ГИДРОДОМКРАТ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ СЕКЦИИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ Российский патент 2010 года по МПК E21D23/20 

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам автоматизации процесса перемещения шахтной крепи, и может быть использовано при подземной добыче полезных ископаемых с помощью механизированных комплексов.

Подробно конструкция гидродомкрата передвижения механизированной крепи описана в составе механизированных комплексов МК (начальные буквы специального термина - «механизированная крепь») [Вельтищев В.В., Глумов В.И., Драгунов С.Н. и др. Механизированные комплексы МК., М.: «Недра», 1976]. Гидродомкрат передвижения включает цилиндр с элементами соединения с направляющей конвейера, расположенными в его передней части и выполненными в виде цапф, направляющую втулку, поршень и полый шток с проушиной или вилкой для соединения с основанием и присоединительными отверстиями для подсоединения штуцеров подвода-отвода рабочей жидкости.

Известен используемый, преимущественно в угольной отрасли промышленности, силовой гидроцилиндр, включающий цилиндр и имеющий удлинитель элемент раздвижки, в котором размещено устройство для повышения несущей способности, имеющее шток с поршнем, соединенные с дном цилиндра, поршневую полость, сообщенную с поршневой полостью цилиндра, и штоковую полость с подводом для рабочей жидкости, при этом элемент раздвижки выполнен в виде плунжера, в котором имеется отверстие для подвода рабочей жидкости в штоковую полость устройства для повышения несущей способности [Описание изобретения к патенту РФ №2161253 от 2000.03.07, МПК ⁷E21D 15/44, E21D 23/08, опубл. 2000.12.27]. Изобретение решает задачу повышения несущей способности, упрощения конструкции и повышения ресурса эксплуатации гидроцилиндров в механизированных крепях для подземной добычи угля и других полезных ископаемых.

Недостатком устройства является невозможность оперативного отслеживания промежуточных перемещений гидроцилиндра, что делает затруднительным его применение для произвольного фиксированного передвижения механизированной крепи. Кроме этого конструкция гидроцилиндра в части организации подвода-отвода рабочей жидкости достаточно сложна и нетехнологична.

Известен позиционный пневмогидравлический привод, содержащий исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко соединен со штоком тормозного гидроцилиндра, регулируемое дроссельное устройство, имеющее корпус с каналами подвода и отвода, подключенными к полостям гидроцилиндра, и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника, жестко закрепленного на торце корпуса, в котором выполнено внутреннее резьбовое отверстие, с размещенной внутри резьбовой втулкой, охватывающей сердечник и установленной с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки, охватывающей корпус и подключенной к системе управления с датчиком скорости и положения штока пневмоцилиндра, при этом система управления выполнена с возможностью формирования напряжения на электромагнитной обмотке при разгоне и торможении штока [Описание изобретения к патенту РФ №2074329 от 1993.06.28, МПК⁶ F15B 11/12, F15B 9/03, опубл. 1997.02.27]. Привод обеспечивает высокую точность позиционирования штока и быстродействие.

Недостатком привода является его сложность, пространственная разветвленность элементов и малая нагрузочная способность, из-за чего его нельзя применить для фиксированных перемещений секций механизированной крепи шахтных механизированных комплексов.

Наиболее близким по выполняемой функции и практической реализации является гидродомкрат передвижения секции механизированной крепи в составе шахтных механизированных комплексов МК (начальные буквы специального термина - «механизированная крепь») [Вельтищев В.В., Глумов В.И., Драгунов С.Н. и др. Механизированные комплексы МК. М.: «Недра», 1976, с.12-14, 48, 49]. Гидродомкрат предназначен для передвижения конвейера и секции крепи и обеспечения связи последних между собой. Гидродомкрат состоит из цилиндра с элементами соединения с направляющей конвейера, расположенными в его передней части и выполненными в виде цапф, направляющую втулку, заднюю крышку, поршень и полый шток с головкой, выполненной в виде проушины или вилки для соединения с основанием крепи с присоединительными отверстиями для подсоединения штуцеров подвода-отвода рабочей жидкости и соответствующими продольными изолированными друг от друга каналами, один из которых проходит насквозь вдоль штока и предназначен для сообщения с поршневой полостью цилиндра, а другой - для сообщения со штоковой полостью.

Недостатком конструкции гидродомкрата являются его ограниченные технологические возможности, а именно неспособность фиксированного позиционирования при работе и сложности с оперативным отслеживанием величины перемещений. Данная проблема тем более актуальна, когда рассматривается работа всего механизированного комплекса, в который входит множество секций, оборудованных индивидуальными гидродомкратами передвижения. При этом следует отметить, что потенциальные возможности конструкции гидродомкрата позволяют с небольшими издержками, не выходя за рамки его существующих наружных габаритов, произвести серьезное улучшение потребительских качеств.

Задача, решаемая изобретением, и достигаемый технический результат заключаются в расширении технологических возможностей гидродомкратов передвижения секций механизированной крепи шахтных механизированных комплексов, за счет обеспечения возможностей более точного позиционирования и оперативного отслеживания положения их штоков в различных промежуточных состояниях. Кроме этого улучшается технологичность конструкции гидродомкрата в части исполнения и практической реализации подвода-отвода рабочей жидкости и обеспечивается его простота и надежность работы.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в известном гидродомкрате передвижения секции механизированной крепи, включающем цилиндр с элементами соединения с направляющей конвейера, расположенными в его передней части и выполненными в виде цапф, направляющую втулку, заднюю крышку, поршень и полый шток с головкой, выполненной в виде проушины или вилки для соединения с основанием крепи с присоединительными отверстиями для подсоединения штуцеров подвода-отвода рабочей жидкости и соответствующими продольными изолированными друг от друга каналами, один из которых проходит насквозь вдоль штока и предназначен для сообщения с поршневой полостью цилиндра, а другой - для сообщения со штоковой полостью, продольные каналы подвода-отвода рабочей жидкости расположены в штоке коаксиально по отношению друг к другу, из которых центральный - сквозной канал - выполнен с возможностью сообщения с отверстием подвода-отвода рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра через осевую проточку в головке штока, а периферийный - через ее эксцентрически размещенный канал, при этом гидродомкрат снабжен датчиком перемещения, включающим постоянный магнит, установленный на полой штанге, расположенной в сквозном канале подвода-отвода рабочей жидкости и закрепленной на задней крышке, причем внутри полой штанги с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещена проградуированная мерная линейка, неподвижно и герметично закрепленная в головке штока и снабженная колодкой с электрическими выводами, размещенными в полости головки с возможностью вывода наружу через отверстие для подсоединения штуцера подключения электрических соединений.

Кроме этого:

- задняя крышка цилиндра включает съемный фланец, а полая штанга постоянного магнита неподвижно закреплена на нем;

- головка штока снабжена усилением, выполненным в виде выступа, присоединительные отверстия для подсоединения штуцеров расположены на его вершине, причем на выступе выполнен боковой скос, расположенный со стороны цилиндра и образующий клиновую поверхность с его передним торцом, при этом присоединительное отверстие под штуцер подвода электрических соединений расположено на вершине выступа сразу же за отверстиями под штуцеры подвода-отвода рабочей жидкости с противоположной расположению бокового скоса стороны.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид секции механизированной крепи с гидродомкратом ее передвижения;

- на фиг.2 - вид А фиг.1 - расположение гидродомкрата передвижения секции механизированной крепи на виде сверху;

- на фиг.3 - общий вид гидродомкрата передвижения, включая его продольное сечение;

- на фиг.4 - вид Б фиг.3 - вид гидродомкрата спереди;

- на фиг.5 и фиг.6 показаны сечения В-В и Г-Г фиг.4 - конструкция каналов подвода-отвода рабочей жидкости.

Гидродомкрат 1 передвижения секции механизированной крепи 2 шахтных механизированных комплексов включает цилиндр 3 с элементами соединения с направляющей 4 конвейера 5, расположенными в его передней части 6 и выполненными в виде цапф 7, направляющую втулку 8, заднюю крышку 9, поршень 10 и полый шток 11 с головкой 12, выполненной в виде проушины (как показано на фиг.3 и 4) или вилки для соединения с основанием 13 крепи 2 с присоединительными отверстиями 14 и 15 для подсоединения штуцеров (на фиг.1 и 2 показаны символично) подвода-отвода рабочей жидкости и соответствующими продольными изолированными друг от друга каналами 16 и 17, из которых канал 16, проходящий насквозь вдоль штока 11, предназначен для сообщения с поршневой полостью 18 цилиндра 3, а канал 17 предназначен для сообщения со штоковой полостью 19.

Продольные каналы 16 и 17 подвода-отвода рабочей жидкости расположены в штоке 11 коаксиально по отношению друг к другу, причем центральный - сквозной канал 16 - выполнен с возможностью сообщения с отверстием 14 подвода-отвода рабочей жидкости в поршневую полость 18 цилиндра 3 через осевую проточку 20 в головке 12 штока 11, а периферийный канал 17 выполнен с возможностью сообщения с отверстием 15 подвода-отвода рабочей жидкости в штоковую полость 19 через эксцентрически размещенный в головке 12 штока 11 канал 21, при этом гидродомкрат снабжен датчиком 22 перемещения, включающим постоянный магнит 23, установленный на полой штанге 24, расположенной в сквозном канале 16 подвода-отвода рабочей жидкости и закрепленной на задней крышке 9, причем внутри полой штанги 24 с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещена проградуированная мерная линейка 25, неподвижно и герметично закрепленная в головке 12 штока 11, например, посредством штуцера 26 и снабженная колодкой 27 с электрическими выводами 28, размещенными в полости 29 головки 12 с возможностью вывода наружу через отверстие 30 для подсоединения штуцера (условно не показан) подключения электрических соединений.

Дополнительно, задняя крышка 9 цилиндра 3 включает съемный фланец 31, а полая штанга 24 постоянного магнита 23 неподвижно закреплена на нем. Кроме того, головка 12 штока 11 снабжена усилением, выполненным в виде выступа 32, присоединительные отверстия 14 и 15 для подсоединения штуцеров расположены на его вершине 33, причем на выступе 32 выполнен боковой скос 34, расположенный со стороны цилиндра 3 и образующий клиновую поверхность с его передним торцом 35, при этом присоединительное отверстие 30 под штуцер подвода электрических соединений расположено на вершине 33 выступа 32 сразу же за отверстиями 14 и 15 под штуцеры подвода-отвода рабочей жидкости с противоположной расположению бокового скоса 34 стороны.

Проанализируем существенность признаков изобретения.

Преимущества заявленного в качестве изобретения технического решения в наибольшей степени проявляют себя именно в конструкции гидродомкрата 1 передвижной секции механизированной крепи 2, что связано с большими габаритами шахтного оборудования. При изготовлении гидродомкрата 1 механической высокоточной обработке подвергаются детали с длиной более полутора метров и диаметром около 100 миллиметров. Такой деталью, например, является шток 11, работающий в условиях интенсивного абразивного воздействия. Традиционно каналы для подвода рабочей жидкости в штоке растачивали или рассверливали, что являлось весьма трудоемкой операцией. При расположении внутри штока дополнительного оборудования или различных приборов контроля количество механических операций существенно возрастает (см., например, патент РФ №2161253). В штоке 11 гидродомкрата 1 выделена отдельно его головка 12, имеющая ограниченные линейные размеры - примерно 200-220 мм в длину - в которой выполняются наиболее точные и трудоемкие механические операции - формируется вилка или проушина, выполняются осевая проточка 20, эксцентрически расположенный канал 21 и отверстия 14, 15 и 30 для подсоединения различных штуцеров. Собственно шток 11 представляет собой обычную трубу 36, например, из высококачественной стали. Головка 12 неразъемно соединяется с телом штока 11 (трубой 16), например, сваркой, и дальнейшей механической обработке подлежит лишь наружная поверхность трубы 16 и ее концевая часть, где будут размещаться поршень 10, разнообразные уплотнения и элементы крепежа, показанные на фигурах чертежей в соответствии с правилами их условного изображения. Все перечисленные операции выполняются на типовом оборудовании. Продольные каналы 16 и 17 в штоке 11 формируются путем размещения в его полости такой же, обработанной лишь по краям, с целью обеспечения возможностей герметизации, трубы 37.

Благодаря перечисленным особенностям появилась возможность размещения в свободной полости штока 11 контрольной аппаратуры, а именно датчика 22 перемещения с полой штангой 24, постоянным магнитом 23 и мерной линейкой 25. Каждый из этих элементов надежно и просто крепится друг к другу, к соответствующим деталям и узлам гидродомкрата 1 и к ним осуществляют подвод присоединительной арматуры типа колодки 27 с электрическими выводами 28. На фигурах 4-6 чертежей показан один из множества возможных вариантов конструктивного оформления внутреннего пространства гидродомкрата 1.

Большей технологичности конструкции гидродомкрата 1 способствует выполнение на задней крышке 9 цилиндра 3 съемного фланца 31, к которому крепится полая штанга 24 с постоянным магнитом 23. Такая конструкция обеспечивает достаточно простую сборку-разборку гидродомкрата 1 при его изготовлении, проведении профилактических мероприятий или ремонте.

Выполнение головки 12 штока 11 с усилением в виде выступа 32 и боковым скосом 34, образующим клиновую поверхность с передним торцом 35 цилиндра 3 позволяет гарантированно выталкивать куски полезного ископаемого или породы, которые случайно оказались в этом пространстве. В противном случае большие усилия на штоке 11 могли бы способствовать его поперечному изгибу и срезанию штуцеров, а это чревато созданием аварийных ситуаций, выводом ряда секций механизированной крепи 2 из технологического процесса до момента ее плановой остановки на профилактический или текущий ремонт.

Работу гидродомкрата 1 рассмотрим на следующем примере.

Оснащенная гидродомкратом 1 передвижения секция механизированной крепи 2 в составе множества других однотипных секций, которые установлены вдоль забоя, должна быть передвинута на некий шаг, равный шагу прохода добычного комбайна. Для этого подается команда на подачу в соответствующую полость 19 цилиндра 3 гидродомкрата 1 рабочей жидкости. Шток 11 втягивается внутрь цилиндра 3, который элементами соединения с направляющей 4 конвейера 5 - своими цапфами 7 - начинает перемещать конвейер 5 на величину хода полого штока 11. Крепь 2 при этом остается неподвижной. Одновременно происходит смещение мерной линейки 25 относительно постоянного магнита 23. Электрический сигнал поступает в соответствующий блок обработки данных (условно не показан) и, в зависимости от его величины формируется (или не формируется) исполнительная команда на соответствующий рабочий орган. Информация со всех датчиков подается на пульт оператора, который видит реальную картину технологического процесса в забое. Например, в случае непоступления рабочей жидкости в полости 18 или 19 одного из цилиндров, его датчик 22 не формирует нужный электрический сигнал. Для системы управления это будет означать, например, в случае неконтролируемого расхода или утечек рабочей жидкости необходимость блокировки ее поступления в цилиндр 3. Оператор сразу же увидит, что среди множества секций конкретная секция остановилась (выпала из общего технологического процесса) и оперативно принимается решение об устранении неполадки или функцию этой секции передают соседним секциям - до момента проведения плановых ремонтных работ.

После того как конвейер 5 передвинут на шаг в сторону забоя, начинают передвигать собственно секцию крепи 2. Ослабляют распор в гидростойке 38. В поршневую полость 18 цилиндра 3 гидродомкрата 1 подают рабочую жидкость, полый шток 11 начинает выдвигаться. Проушина головки 12 начинает воздействовать на основание 13 секции механизированной крепи 2 и она благодаря соответствующему усилию начинает пододвигаться к конвейеру 5. По мере смещения секции крепи 2 освобождается выработанное пространство забоя, которое заполняется обрушенной породой. Как и в предыдущем случае происходит смещение мерной линейки 25 относительно постоянного магнита 23. Электрический сигнал также поступает в соответствующий блок обработки данных и, в зависимости от его величины также формируется (или не формируется) соответствующая исполнительная команда на рабочий орган.

Таким же образом обеспечивается возможность передвижения секций механизированной крепи 2 или конвейера 5 в забое на определенную величину. По мере относительного смещения мерной линейки 25 формируется команда на остановку гидродомкратов 1. Как правило, в забое эта функция рассматривается как параметрический резерв, обеспечивающий, например, возможность освобождения в забое пространства для выполнения каких-либо ремонтных или профилактических мероприятий и т.д.

В результате использования изобретения, за счет обеспечения возможностей более точного позиционирования и оперативного отслеживания положения штоков гидродомкратов в различных промежуточных состояниях, расширились их технологические возможности. Улучшилась технологичность конструкции гидродомкрата в части исполнения и практической реализации подвода-отвода рабочей жидкости и обеспечилась его простота и надежность работы.

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам автоматизации процесса перемещения шахтной крепи, и может быть использовано при подземной добыче полезных ископаемых с помощью механизированных комплексов. Техническим результатом является расширение технологических возможностей гидродомкратов, улучшение технологичности конструкции, простота и надежность работы гидродомкрата. Гидродомкрат передвижения секции механизированной крепи включает цилиндр с элементами соединения с направляющей конвейера, расположенными в его передней части и выполненными в виде цапф, направляющую втулку, заднюю крышку, поршень и полый шток с головкой, выполненной в виде проушины или вилки для соединения с основанием крепи с присоединительными отверстиями для подсоединения штуцеров подвода-отвода рабочей жидкости и соответствующими продольными изолированными друг от друга каналами, один из которых проходит насквозь вдоль штока и предназначен для сообщения с поршневой полостью цилиндра, а другой - для сообщения со штоковой полостью. Причем продольные каналы подвода-отвода рабочей жидкости расположены в штоке коаксиально по отношению друг к другу, из которых центральный - сквозной канал - выполнен с возможностью сообщения с отверстием подвода-отвода рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра через осевую проточку в головке штока; а периферийный - через эксцентрически размещенный канал в головке штока. Гидродомкрат также снабжен датчиком перемещения, включающим постоянный магнит, установленный на полой штанге, расположенной в сквозном канале подвода-отвода рабочей жидкости и закрепленной на задней крышке. Внутри полой штанги с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещена проградуированная мерная линейка, неподвижно и герметично закрепленная в головке штока посредством штуцера, и снабженная колодкой с электрическими выводами, размещенными в полости головки с возможностью вывода наружу через отверстие для подсоединения штуцера подключения электрических соединений. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Гидродомкрат передвижения секции механизированной крепи, включающий цилиндр с элементами соединения с направляющей конвейера, расположенными в его передней части и выполненными в виде цапф, направляющую втулку, заднюю крышку, поршень и полый шток с головкой, выполненной в виде проушины или вилки для соединения с основанием крепи с присоединительными отверстиями для подсоединения штуцеров подвода-отвода рабочей жидкости и соответствующими продольными изолированными друг от друга каналами, один из которых проходит насквозь вдоль штока и предназначен для сообщения с поршневой полостью цилиндра, а другой - для сообщения со штоковой полостью, отличающийся тем, что продольные каналы подвода-отвода рабочей жидкости расположены в штоке коаксиально по отношению друг к другу, из которых центральный - сквозной канал, выполнен с возможностью сообщения с отверстием подвода-отвода рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра через осевую проточку в головке штока; а периферийный - через эксцентрически размещенный канал в головке штока, при этом гидродомкрат снабжен датчиком перемещения, включающим постоянный магнит, установленный на полой штанге, расположенной в сквозном канале подвода-отвода рабочей жидкости и закрепленной на задней крышке, причем внутри полой штанги с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещена проградуированная мерная линейка неподвижно и герметично закрепленная в головке штока посредством штуцера, и снабженная колодкой с электрическими выводами, размещенными в полости головки с возможностью вывода наружу через отверстие для подсоединения штуцера подключения электрических соединений.

2. Гидродомкрат по п.1, отличающийся тем, что задняя крышка цилиндра включает съемный фланец, а полая штанга постоянного магнита неподвижно закреплена на нем.

3. Гидродомкрат по п.1, отличающийся тем, что головка штока снабжена усилением, выполненным в виде выступа, присоединительные отверстия для подсоединения штуцеров расположены на его вершине, причем на выступе выполнен боковой скос, расположенный со стороны цилиндра и образующий клиновую поверхность с его передним торцом, при этом присоединительное отверстие под штуцер подвода электрических соединений расположено на вершине выступа сразу же за отверстиями под штуцеры подвода-отвода рабочей жидкости с противоположной расположению бокового скоса стороны.