УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ В ЕГО ПЕРЕДАТОЧНОМ МЕХАНИЗМЕ Российский патент 2007 года по МПК E02F5/08 E02D29/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к передаточному механизму, в особенности для машин для подземной разработки грунта, содержащему корпус передаточного механизма и устройство для изменения внутреннего давления в корпусе. Изобретение относится также к способу регулирования внутреннего давления в передаточном механизме.

Уровень техники

В передаточных механизмах, которые работают под водой или в другой окружающей среде с повышенным давлением, необходимо выравнивать давление, чтобы давление масла в передаточном механизме соответствовало внешнему давлению. В противном случае создается опасность больших перепадов давления между внутренним пространством передаточного механизма и окружающей средой, что может привести к проникновению воды внутрь механизма. Без такого выравнивания давления потребовались бы повышенные расходы на герметизацию передаточного механизма от проникновения жидкости снаружи внутрь.

Такая система выравнивания давления в передаточном механизме известна из патентного документа ФРГ №2162314 А. На корпусе передаточного механизма предусмотрено отверстие, герметизированное от окружающей среды с помощью гибкой мембраны. Когда давление окружающей среды превышает давление внутри механизма, мембрана может прогибаться внутрь и за счет этого выравнивать давление внутри механизма. Однако в тяжелых условиях окружающей среды, таких как при работе машин глубокого бурения, такая система подвержена повреждениям, то есть ненадежна и недолговечна.

Из патентного документа ЕР 0518293 В1 известно щелерезное фрезерное устройство для возведения в грунте изоляционных стен, в котором уплотнения подшипниковых опор фрез снабжены гидравлическим устройством выравнивания давления. Для этого предусмотрен подвижный поршень, на один конец которого может воздействовать давление окружающей среды. Другой конец подвижного поршня воздействует на масляный резервуар, который может создавать гидравлическое противодавление на уплотнения подшипниковых опор при соответствующем повышении давления окружающей среды.

Это известное устройство значительно увеличивает надежность по сравнению с мембраной, обладающей низкой механической прочностью. Устройство и способ регулирования внутреннего давления, описанные в этом документе, выбраны в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Однако в этом устройстве имеется опасность того, что при работе в условиях строительной площадки загрязнение может повлиять на подвижность поршня или на плотность герметизации, так что не будет обеспечиваться надежное выравнивание давления.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании передаточного механизма и способа регулирования внутреннего давления в передаточном механизме, которые обеспечивают надежное изменение внутреннего давления в механизме при простой и надежной конструкции механизма, а также устройства для подземной разработки грунта.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет устройства, обладающего признаками по п.1 формулы изобретения, и способа, обладающего признаками по п.12 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изобретения изложены в соответствующих зависимых пунктах.

Передаточный механизм по изобретению содержит корпус и напорное устройство для изменения внутреннего давления в корпусе передаточного механизма, и отличается тем, что в нем предусмотрено активное регулирующее устройство, выполненное управляемым посредством управляющего устройства для изменения внутреннего давления. Основополагающая идея изобретения состоит в том, чтобы перейти от известного из уровня техники так называемого пассивного устройства выравнивания давления, когда внешнее давление непосредственно изменяет внутреннее давление в передаточном механизме через посредство мембраны или поршня, к активному управляемому регулирующему устройству. Через посредство управляющего устройства активизируется регулирующее устройство, которое в соответствии с командой управления изменяет внутреннее давление в передаточном механизме.

В принципе изменение давления может производиться различными путями, такими как изменение объема корпуса передаточного механизма с помощью подвижного поршня. В предпочтительном примере выполнения изобретения регулирующее устройство выполнено с возможностью изменения заполнения корпуса передаточного механизма. За счет этого обеспечивается быстрое желаемое изменение давления относительно простым путем.

Предпочтительно, регулирующее устройство содержит насос и/или уравнительную емкость, которая находится в сообщении с корпусом передаточного механизма с помощью трубопровода для подвода и/или отвода текучей среды. В качестве текучей среды для воздействия на давление может служить как трансмиссионное масло, предусмотренное для передаточного механизма, так и воздух, который обычно находится в передаточном механизме. Для определенных случаев целесообразно использование специальной напорной текучей среды, которая может иметь определенные физические свойства в отношении сжимаемости, необходимые температурные свойства, а также специальные антикоррозионные свойства.

Согласно дальнейшему примеру выполнения изобретения уравнительная емкость выполнена с возможностью установления в ней определенного давления, при этом подвод текучей среды в корпус передаточного механизма может управляться посредством регулирующего клапана. При этом в уравнительной емкости может поддерживаться определенное избыточное давление по сравнению с внутренней полостью корпуса, так что текучая среда может подаваться в корпус передаточного механизма в любой момент в желаемом количестве. Для снижения давления может быть предусмотрен воздушный выпускной клапан, также управляемый управляющим устройством.

Согласно изобретению для эффективного регулирования давления предусмотрено, что регулирующее устройство содержит устройство изменения объема, в особенности поршень, для изменения внутреннего объема уравнительной емкости. При этом регулирование давления осуществляется в уравнительной емкости, которая находится в сообщении с корпусом передаточного механизма, так что давление внутри уравнительной емкости корреспондируется с давлением в корпусе передаточного механизма.

Особенно практичный и экономичный пример выполнения обеспечивается в том случае, когда уравнительная емкость, по меньшей мере частично, заполнена трансмиссионным маслом, которое служит в качестве текучей среды для изменения давления.

Для предотвращения загрязнения трансмиссионного масла в соответствии с изобретением в уравнительной емкости предусмотрена вторая текучая среда, которая отделена от трансмиссионного масла с помощью разделительного элемента, такого как поршень, мембрана или гибкая оболочка. Вторая текучая среда, которая предпочтительно является воздухом, служит также для выравнивания колебаний температуры трансмиссионного масла в результате эксплуатации.

Для плавного изменения давления в корпусе передаточного механизма в соответствии с изобретением предусмотрено демпферное средство, посредством которого может, в частности, демпфироваться передача давления трансмиссионному маслу, причем демпфирующее средство содержит, в частности, разделительный элемент с предназначенной для него пружиной или предусмотренный для него объем газа.

Для точного приведения давлений в соответствие согласно изобретению предпочтительно, чтобы для измерения давления внутри и/или снаружи от корпуса передаточного механизма предусмотрен датчик давления, выполненный с возможностью передачи сигналов управляющему устройству. Таким образом, посредством датчика внешнего давления давление внешней среды может быть измерено и передано на управляющее устройство. На основе этих данных измерения управляющее устройство может желаемым образом устанавливать внутреннее давление в корпусе, при этом датчик внутреннего давления может служить в качестве элемента обратной связи. При этом может осуществляться не только управление в чистом виде, но и регулирование внутреннего давления.

Другой предпочтительный пример выполнения изобретения заключается в том, что предусмотрено устройство измерения уровня масла, предназначенное для определения уровня трансмиссионного масла в уравнительной емкости и, в особенности, выполненное с возможностью передачи сигналов управляющему устройству. За счет этого особенно легко определяется уровень трансмиссионного масла в уравнительной емкости, и эти данные могут использоваться в качестве надежного показателя уровня трансмиссионного масла. Измерительное устройство может быть связано с датчиком температуры, так что могут учитываться возможные температурные изменения объема трансмиссионного масла. За счет этого может достигаться особенно надежное наблюдение за уровнем заполнения и утечками в корпусе передаточного механизма.

В принципе передаточный механизм по изобретению может применяться в различных случаях, когда передаточный механизм используется в условиях избыточного давления или разрежения, например, под водой.

Особенные преимущества дает использование передаточного механизма по изобретению в машинах для подземной разработки, в особенности в щелерезном фрезерном устройстве. Конструкция устройства по изобретению может быть выполнена без подвижных механических частей, открытых к воздействию тяжелых условий окружающей внешней среды, и обеспечивает надежное регулирование и выравнивание внутреннего давления передаточного механизма в устройствах глубокой подземной разработки.

Способ регулирования внутреннего давления в передаточном механизме согласно изобретению отличается тем, что внутреннее давление изменяют посредством активного регулирующего устройства, которое управляется управляющим устройством. За счет данного способа по изобретению достигаются описанные выше преимущества в отношении надежного регулирования и выравнивания давления в передаточном механизме.

Согласно предпочтительному примеру осуществления предусмотрено, что с помощью датчика внешнего давления измеряют внешнее давление снаружи от корпуса передаточного механизма и производят управление внутренним давлением в зависимости от измеренного внешнего давления. Поскольку датчики давления занимают мало места и относительно недороги, может быть предпочтительно предусмотрено несколько датчиков внешнего давления для особенно надежного измерения.

Альтернативно или дополнительно внешнее давление, например, для щелерезного фрезерного устройства, может определяться по его положению по глубине, так как внешнее давление пропорционально глубине нахождения устройства в жидкости. Посредством соответствующих датчиков, например, на лебедке, по положению рабочего устройства может определяться внешнее давление, так что выравнивание давления может осуществляться без датчика внешнего давления.

Для особенно надежной настройки давления посредством регулирования в соответствии с изобретением с помощью датчика внутреннего давления измеряют внутреннее давление в корпусе передаточного механизма и регулируют внутреннее давление через посредство управляющего устройства.

Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что производят управление и/или регулируют внутреннее давление в корпусе передаточного механизма таким образом, чтобы оно было равно измеренному внешнему давлению или было меньше или больше него на заданную величину разности давлений. Таким образом, с помощью управляющего устройства можно всегда установить в корпусе передаточного механизма заданное определенное избыточное давление или разрежение. При определенном заранее заданном избыточном давлении никакая жидкость не может проникнуть снаружи в корпус передаточного механизма. При работах в специфических условиях, например, на водозащитных территориях грунтовых вод, может быть целесообразно установить в корпусе передаточного механизма небольшое разрежение, чтобы с высокой степенью надежности предотвратить утечки трансмиссионного масла.

Предложено также устройство для подземной разработки грунта, в особенности щелерезное фрезерное устройство, отличающееся тем, что оно снабжено передаточным механизмом согласно настоящему изобретению.

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 схематично изображает на виде сбоку часть щелерезного фрезерного устройства для возведения в грунте изоляционных стен, снабженное передаточным механизмом по изобретению,

фиг.2а-2е схематично изображают различные примеры выполнения уравнительных емкостей в устройстве по изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 показано щелерезное фрезерное устройство 10 для возведения в грунте изоляционных стен, выполненное в соответствии с изобретением и содержащее две фрезы 12, расположенные по обе стороны от щита 13 передаточного механизма. На щите 13 расположен передаточный механизм 14 в соответствии с изобретением, передающий крутящий момент от гидравлического привода 15 на фрезы 12. Передаточный механизм 14 проходит до центра фрез 12, при этом шестерни механизма представлены на чертеже частично. Поскольку щелерезное фрезерное устройство 10 имеет симметричную конструкцию, далее описание передаточного механизма будет дано только для левосторонней фрезы 12.

Для изменения давления внутри корпуса 16 передаточного механизма 14 предусмотрено активное регулирующее устройство 20. В показанном примере выполнения активное регулирующее устройство 20 содержит уравнительную емкость 22, которая находится в сообщении с внутренней полостью корпуса 16 передаточного механизма посредством линии или трубопровода 24 передачи текучей среды. В уравнительной емкости 22 с помощью не представленного на чертеже управляющего устройства может быть создано желаемое давление, которое передается через трубопровод 24 для создания в передаточном механизме соответствующего внутреннего давления. Таким образом, внутри передаточного механизма 14 может быть установлено желаемое внутреннее давление, которое может быть отрегулировано, например, в соответствии с внешним давлением окружающей среды. За счет этого в щелерезном фрезерном устройстве 10, которое должно работать в заполненной суспензией щелевой прорези на глубине до 100 м, может быть устранена разность между давлением внутри передаточного механизма и давлением его внешнего окружения.

Благодаря этому, несмотря на высокое давление окружающей среды, проникновение жидкости или суспензии в корпус 16 передаточного механизма может быть предотвращено без каких-либо особых мер по уплотнению или герметизации валов и корпуса.

При удалении щелерезного фрезерного устройства 10 из щелевой прорези давление внутри корпуса 16 передаточного механизма может быть вновь снижено в соответствии с изменением глубины. При этом из уравнительной емкости 22 может отводиться воздух через отводящий трубопровод 26, сообщающийся с шаровым клапаном, или воздух может подаваться в уравнительную емкость.

На фиг.2 представлен первый пример создания давления в уравнительной емкости 22а. Цилиндрическая уравнительная емкость 22а частично заполнена трансмиссионным маслом 5, которое находится в сообщении с маслом в передаточном механизме через трубопровод 24а для текучей среды. Для регулирования давления в уравнительную емкость 22а может вводиться воздух под давлением по напорному воздушному трубопроводу 25а через не показанный регулировочный клапан, управляемый управляющим устройством. В уравнительной емкости 22а могут быть расположены датчики 42, 43, которые в дополнение к измерению давления могут служить также датчиками устройства измерения уровня масла.

Согласно альтернативному примеру выполнения по фиг.2b давление трансмиссионного масла 5 может устанавливаться также с помощью поршня 28b. Между поршнем 28b и трансмиссионным маслом 5 находится определенное количество газа 30, который может служить демпферным элементом при регулировании давления. Изменение давления может осуществляться, в частности, ступенчато, путем простого управления регулировочным клапаном. Установка поршня 28b производится с помощью гидравлически или пневматически управляемого сервоцилиндра 32 с поршневым штоком 34b. Определенное положение поршня 28b в уравнительной емкости может обеспечиваться посредством соответствующего управления устройствами 36 подачи и отвода среды.

На фиг.2с показана гидравлическая система, в которой уравнительная емкость 22с выполнена аналогично примеру выполнения по фиг.2а. Подающий трубопровод для подвода газа выполнен в виде соединительного трубопровода 40, сообщающегося с гидравлической емкостью 38, частично заполненной рабочей жидкостью (маслом для гидравлических систем) 7. Газ, находящийся в гидравлической емкости 38, отделен от рабочей жидкости 7 эластичной оболочкой 39с. Путем соответствующего отвода или подвода рабочей жидкости 7 через гидравлический трубопровод 41с можно производить регулирование размеров оболочки 39с и тем самым через соединительный трубопровод 40 желаемым образом воздействовать на давление в уравнительной емкости 22с.

На фиг.2d показан упрощенный пример выполнения устройства. В уравнительной емкости 22d находится не только трансмиссионное масло 5, но также и рабочая жидкость 7 и определенное количество газа 30d, при этом и рабочая жидкость, и газ отделены от трансмиссионного масла 5 эластичной оболочкой 39d. Через посредство гидравлического трубопровода 41d можно изменять объем рабочей жидкости 7 в уравнительной емкости 22d и за счет этого обеспечивать соответствующее изменение давления трансмиссионного масла 5, находящегося в верхней части емкости, которая через трубопровод 24d сообщается с внутренней полостью корпуса передаточного механизма. Объем газа 30d в оболочке 39d служит в качестве газового демпфера для демпфирования изменения давления.

Сходный пример выполнения уравнительной емкости 22е представлен на фиг.2е. Здесь также в нижней области уравнительной емкости 22е находится рабочая жидкость 7 и определенное количество газа 30е, отделенные поршнем 28е от расположенного над ними трансмиссионного масла 5. Посредством подвода рабочей жидкости 7 по гидравлическому трубопроводу 41е можно изменять давление внутри уравнительной емкости 22е, при этом давление трансмиссионного масла 5 передается через трубопровод 24е трансмиссионному маслу внутри передаточного механизма. Одновременно датчиком 46е может передаваться информация о выдвижении поршневого штока 34е в качестве величины уровня трансмиссионного масла.

Группа изобретений относится к устройствам для подземной разработки грунта, в особенности щелерезным фрезерным устройствам, работающим в среде с повышенным давлением. Обеспечивает надежные уплотнение и герметизацию передаточного механизма устройства с помощью точного регулирования в соответствии с параметрами окружающей среды давления масла в коробке передаточного механизма. Устройство содержит передаточный механизм, заключенный в корпус, напорное устройство для изменения внутреннего давления в нем, и активное регулирующее устройство. Активное регулирующее устройство выполнено управляемым посредством управляющего устройства для изменения внутреннего давления в корпусе передаточного механизма. Кроме того, активное регулирующее устройство содержит насос и/или уравнительную емкость, которые сообщаются с корпусом передаточного механизма с помощью трубопровода для подвода и/или отвода текучей среды. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для подземной разработки грунта, в особенности щелерезное фрезерное устройство, содержащее передаточный механизм с корпусом передаточного механизма и напорное устройство для изменения внутреннего давления в корпусе передаточного механизма, отличающееся тем, что оно содержит активное регулирующее устройство, выполненное управляемым посредством управляющего устройства для изменения внутреннего давления в корпусе передаточного механизма и содержащее насос и/или уравнительную емкость, которые сообщаются с корпусом передаточного механизма с помощью трубопровода для подвода и/или отвода текучей среды.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее устройство выполнено с возможностью изменения заполнения корпуса передаточного механизма.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уравнительная емкость выполнена с возможностью установления в ней заданного давления, при этом подвод текучей среды в корпус передаточного механизма может управляться посредством регулирующего клапана.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующее устройство содержит устройство изменения объема, в особенности поршень, для изменения внутреннего объема уравнительной емкости.5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что уравнительная емкость по меньшей мере частично заполнена трансмиссионным маслом, которое служит в качестве текучей среды для изменения давления.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в уравнительной емкости предусмотрена вторая текучая среда, которая отделена от трансмиссионного масла с помощью разделительного элемента, такого как поршень, мембрана или эластичная оболочка.7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в нем предусмотрено демпферное средство, посредством которого может, в частности, демпфироваться передача давления трансмиссионному маслу, причем демпфирующее средство содержит, в частности, разделительный элемент с предназначенной для него пружиной или предусмотренный для него объем газа.8. Устройство по любому из пп.1, 2, 3, 4, 6, 7, отличающееся тем, что в нем для измерения давления внутри и/или снаружи от корпуса передаточного механизма предусмотрен датчик давления, выполненный с возможностью передачи сигналов управляющему устройству.9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в нем предусмотрено устройство измерения уровня масла, предназначенное для определения уровня трансмиссионного масла в уравнительной емкости и выполненное с возможностью передачи сигналов управляющему устройству.10. Способ регулирования внутреннего давления в передаточном механизме устройства для подземной разработки грунта, включающий подачу текучей среды в передаточный механизм, отличающийся тем, что текучую среду подают в передаточный механизм устройства по любому из пп.1-9, причем внутреннее давление изменяют посредством активного регулирующего устройства, которое выполнено управляемым посредством управляющего устройства, содержащего насос и/или уравнительную емкость, которые сообщаются с корпусом передаточного механизма с помощью трубопровода для подвода и/или отвода текучей среды.11. Способ по п.10, отличающийся тем, что с помощью датчика внешнего давления измеряют внешнее давление снаружи от корпуса передаточного механизма и производят управление внутренним давлением в зависимости от измеренного внешнего давления.12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что определяют положение корпуса передаточного механизма по глубине и производят управление внутренним давлением в зависимости от этого положения по глубине.13. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что с помощью датчика внутреннего давления измеряют внутреннее давление в корпусе передаточного механизма и регулируют внутреннее давление через посредство управляющего устройства.14. Способ по п.11, отличающийся тем, что производят управление и/или регулируют внутреннее давление в корпусе передаточного механизма таким образом, чтобы оно было равно измеренному внешнему давлению или было меньше или больше него на заданную величину разности давлений.