СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК E21C37/10 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, касается конструкции силового элемента.

Известен силовой элемент, содержащий разъемный вдоль продольной оси корпус с кольцевыми полостями у его торцов, эластичную камеру внутри корпуса, соосную ему, распорные вставки, размещенные между частями разъемного корпуса вдоль плоскости разъема, взаимодействующие с эластичной камерой, запорные обоймы, расположенные в торцах корпуса, в одной из которых установлен штуцер подвода рабочего агента в эластичную камеру, а также кольцевые шайбы и уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых полостях разъемного корпуса (см. патент US 4690460 по кл. Е 21 С 37/06, 1987 г.).

В этом силовом элементе эластичная камера надежно закреплена на штуцере подвода рабочего агента посредством шайбы и упругих уплотнителей, расположенных в кольцевой полости у торца корпуса.

Однако данное техническое решение не позволяет предотвратить разрыв эластичной трубчатой камеры в процессе работы устройства в момент образования трещин в разрушаемом объекте.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является силовой элемент, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой центральной и периферийных частей, при этом его центральная часть выполнена разъемной вдоль продольной оси, эластичную камеру, расположенную внутри и соосно корпуса, распорные вставки, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой, и имеющие на торцах выступы, запорные обоймы, расположенные в торцах корпуса, в одной из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана, размещенного в штуцере для подвода рабочего агента, и толкатель, один конец которого связан с клапаном, двухзвенный шарнирный управляющий элемент, соединенный с толкателем, причем второй конец элемента зафиксирован в направляющем корпусе, расположенном в эластичной камере и имеющим щель, причем звенья шарнирного элемента выполнены разной длины, с возможностью касания в рабочем положении соединительным элементом звеньев эластичной камеры в средней ее части через щель в направляющем корпусе (см. WO 00/03120 по кл. Е 21 С 37/10, 1998 г.).

Известная конструкция силового элемента снабжена шайбами, расположенными между распорными вставками и рабочими частями корпуса. На шайбе выполнен паз, в котором установлены с возможностью перемещения выступы, выполненные на распорных вставках.

Однако у рабочих частей корпуса зазор больше, чем между шайбой и уплотнителем, и шайба не может компенсировать этот зазор, т.к. удлинение в торцах рабочих частей больше, чем у шайбы. А это приводит к разрыву эластичной камеры в месте соприкосновения с торцом вставки.

Известная конструкция сложна в изготовлении и в ней затруднена сборка и демонтаж.

Фиксация составляющих частей корпуса, а именно, периферийных частей и центральной части, с помощью соединения типа "Ласточкин хвост" не обеспечивает достаточной подвижности частей корпуса относительно друг друга.

При работе силового элемента возможно круглоцилиндрическое смещение одной части корпуса относительно другой, что приводит к заклиниванию элемента и к деформации сложного соединения типа "Ласточкин хвост".

Известная ситуация при создании направленных расколов заключается в том, что раскол имеет клиновидное сечение, при котором часть корпуса, расположенная ближе к устью, раскрывается гораздо сильнее, чем другая часть, расположенная в глубине скважины. Это приводит к перекосу вставок до 10 мм при рабочей длине элемента 300 мм, а значит и к заклиниванию самого силового элемента.

Техническими задачами предлагаемого решения являются:
- разработать силовой элемент, позволяющий более эффективное распределение давления между его рабочими частями в процессе работы; тем
- исключить преждевременное заклинивание, разрушение силового элемента;
- увеличить надежность конструкции при ее упрощении.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием силового элемента, содержащего корпус, состоящий из соединенных между собой центральной и периферийных частей, при этом его центральная часть выполнена разъемной вдоль продольной оси, эластичную камеру, расположенную внутри и соосно корпуса, распорные вставки, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой, и имеющие на торцах выступы, запорные обоймы, расположенные в торцах корпуса, в одной из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана, размещенного в штуцере для подвода рабочего агента, толкателя, связанного с клапаном и управляющим элементом, конец которого зафиксирован в торцевой щели направляющего корпуса, расположенного в эластичной камере, в котором, согласно изобретению, периферийные части корпуса соединены с центральной частью соединением паз - выступ и на внешней поверхности вдоль образующей каждой части корпуса выполнен паз, в котором размещена фиксирующая пластина с крепежными отверстиями, предназначенными для соединения пластины с частями корпуса, а распорные вставки и соответствующие им внутренние стороны центральной разрезной части корпуса выполнены переменного сечения, угол раствора которого уменьшается по мере удаления от штуцера для подвода рабочего агента, и на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий паз, в котором установлены с возможностью перемещения вдоль него выступы распорных вставок, при этом щель в направляющем корпусе выполнена параллельно плоскости разъема корпуса силового элемента и на запорной обойме, в которой установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, вдоль ее образующей в плоскости установки распорных вставок выполнен паз, предназначенный для размещения расклинивающей пики, а на внешней торцевой поверхности распорных вставок выполнено углубление.

Изобретение характеризуется также тем, что переменное сечение вставок и соответствующих им внутренних сторон центральной разрезной части корпуса выполнено в виде ступенек, причем каждой ступеньке вставки соответствует ступенька, выполненная на соответствующей ей внутренней стороне центральной разрезной части корпуса.

Это позволяет устранить перекос вставок, а следовательно, и заклинивание силового элемента. В процессе работы концы вставки и соответствующей ей внутренней стороны центральной разрезной части корпуса, имеющей больший угол раствора, движутся медленнее, а те, что раскрыты меньше, движутся быстрее, что приводит к равномерности распределения нагрузок.

Выполнение выступов распорных вставок в виде выступающих скосов позволяет исключить износ эластичной камеры острыми кромками вставок.

С целью уменьшения трения между распорными вставками и элементами корпуса на наружную поверхность распорных вставок и на контактирующие между собой подвижные части корпуса нанесен антифрикционный материал.

В предлагаемой конструкции выполнение на внутренней поверхности корпуса направляющего паза, в котором установлены, с возможностью перемещения вдоль него, выступы распорных вставок позволяет обеспечить одинаковое продольное удлинение вставок совместно с рабочими частями корпуса. А это значит, что гарантирован одинаковый зазор между ними.

Предлагаемая конструкция позволяет:
- получить добавочное усилие элемента, т.к. коэффициент передачи давления от эластичной камеры на корпус пропорционально выше (раньше коэффициент был 8,1, в предлагаемой конструкции 18,4);
- повысить коэффициент работы силового элемента за счет увеличения глубины трещины в массиве породы;
- существенно уменьшить неравномерное раскрытие торцов корпуса.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных конструкциях силовых элементов, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию "новизна".

При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся силовыми элементами, оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами.

На фиг. 1 дан продольный разрез силового элемента в исходном положении при отсутствии давления; на фиг.2 - продольный разрез силового элемента в рабочем режиме; на фиг.3 - разрез А-А фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В по фиг.4.

Силовой элемент содержит состоящий из центральной 1 и периферийных 2 и 3 частей корпус, центральная часть которого разъемна вдоль его продольной оси.

Периферийные части 2 и 3 корпуса соединены с центральной частью 1 соединением "паз-выступ". Для этого, например, на периферийных частях 2 и 3 выполнены выступы 4, а на центральной части 1 - соответствующие выступам пазы 5.

Для предотвращения поворота относительно друг друга составных частей корпуса на внешней поверхности вдоль образующей каждой части корпуса выполнен паз 6, в котором размещена фиксирующая пластина 7 с крепежными отверстиями 8, предназначенными для соединения пластины с частями корпуса.

Внутри корпуса соосно ему расположена эластичная камера 9 трубчатой формы, а также распорные вставки 10.

Каждая распорная вставка 10 имеет выступ 11 на ее торцевой поверхности, выполненный в виде выступающих скосов.

Вставки 10 размещены между соответствующими им внутренними сторонами центральной разрезной части корпуса вдоль плоскости разъема и взаимодействуют с наружной поверхностью камеры 9, а на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий паз 12, в котором установлены с возможностью перемещения вдоль него выступы 11 распорных вставок 10.

На каждом торце корпуса установлены запорные обоймы 13, соединенные с корпусом упругими элементами 14. Причем в одной из обойм установлен штуцер 15 для подвода рабочего агента в эластичную камеру 9. Во второй обойме может быть установлен аналогичный штуцер 16 для стравливания рабочего агента после окончания рабочего цикла.

Штуцер 15 для подвода рабочего агента в эластичную камеру соединен с ней посредствам фланца 17 периферийной части 3, эластичного уплотнителя 18 треугольного сечения из материала, эластичность которого больше эластичности материала эластичной камеры 9.

Упругие элементы 14 могут быть выполнены в виде плоских преднапряженных пружин.

В эластичной камере 9 установлен ограничитель объема рабочего агента, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана 19, размещенного в штуцере 15 для подвода рабочего агента.

С другой стороны шариковый клапан 19 контактирует с толкателем 20, также установленным в штуцере 15 для подвода рабочего агента и скрепленным другим своим концом с двухзвенным шарнирным управляющим элементом 21. Второй конец управляющего элемента 21 зафиксирован в направляющем корпусе 22, расположенном в эластичной камере 9 с помощью регулировочной втулки 23.

В направляющем корпусе 22 параллельно плоскости разъема силового элемента выполнена щель 24, через которую управляющий элемент 21 взаимодействует с внутренней стенкой эластичной камеры 9.

При этом звенья шарнирного элемента выполнены разной длины.

На торце регулировочной втулки 23, противоположном креплению управляющего элемента, есть место 25 размещения регулировочного инструмента (не показан). Место может быть многогранным и зависит от профиля инструмента.

Распорные вставки 10 и соответствующие им внутренние стороны центральной разрезной части корпуса выполнены переменного сечения, угол раствора которого уменьшается по мере удаления от штуцера для подвода рабочего агента, и на их наружные поверхности нанесен антифрикционный материал 26.

Антифрикционный материал также нанесен на контактирующие между собой подвижные части корпуса.

На запорной обойме 13, в которой установлен штуцер для подвода рабочего агента, вдоль ее образующей в плоскости установки распорных вставок 10 выполнен паз 27, предназначенный для размещения расклинивающей пики (не показана), а на внешней торцевой поверхности распорных вставок выполнено углубление 28.

Толкатель 20 имеет на наружной поверхности распределенные по окружности продольные каналы 29 для пропускания рабочего агента.

Силовой элемент работает следующим образом:
Предварительно собранный силовой элемент регулируют на заданное перемещение разъемных элементов корпуса при помощи регулировочной втулки 23, после чего подключают его к подводящему каналу источника рабочего агента и размещают в предварительно подготовленной скважине.

Подаваемый через штуцер 15 рабочий агент расширяет эластичную камеру 9, передавая усилия как непосредственно через разъемные элементы корпуса, так и через распорные вставки 10, которые за счет геометрии сечения создают равномерное давление на рабочие части.

Стенки эластичной трубчатой камеры 9, расширяясь под воздействием рабочего агента, а также за счет выполнения боковых стенок эластичного уплотнителя 18 под острым углом друг к другу, прижимают фланец 17 к штуцеру 15, обеспечивая надежное закрепление эластичной камеры на штуцере.

Равномерное без перекосов перемещение разъемных элементов корпуса силового элемента в процессе рабочего цикла достигается наличием на внутренней поверхности корпуса направляющего паза 12, в котором в процессе рабочего цикла перемещаются выступы 11 распорных вставок 10, выполненные в виде выступающих скосов.

Двухзвенный шарнирный управляющий элемент 21, перемещаясь по внутренней стенке эластичной камеры 9, вызывает перемещение подпружиненного толкателя 20 в направлении к центральной части силового элемента.

Когда управляющий элемент 21 достигнет предварительно заданной величины перемещения, ограничитель объема рабочего агента перекрывает подводящий канал, предотвращая поступление рабочего агента во внутреннюю полость эластичной камеры 9.

Осуществив формирование трещины в процессе рабочего цикла, рабочее давление сбрасывают до нуля, при этом все подвижные части силового элемента, связанные между собой пластиной 7 и соединением паз-выступ, под действием плоских преднагруженных пружин 14, а также за счет упругости эластичной камеры, связанной с распорными вставками 10 и разъемными элементами корпуса, возвращаются в исходное положение.

Дополнительное регулирование силового элемента можно проводить регулировочным инструментом. Для этого открывают штуцер 16 для стравливания рабочего агента, устанавливают в его отверстие регулировочный инструмент (не показан) в место 25 размещения регулировочного инструмента на регулировочной втулке 23 и перемещают ее на необходимое расстояние в направляющем корпусе 22.

При заклинивании силового элемента, в паз 27 запорной обоймы вставляют расклинивающую пику (не показана) и двигают ее до соприкосновения с углублением 28 на внешней торцевой поверхности распорных вставок 10, а затем, продолжая их совместное перемещение, производят расклинивание силового элемента.

Предлагаемый силовой элемент был опробован при безвзрывном отделении от массива природного камня монолитных блоков, а также опробован для разрушения и упрочнения объектов, за счет создания в них направленных трещин.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности касается конструкции силового элемента. Сущность изобретения заключается в том, что периферийные части корпуса устройства соединены с центральной частью соединением паз - выступ и на внешней поверхности вдоль образующей каждой части корпуса выполнен паз, в котором размещена фиксирующая пластина с крепежными отверстиями, предназначенными для соединения пластины с частями корпуса, а распорные вставки и соответствующие им внутренние стороны центральной разрезной части корпуса выполнены переменного сечения, угол раствора которого уменьшается по мере удаления от штуцера для подвода рабочего агента и на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий паз, в котором установлены с возможностью перемещения вдоль него выступы распорных вставок, при этом щель в направляющем корпусе выполнена параллельно плоскости разъема корпуса силового элемента и на запорной обойме, в которой установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, вдоль ее образующей в плоскости установки распорных вставок выполнен паз, предназначенный для размещения расклинивающей пики, а на внешней торцевой поверхности распорных вставок выполнено углубление. Изобретение позволяет более эффективно распределить давление между рабочими частями устройства в процессе работы и тем самым исключить преждевременное заклинивание и разрушение силового элемента, а также увеличить надежность конструкции при ее упрощении. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Силовой элемент, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой центральной и периферийных частей, при этом его центральная часть выполнена разъемной вдоль продольной оси, эластичную камеру, расположенную внутри и соосно корпуса, распорные вставки, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой и имеющие на торцах выступы, запорные обоймы, расположенные в торцах корпуса, в одной из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана, размещенного в штуцере для подвода рабочего агента, толкателя, связанного с клапаном и управляющим элементом, конец которого зафиксирован в торцевой щели направляющего корпуса, расположенного в эластичной камере, отличающийся тем, что периферийные части корпуса соединены с центральной частью соединением паз - выступ и на внешней поверхности вдоль образующей каждой части корпуса выполнен паз, в котором размещена фиксирующая пластина с крепежными отверстиями, предназначенными для соединения пластины с частями корпуса, а распорные вставки и соответствующие им внутренние стороны центральной разрезной части корпуса, выполнены переменного сечения, угол раствора которого уменьшается по мере удаления от штуцера для подвода рабочего агента и на внутренней поверхности корпуса выполнен направляющий паз, в котором установлены с возможностью перемещения вдоль него выступы распорных вставок, при этом щель в направляющем корпусе выполнена параллельно плоскости разъема корпуса силового элемента и на запорной обойме, в которой установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, вдоль ее образующей в плоскости установки распорных вставок выполнен паз, предназначенный для размещения расклинивающей пики, а на внешней торцевой поверхности распорных вставок выполнено углубление. 2. Силовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что переменное сечение вставок и соответствующих им внутренних сторон центральной разрезной части корпуса выполнено в виде ступенек, причем каждой ступеньке вставки соответствует ступенька, выполненная на внутренней стороне центральной разрезной части корпуса. 3. Силовой элемент по п.1, отличающийся тем, что выступы распорных вставок выполнены в виде выступающих скосов. 4. Силовой элемент по п.1, отличающийся тем, что на наружную поверхность распорных вставок и на контактирующие между собой подвижные части корпуса нанесен антифрикционный материал.