Гидравлическая стойка Советский патент 1993 года по МПК E21D15/44 

Изобретение относится к горному делу, а именно к области создания шахтных гидравлических стоек, работающих в условиях динамического нагружения и может найти применение в горной промышленности при изготовлении механизированных крепей и их эксплуатации.

Известны гидравлические стойки с предохранительными клапанами, установлен

ными в спинку гидроцилиндра, включающее седло и клапан с упругим запирающим элементом в виде пружины или газовой камеры. Срабатывание такого клапана происходит в момент повышения давления в поршневой полости до определенного

уровня (номинального рабочего сопротивления). Однако при работе механизированных крепей в условиях динамического нагружения (резкие осадки труднообруша- ющейся кровли, взрывная отбойка руды, горные удары и т.п.) возникают пиковые давления в гидростойках и, как правило, их раздутие. Время действия таких нагрузок определяется сотыми долями секунды и известное техническое решение не обеспечи- вает эффективной работы гиДростоек при ударном нагружении.

Известна также гидростойка содержащая цилиндр, полый шток с осью, на кото

рой установлен подпружиненный поршень,

образующий дополнительную полость между поршнем и штоком, и предохранительный клапан, аварийный клапан в виде усеченного взаимодействующего с поршнем конуса, неподвижно закрепленного на оси, а в поршне выполнены отверстия, соединяющие дополнительную полость с поршневой полостью, при этом торцевая площадь штока, ограничивающая дополнительную полость, превышает разность пло- щадей поршня и аварийного клапана, а ось штока выполнена с каналами с возможностью соединения поршневой полости с атмосферой. Известное техническое решение срабатывает за счет подвижки штока отно- сительно поршня в момент удара, и запаздывании в движении поршня относительно штока. Однако масса поршня и силы трения его о стенки цилиндра недостаточны дли надежного зависания поршня. Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому является техническое оеше- ние по заявке №4307115/31-03) 144393, решение о выдаче а.с. от 25.IV.88 г. Гидравлическая стойка включает поршне- вую пару, выполненную в виде подвижного и неподвижного элементов, содержащую цилиндр с установленным в нем с возможностью осевого перемещения полым штоком с поршнем, образующих полость

5

10

15

0 5

0

5 0 5 0 5

гидравлической стойки, заполненную рабочей средой, и аварийный клапан в виде над- пружиненной опоры, установленной на подвижном элементе, уплотняющий полость стойки за счет распора относительно подвижного элемента давлением рабочей среды. Отсутствие мощных пружин, распирающих клапан повышает надежность гидростойки. Использование инерционности подвижного элемента повышает надежность срабатывания аварийного клапана. Однако на этап запуска в работу гидростойки механизированной крепи, при отсутствии рабочей среды в ее полости, аварийный клапан открыт под действием веса элементов крепи, опертых на стойку и сжимающих пружину аварийного клапана, то-есть запуск в работу и при передвижке крепи затруднен. Для исключения этого недостатка необходимо установить в аварийном клапане достаточно сильную пружину, обеспечивающую уплотнение гйдростойки крепи при снятом давлении, что также снижает надежность гидростойки.

Цель изобретения - повышение надежности работы гидростойки за счет утечки жидкости в нерабочем положении.

Указанная цель достигается тем, что в гидростойке, включающей полый шток, на одном конце которого размещен полый поршень, а на другом - опора, установленный с возможностью осевого относительного перемещения в цилиндре, и аварийный клапан, выполненный в виде подпружиненной опоры, полый шток снабжен упором, выполненным в виде стержня, установленного на внутренней поверхности опоры вдоль продольной оси штока с возможностью контакта свободным концом с внутренней поверхностью подпружиненной опоры.

На фиг. 1 изображена гидростойка с упорным элементом, выполненным в ее полости, общий вид; на фиг. 2 - общий вид гидростойки с вынесенным упорным элементом, состоящим из трех выступов расположенных для исключения перекоса при посадке в форме равнобедренного треугольника и выполненным на наружной торцовой поверхности неподвижного элемента.

Гидростойка состоит из опоры-клапана 1, штока 2 с поршнем 3 установленных в цилиндре 4, в боковой стенке которого размещен предохранительный клапан 5, реагирующий на постоянное давление (номинальное сопротивление) и опоры 6. Опора - клапан 1 может быть установлена либо в цилиндре 4 (фиг. 1), либо на штоке 2 (фиг. 2). В первом случае цилиндр 4 будет считаться подвижным элементом, т.к. он

вместе с опорой движется относительно штока 2, который в данном случае неподвижен. Если опора 1 установлена на штоке (фиг. 2), то последний является подвижным элементом в то время как цилиндр 4 будет неподвижным. Опора - клапан 1 устанавливается на подвижном элементе и ограничивает своей торцевой поверхностью полость 7 гидростойки. Между опорой-клапаном 1 и подвижным элементом, либо цилиндром 4 (фиг. 1), либо штоком 2 (фиг. 2) установлена пружина 8, распирающая их и обеспечивающая герметизацию полости 7 в начальный момент времени. Вместе контакта опоры- клапана 1 с подвижным элементом выполнены каналы 9, соответственно либо в опоре (фиг, 1), либо в подвижном элементе (фиг. 20). На неподвижном элементе установлены жестко связанные с ним упоры 10, либо в полости 7, когда упор 10 размещен на штоке 2, который является неподвижным элементом (фиг. 1) либо на торцевой наружной поверхности цилиндра 4 (фиг. 2). Площадь $2 опоры 1 в торцевой части, контактирующей с рабочей средой, соразмерна с площадью (5) поршня 3, т.е. Si 82; Si 82; . Причем, если , то усилие пружины 8 должно обеспечить предварительное натяжение опоры-клапана 1. Если , то усилие пружины определяется как () Рном где Рном - номинальное сопротивление гидростойки, на которое настроен предохрани- тельный клапан 5, но не менее веса опоры-клапана 1.

Гидравлическая стойка работает следующим образом.

В начальный период работы гидростойка находится в сжатом состоянии, т.е. крепь сложена, при этом опора-клапан 1 опирается на упорный элемент 10, который соответственно может быть установлено либо в полости 7 на штоке 2 (фиг. 1), либо на цилиндре 4 (фиг. 2). Упорный элемент 10 ограничивает сближение аварийного клапана - опоры-клапана 1 с неподвижным элементом (штоком или цилиндром). При этом подвижный элемент: цилиндр (фиг. 1) или шток (фиг. 2) имеет возможность дальнейшего движения относительно неподвижного элемента. Под действием усилия пружины 8 подвижный элемент-шток 2 (фиг. 1) или цилиндр (фиг. 2) прижимается к опоре-клапану 1, что обеспечивает начальное герметичное закрытие аварийным клапаном 1 полости 7 гидростойки. Внешние нагрузки на опоруклапан 1 воспринимаются в сжатом состоянии крепи упорным элементом 10 и не пере- даются на подвижный элемент, а замыкаются через неподвижный элемент на

опору 6. При подаче давления рабочей жидкости, поскольку опора-клапан 1 закрыт, растет давление в полости 7, что приводит к движению подвижный элемент, который поднимаясь упирается в удерживаемую среду, где и затормаживается его движение.

При давлении начального распора возникает сила FI, действующая с раздвигающим усилием на торцевую поверхность опоры-клапана 1 и постоянно прижимающая его к подвижному элементу. Противодействующая сила F2, стремящаяся открыть аварийный клапан меньше, чем сила FI, т.к. площадь цилиндра, обеспечивающая силу F2, соразмерна с площадью

опоры-клапана 1, на которую действует с раздвигающим усилием жидкость. Если , то . Если . то F2 FI, a пружина 8 обеспечивает недостающее усилие на аварийном клапане.

При статическом нагружении разность сил открытия и закрытия опоры-клапана 1 сохраняется и он остается закрытым. При достижении в гидростойке давления, обеспечивающего номинальное сопротивление крепи, например, 40 МПа, происходит срабатывание предохранительного клапана 5. По мере увеличения давления увеличивается сила прижатия опоры-клапана 1 к подвижному элементу. При динамическом нагружении гидростойки, опора-клапан 1 срабатывает быстрей; чем подвижный элемент-цилиндр 4 (фиг. 1), или шток 2 (фиг. 2), которые из-за своей массы не успевают приобрести мгновенную скорость и рабочая жидкость выбрасывается в атмосферу. После выброса жидкости в атмосферу происходит закрытие опоры-клапана 1, т.к. подвижный элемент впоследствии его догоняет и происходит схлапывание опоры 1 и подвижного элемента за счет пружины 8 и остаточного давления. Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом, за счет выполнения упорного элемента 10 позволяет снизить нагрузки на пружину 8 и обеспечить надежное закрытие опоры-клапана 1 в начальный момент работы и запуск гидростойки в работу.

Формула изобретения

Гидравлическая стойка, включающая полый шток, на одном конце которого размещен полый поршень, а на другом - опора, установленный с возможностью осевого относительного перемещения в цилиндре, и аварийный клапан, выполненный в виде подпружиненной опоры, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности работы гидравлической стойки за счет исключения утечки жидкости в нерабочем положении, полый шток снабжен упором, выполненным в виде стержня, установленного на внутренней поверхности опоры вдоль продольной оси штока с возможностью контакта свободным концом с внутренней поверхностью подпружиненной опоры.

Использование: в качестве гидростоек шахтных механизированных крепей, Сущность изобретения: гидростойка имеет полый шток 4, на одном конце которого размещен полый поршень 3, а на другом - опора 6, установленный в цилиндре 2, аварийный клапан 1 в виде подпружиненной опоры и упор 10 в виде стержня, установленного внутри полого штока 4 с возможностью взаимодействия с подпружиненной опорой 1. При посадке стойки стержень взаимодействует с подпружиненной опорой и перекрывает аварийный клапан. 2 ил.