частями разъемного корпуса при помощи упругой связи, например клея.

Силовой элемент работает следующим образом. Собранный в заводских условиях силовой элемент регулируют на заданное перемещение (ход) посредством втулок 20, 24, после чего подключают к подводящему каналу и размещают в скважине. Подаваемый через штуцер 4 рабочий агент расширяет эластичную трубчатую камеру 2, передавая усилия от нее как непосредственно на разъемные части корпуса 1, так и через распирающие вставки 3.

Стенки эластичной трубчатой камеры 2, расширяясь под воздействием рабочего агента, за счет расположения боковых стенок демпферного кольца 7 под острым углом друг к другу, обеспечивают прижатие уплотняющей шайбы 5 и торцевого запорного фланца 6 к плоским основаниям кольцевой полости 8 и надежное закрепление концов эластичной трубчатой камеры 2 на конусах штуцеров 4.

Соединение торцевых 9 и срединных 10 частей элементов разъемного корпуса 1 позволит ликвидировать зону концентрации напряжений в районе внутренней кольцевой полости 8 и предотвратить таким образом их разрушение в процессе эксплуатации.

Равномерность перемещения элементов разъемного корпуса 1 в процессе рабочего цикла обеспечивается наличием выступов 16 на распирающих вставках 3, перемещающихся в процессе рабочего цикла в пазах 17 уплотняющей шайбы 5. Упругий управляющий элемент 21 отслеживает перемещение внутренней стенки эластичной камеры 2 в процессе рабочего цикла, что вызывает перемещение толкателя 22 вовнутрь силового элемента и приводит к перекрытию подводящего канала запорным элементом 23.

При понижении рабочего давления до нуля все подвижные части силового элемента под действием возвратных пружин 15, а также упругости эластичной камеры 2, связанной с распирающими вставками 3 и элементами разъемного корпуса 1, возвращается в первоначальное положение.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для безвзрывного отделения от массива монолитных блоков пород, при проходе выработок и т.д. и позволяет сократить трудоемкость его изготовления, повысить надежность и срок его службы. Силовой элемент содержит разъемный вдоль своей продольной оси корпус, торцевые части которого закреплены на срединных посредством разъемного соединения, например, байонетного, трубчатую эластичную камеру и распирающие вставки. Разъемные соединения срединных и торцевых частей элементов корпуса дополнительно снабжены фиксаторами, предотвращающими их поворот друг относительно друга в виде винта или болта. На подводящем штуцере установлен ограничитель объема рабочего агента, корпус которого имеет продольную прорезь, содержит регулировочную втулку, упругий управляющий элемент, контактирующий с внутренней стенкой эластичной камеры и взаимодействующий с регулировочной втулкой и подпружиненным запорным элементом. Уплотняющая шайба выполнена с направляющим пазом, а на торцах распирающих вставок - соответствующие им выступы. Торцы смежных элементов корпуса соединены между собой возвратными пружинами. Распирающие вставки могут быть упруго связаны с наружной поверхностью эластичной камеры. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Силовой элемент, содержащий разъемный вдоль своей продольной оси корпус с кольцевыми проточками у торцов с его внутренней стороны, расположенную внутри разъемного корпуса эластичную камеру, распирающие вставки, установленные между частями разъемного корпуса со стороны плоскости разъема и взаимодействующие с ними, а также с эластичной камерой, торцевые цилиндрические запорные фланцы, штуцер подвода рабочего агента, кольцевые упругие уплотнители и шайбы, размещенные на эластичной камере и в кольцевых полостях корпуса, отличающийся тем, что каждый из разъемных элементов корпуса выполнен из нескольких частей, при этом торцевые их части закреплены на срединных посредством разъемного соединения, с образованием упомянутых кольцевых полостей, причем данное соединение снабжено фиксатором для предотвращения поворота друг относительно друга срединной и торцевой частей разъемного корпуса. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что обе торцевые части каждого элемента корпуса закреплены на срединной разъемным соединением. 3. Элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что торцевые части элементов корпуса закреплены на срединной посредством байонетного соединения. 4. Элемент по пп.1 3, отличающийся тем, что фиксатор для предотвращения взаимного поворота срединной и торцевой частей элементов разъемного корпуса друг относительно друга выполнен в виде винта или болта. 5. Элемент по пп.1 4, отличающийся тем, что на штуцере подвода рабочего агента установлен клапан ограничителя объема рабочего агента, корпус которого выполнен с продольной прорезью и содержит регулировочную втулку, установленную с возможностью продольного перемещения, а подпружиненный запорный элемент с толкателем размещены в подающем канале, при этом толкатель взаимодействует с регулировочной втулкой посредством упругого управляющего элемента, контактирующего с внутренней стенкой эластичной камеры. 6. Элемент по пп.1 5, отличающийся тем, что шайба выполнена с направляющим пазом, расположенным на ее торце со стороны распирающих вставок параллельно плоскости разъема частей элементов корпуса, при этом торцы распирающих вставок снабжены соответствующими этому пазу выступами. 7. Элемент по пп.1 6, отличающийся тем, что разъемные элементы корпуса и распирающие вставки упруго связаны с наружной поверхностью эластичной камеры. 8. Элемент по пп.1 7, отличающийся тем, что торца смежных элементов корпуса соединены между собой возвратными пружинами.