ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ШАХТНЫХ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ Российский патент 1998 года по МПК E21D23/16 F15B13/02 

Изобретение относится к устройствам для распределения рабочей жидкости в гидросистемах механизированных крепей.

Известен гидрораспределитель механизированной крепи, содержащий корпус с напорным, сливным и рабочим каналами и расточку, в которой расположены клапан с подпружиненным золотником и седло со стороны напорного канала и клапанный элемент с толкателем и седлом со стороны сливного канала. (патент СССР N 1834977, кл. E 21 D 23/16, F 15 B 3/02, 1993).

Недостатком известного гидрораспределителя является невозможность его эксплуатации на загрязненной жидкости, так как при попадании инородного материала между седлом и клапаном указанный гидрораспределитель теряет герметичность и клапанные пары размываются, что приводит его к выходу из строя.

Кроме того, для включения известного гидрораспределителя в работу требуется приложить на толкатель большое усилие, так как клапан со стороны напорного канала прижат к седлу давлением рабочей жидкости. Включение указанного гидрораспределителя осуществляется переключающим механизмом сложной конструкции с большим передаточным отношением, что усложняет и удорожает изделие.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является гидрораспределитель шахтных механизированных крепей, содержащий корпус с напорным, сливным и рабочим каналами и расточку с пакетом втулок и размещенным в них подпружиненным золотником с толкателем и комбинированными эластичными уплотнениями для разобщения напорного и рабочего, рабочего и сливного каналов (патент РФ N 2006586, E 21 D 23/16, 1994) - принято за прототип.

Основным недостатком этого гидрораспределителя является низкая надежность, так как в исходном состоянии комбинированное эластичное уплотнение, размещенное между пакетом втулок, не контактирует с охватываемой поверхностью золотника.

При включении гидрораспределителя в работу комбинированное эластичное уплотнение, установленное в канавку золотника, теряет контакт с охватывающей поверхностью втулки, вследствие чего при большом расходе комбинированные эластичные уплотнения смываются потоком рабочей жидкости, что приводит к потере герметичности известного гидрораспределителя и выходе его из строя.

Кроме того, для включения известного гидрораспределителя в работу требуется приложить значительное усилие на толкатель, так как во включенном состоянии давление жидкости рабочего канала деформирует эластичное уплотнение, разобщающее сливной и рабочий каналы, при этом возникает большая сила трения между золотником и эластичным уплотнением. Для преодоления силы трения, при возврате подпружиненного золотника в исходное положение, известный гидрораспределитель должен иметь или сильную пружину, что приводит к увеличению габаритов, или ступенчатый золотник со стороны напорного канала. В последнем случае на подпружиненный золотник постоянно действует дополнительная сила, равная произведению разности площадей на давление жидкости напорного канала, которую при включении гидрораспределителя в работу надо преодолеть.

Кроме того, известный гидрораспределитель трудоемок в изготовлении, так как добиться соосности пакета втулок и разъемных частей золотника довольно сложно.

Сущность изобретения заключается в том, что подпружиненный золотник и расточка центральной втулки выполнены ступенчатыми, подпружиненный золотник снабжен камерой, гидравлически сообщенной в исходном положении с рабочим и сливным каналом, радиальными окнами и комбинированным эластичным уплотнением, разобщающим напорный и сливной каналы, комбинированные эластичные уплотнения установлены с возможностью постоянного контакта с охватываемой поверхностью большей ступени подпружиненного золотника и с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки.

Разность площадей большей и меньшей ступеней подпружиненного золотника, умноженная на давление жидкости в рабочем канале, равна силе трения, возникающей между комбинированными эластичными уплотнениями, и охватываемой поверхностью большей ступени подпружиненного золотника и с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки.

Изобретение направлено на повышение эффективности работы гидрораспределителя путем увеличения долговечности эксплуатации, упрощения конструкции, снижения усилия, прилагаемого к рукоятке управления и легкости управления.

Использование предложенного технического решения в устройствах для распределения рабочей жидкости в гидросистемах механизированных крепей исключает возможность вымывания, то есть выхода из строя комбинированных эластичных уплотнений, а следовательно, разгерметизацию и выход из строя самого гидрораспределителя. Такое конструктивное решение позволяет значительно снизить объем ремонтных работ в механизированных крепях, связанных с заменой вышедших из строя гидрораспределителей.

Предлагаемый гидрораспределитель прост в изготовлении, так как золотник выполнен неразборным и имеет посадочные места только в одной детали - центральной втулке. Кроме того, исключается влияние несоосности пакета втулок и подпружиненного золотника на сборку и работоспособность гидрораспределителя.

Предложенный гидрораспределитель возможно эксплуатировать на загрязненной рабочей жидкости, так как комбинированные эластичные уплотнения одновременно выполняет и функции чистильщиков, что особенно значимо в шахтных условиях.

Включение предлагаемого гидрораспределителя в работу и фиксация его в рабочем положении осуществляется при незначительном усилии на рукоятке приводного механизма, что значительно облегчает работу оператора крепи и повышает возможность автоматизации процесса управления механизированной крепью.

Технический результат предложенного технического решения заключается в повышении эффективности работы гидрораспределителя путем увеличения долговечности за счет снижения возможности выхода из строя комбинированных эластичных уплотнений и последующей разгерметизации, возможности эксплуатации на загрязненной рабочей жидкости, упрощении конструкции, изготовления и снижения усилия на рукоятке приводного механизма, что облегчает работу оператора крепи или снижает мощность приводного механизма при автоматизации управления крепью.

На фиг. 1 показан гидрораспределитель, разрез: на фиг. 2 - место установки комбинированного уплотнения в центральной втулке; на фиг. 3 - место установки комбинированных уплотнений на золотнике.

Гидрораспределитель шахтных механизированных крепей (фиг. 1) содержит корпус 1 с напорным 2, сливным 3 и рабочим 4 каналами и расточкой, в которой установлен пакет неподвижных втулок 5, 6 и 7, из которых втулка 6 является центральной с размещенными в них золотником 8 с пружиной 9 и толкателем 10. Подпружиненный золотник 8 и расточка центральной втулки 6 выполнены ступенчатыми. Меньшая ступень 11 диаметром d₁ и большая, диаметром d₂, ступень 12 золотника 8, контактирующие с соответствующими поверхностями центральной втулки 6, разделены проточкой 13. Практически перепад диаметров большей d₂ и меньшей d₁ ступеней составляет 0,2...0,5 мм.

В канавках меньшей ступени 11 золотника 8 размещены: комбинированное уплотнение 14, разобщающее напорный 2 и рабочий 4 каналы и комбинированное уплотнение 15, разобщающее напорный 2 и сливной 3 каналы. Комбинированное эластичное уплотнение 16, разобщающее рабочий 4 и сливной 3 каналы, установлено в канавку, образованную торцовой расточкой центральной втулки 6 и торцом втулки 5.

Подпружиненный золотник 8 снабжен камерой 17, гидравлически сообщенной в исходном положении с рабочим каналом 4 радиальными окнами 18, а со сливным каналом 3 - радиальными окнами 19. Герметизацию камеры 16 осуществляют пробкой 20 и уплотнительным кольцом 21.

Центральная втулка 6 снабжена радиальными окнами 22 и 23. Радиальные окна 22 гидравлически сообщены с напорным каналом 2, а радиальные окна 23 - с рабочим каналом 4.

Комбинированное эластичное уплотнение 16, разобщающее рабочий 4 и сливной 3 каналы (фиг. 2), состоит из защитного экрана 24 и эластомерного кольца 25. Защитный экран 24 своей кольцевой оболочкой плотно охватывает поверхность большей ступени 12 золотника 8. Линейный размер l₁ защитного экрана 24 больше диаметра радиальных окон 19.

Герметизация напорного канала 2 (фиг. 1) осуществляется комбинированными уплотнениями 14 и 15. Комбинированное уплотнение 14 (фиг. 3) состоит из бандажа 26 и эластомерного кольца 27, а комбинированное уплотнение 15 - из бандажа 28 и эластомерного кольца 29.

Линейный размер l₂ бандажа 26 больше диаметра радиальных окон 22 центральной втулки 6.

Защитный экран 24 и бандажи 26 и 28 выполнены из эластомерного материала большей жесткости, чем эластомерные кольца 25, 27 и 29.

Для исключения влияния слива системы на устойчивость золотника 8 (фиг. 1), сливной канал 3 сообщен с пружиной полостью 30 гидрораспределителя каналом 31.

Неподвижные втулки 5, 6 и 7 герметизируются уплотнительными кольцами 32, 33, 34, 35, 36 и 37.

Несоостность втулок 5, 6 и 7 не влияет на сборку и работоспособность гидрораспределителя, так как меньшая 11 и большая 12 ступени золотника 8 находятся в посадочных местах только центральной втулки 6.

В исходном положении под действием пружины 9 золотник 8 находится в крайнем верхнем положении, при этом комбинированные уплотнения 14 и 15 блокируют напорный канал 2 от рабочего 4 и сливного 3 каналов, а рабочий канал 4 через радиальные окна 18 и 19 и камеру 17 соединен со сливным каналом 3.

Для включения гидрораспределителя в работу механически воздействуют на толкатель 10 и золотник 8 смещается вниз до упора во втулку 7. В момент перехода радиальных окон 19 через комбинированное уплотнение 16 рабочий канал 4 отсекается от сливного канала 3. Синхронно комбинированное уплотнение 14 проходит радиальные окна 22 центральной втулки 6 и рабочая жидкость из напорного канала 2, через проточку 13 золотника 8 и радиальные окна 23 центральной втулки 6 начинает поступать в рабочий канал 4. По окончании операции, при снятии воздействия с толкателя 10, золотник 8 возвращается в исходное положение под действием усилия пружины 9 и давления жидкости рабочего канала 4.

Так как сливной канал 3 сообщен с пружинной полостью 30 гидрораспределителя, а в исходном положении золотника 8 и с рабочим каналом 4, то давление слива на равновесие золотника 8 не влияет.

При включении гидрораспределителя бандаж 26 проходит через радиальные окна 22 и не теряет контакт с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки 6, так как линейный размер l₂ бандажа 26 больше диаметра радиального окна 22 и обжимается с внешней стороны давлением рабочей жидкости напорного канала 2, что исключает возможность выхода из строя эластомерного кольца 27 и бандажа 26. При этом снижается и сила трения между бандажом 26 и охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки 6. При перемещении золотника 8 в крайнее нижнее положение комбинированное уплотнение 16 находится под воздействием слива системы, поэтому сила трения, возникающая между защитным экраном 24 и охватываемой поверхностью большей ступени 12 золотника 8, минимальная. Следовательно, для включения гидрораспределителя практически требуется преодолеть только усилие пружины 9.

Во включенном состоянии гидрораспределителя радиальные окна 19 золотника 8 расположены ниже комбинированного уплотнения 16, которое разобщает рабочий канал 4 и сливной канал 3, а комбинированное уплотнение 14 расположено ниже радиальных окон 22 центральной втулки 6, в результате чего напорный канал 2 сообщается с рабочим каналом 4.

По мере повышения рабочего давления увеличивается и деформация эластомерных колец 25 и 27, которые плотнее прижимают кольцевую оболочку защитного экрана 24 к охватываемой поверхности большей ступени 12 золотника 8 и бандаж 26 к охватывающей поверхности меньшей ступени 11 центральной втулки 6, вследствие чего возрастает сила трения, стремящаяся удержать золотник 8 в покое.

Так как золотник 8 и расточка центральной втулки 6 выполнены ступенчатыми, то во включенном состоянии гидрораспределителя золотник 8 не уравновешен. При возрастании давления жидкости в рабочем канале 4 возрастает и сила, стремящаяся совместно с пружиной 9 возвратить золотник 8 с толкателем 10 в исходное положение. Дополнительная сила, стремящаяся совместно с пружиной 9 возвратить золотник 8 с толкателем 10 в исходное положение, численно равна произведению разности площадей большей 12 и меньшей 11 ступеней золотника 8 на давление жидкости в рабочем канале 4. Сила трения, стремящаяся удержать золотник 8 в покое и дополнительная сила, стремящаяся возвратить золотник 8 с толкателем 10 в исходное положение, за счет разности площадей большей 12 и меньшей 11 золотника 8, равны между собой. Поэтому для удержания золотника 8 в крайнем нижнем положении требуется иметь усилие на толкателе 10, равное только усилию пружины 9, а следовательно, и усилие на рукоятку приводного механизма (на чертеже условно не показан) будет постоянным и незначительным, так как сила пружины 9 выбрана из расчета возврата золотника 8 и толкателя 10 в исходное положение в режиме отсутствия давления рабочей жидкости.

При возврате золотника 8 в исходное положение, при снятии воздействия на толкатель 10, радиальные окна 19 золотника 8 проходят через комбинированное уплотнение 16, а комбинированное уплотнение 14 проходит через радиальные окна 22 центральной втулки 6. При этом защитный экран 24 не теряет контакта с охватываемой поверхностью большей ступени 12 золотника 8, так как линейный размер l₁ защитного экрана 24 больше диаметра радиального окна 19 и под действием давления жидкости рабочего канала 4 испытывает отжим со стороны радиальных окон 19, а бандаж 26 не теряет контакт с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки 6 и обжимается с внешней стороны давлением жидкости напорного канала 2, как и при включении гидрораспределителя, что исключает возможность выхода из строя комбинированных уплотнений 14 и 15.

Использование: для распределения жидкости в гидросистемах механизированных крепей. Сущность изобретения: гидрораспределитель шахтных механизированных крепей имеет корпус с напорным, сливным и рабочим каналами, расточку с пакетом втулок и размещенным в них подпружиненным золотником с толкателем и комбинированными эластичными уплотнениями для разобщения напорного и рабочего, рабочего и сливного каналов. Подпружиненный золотник и расточка центральной втулки выполнены ступенчатыми. Золотник имеет камеру, гидравлически сообщенную в исходном положении с рабочим и сливным каналами радиальными окнами и комбинированным эластичным уплотнением, разобщающим напорный и сливной каналы. Комбинированные эластичные уплотнения установлены с возможностью постоянного контакта с охватываемой поверхностью большей ступени подпружиненного золотника и с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Гидрораспределитель шахтных механизированных крепей, содержащий корпус с напорным, сливным и рабочим каналами, расточку с пакетом втулок и размещенным в них подпружиненным золотником с толкателем и комбинированными эластичными уплотнениями для разобщения напорного и рабочего, рабочего и сливного каналов, отличающийся тем, что подпружиненный золотник и расточка центральной втулки выполнены ступенчатыми, подпружиненный золотник снабжен камерой, гидравлически сообщенной в исходном положении с рабочим и сливным каналами радиальными окнами и комбинированным эластичным уплотнением, разобщающим напорный и сливной каналы, комбинированные эластичные уплотнения установлены с возможностью постоянного контакта с охватываемой поверхностью большей ступени подпружиненного золотника и с охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки. 2. Гидрораспределитель по п.1, отличающийся тем, что разность площадей большей и меньшей ступеней подпружиненного золотника, умноженная на давление жидкости в рабочем канале, равна силе трения, возникающей между комбинированными эластичными уплотнениями и охватываемой поверхностью большей ступени подпружиненного золотника и охватывающей поверхностью меньшей ступени центральной втулки.