автономное устройство для направленного разрушения монолитных объектов

Формула изобретения

1. АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее цилиндрический корпус, образованный двумя продольно-разъемными щеками с расположенными в одной из них вдоль продольной оси гнездами с параллельными одна другой осями, а в другой ответными гильзами, ограничители раздвижки щек и узел создания давления рабочего тела, соединенный с каналом подвода рабочего тела в полость гильз, отличающееся тем, что гильзы закреплены в одной из щек с возможностью перемещения с последней и с обеспечением герметизации ответных им полостей гнезд в противоположной щеке, при этом щеки выполнены с возможностью радиального перемещения одна относительно другой в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, а узел создания давления рабочего тела установлен соосно на корпусе и жестко связан с последним.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел создания давления рабочего тела выполнен в виде цилиндра с газовой и гидравлической камерами, разделенными подвижным поршнем, причем в газовой камере расположены воспламенитель, пороховой заряд и сопло, а гидравлическая камера заполнена рабочим телом.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подвижный поршень узла создания давления рабочего тела выполнен с шлифовым уплотнением как со стороны гидравлической, так и газовой камер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче гранитных и мраморных блоков и для разрушения фундаментов.

Известно большое количество устройств для разрушения монолитных объектов горных пород. Действие наиболее применяемых устройств основано на следующих принципах: раздвигание давильных элементов корпуса с помощью рабочей жидкости, нагнетаемой в эластичную камеру расширения (авт.св. NN 1240121, 1461921, 1346784, 1348515, 1033819, кл. Е 21 С 37/06, NN 1588868, 1606655, 1606658, кл. Е 21 С 37/10); силовое воздействие выдвижными поршневыми элементами из корпуса (авт. св. N 1583603, кл. Е 21 С 37/04). Известные устройства с эластичной камерой расширения имеют большую площадь воздействия на монолит и, следовательно, большое усилие раздвижки. Однако их основной элемент эластичная камера расширения не обеспечивает долговременной работоспособности устройства. Недостатком устройств с выдвижными поршнями является то, что в случае совпадения какого-либо выдвижного поршня с местной малой прочностью или пористостью в монолите вследствие естественной неоднородности породы возможно утопание этого поршня в породе без откола блока с последующим заклиниванием устройства и трудностью извлечения устройства из шпура.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для направленного разрушения монолитных объектов с раздвижным элементом в виде рабочей пластины, на которую воздействуют силовые поршни, выдвигающиеся из корпуса перпендикулярно его оси [2] Устройство имеет во внутренних полостях силовых поршней дополнительные поршни для увеличения суммарной величины хода. Недостаток устройства в том, что уплотнительные кольца на силовых и дополнительных поршнях выполнены в виде сальниковых устройств, что не позволит применять высокие давления при эксплуатации устройства, так как сальниковые устройства для уплотнения движущегося поршня в условиях высоких давлений (500 кг/см² и выше) быстро изнашиваются и не обеспечивают работоспособности (Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. М. Машиностроение, 1957). Дополнительные поршни ввиду их меньшего диаметра по сравнению с силовыми поршнями дадут еще меньшее усилие на рабочем раздвижном элементе, поэтому в случае отсутствия разлома монолита под действием силовых поршней работа дополнительных поршней не произведет никакого эффекта. Работа устройства основана на подводе рабочего тела от внешнего источника. Это вынуждает применять систему трубоподводов для подвода рабочего тела к каждому устройству. Это неудобство становится труднопреодолимым при необходимости установки нескольких устройств в один шнур при отбойке крупногабаритных блоков камня в мощном пласте породы.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушения и улучшение эксплуатационных характеристик при установке устройства в шпур за счет увеличения давления рабочего тела и увеличения силы воздействия путем увеличения площади воздействия на монолит и применения автономного узла создания давления рабочего тела.

Цель достигается тем, что в устройстве с раздвижным элементом и силовыми поршнями корпус выполнен из двух продольно-разъемных щек с расположенными вдоль продольной оси корпуса в одной из щек с параллельными друг другу осями гнездами и размещенным в полостях гнезд ответными гильзами в другой щеке, при этом щеки имеют возможность раздвигаться друг относительно друга перпендикулярно продольной оси корпуса совместно с гильзами и гнездами. К корпусу устройства соосно и жестко установлен автономный узел создания давления рабочего тела с диаметром, равным диаметру корпуса. От этого узла через канал подвода рабочее тело поступает в полость гнезд под гильзы устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что гильзы и гнезда выполнены в продольно-разъемных щеках и двигаются с ними совместно, а рабочее тело подается к рабочему органу от автономного источника, выполненного в единой конструкции устройства. Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в области устройств для разрушения монолитных объектов не позволило выявить в них технических решений со сходными признаками. Аналогичные раздвижные щеки в устройствах с эластичной камерой расширения выполняют функции только жесткого элемента защиты эластичной камеры при передаче усилий, но не обладают свойствами размещения гильз и гнезд, в которых создается усилие раздвижки. Таким образом заявляемое устройство имеет изобретательский уровень и соответствует критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит продольно-разъемные щеки 1 и 2, образующие корпус и имеющие возможность раздвигаться друг относительно друга перпендикулярно продольной оси устройства, канал 3 для подвода рабочего тела в полость гнезд 4 щеки 1 под гильзы 5 щеки 2. С обоих торцов рабочий орган устройства содержит ограничители раздвижки щек 6. В верхнем торце рабочего органа устройства расположен соединительный штуцер, на который крепится автономный узел создания давления рабочего тела. В корпусе этого узла перпендикулярно его продольной оси размещен подвижный поршень 7, разделяющий пространство на две камеры: гидравлическую 8, соединенную с каналом 3 посредством штуцера рабочего органа, и газовую 9. В газовой камере располагается пороховой заряд 10 и воспламенитель 11, в верхней части корпуса узла имеется сопло 12 для истечения пороховых газов.

Гильза 5 представляет собой самоуплотняющийся шлиф. Впервые идея применения цилиндрического шлифа в качестве уплотняющего устройства движущегося поршня была реализована в гидравлическом компрессоре сверхвысокого давления (Л. Ф. Верещагин. Гидравлический компрессор сверхвысокого давления. Журнал технической физики, том. XVI, вып.6, 1946). Действие шлифа, как уплотняющего устройства, основано на установлении градиента давления вдоль оси гильзы при ее поступательном движении относительно гнезда. Устанавливающийся при этом градиент давления тем больше, чем выше давление. Внутреннее давление распирает стенки гильзы и прижимает гильзу к стенкам гнезда и тем самым препятствует расширению кольцевого пространства между гильзой и внутренним диаметром гнезда.

Выбор шлифа в качестве уплотняющего устройства обусловлен необходимостью применения высоких давлений в рабочем теле, так как усилие, развиваемое рабочим органом на продольно-разъемных щеках, зависит прямо пропорционально от давления, а сальниковые уплотнения движущегося поршня в условиях высоких давлений (более 500 кг/см²) не обеспечивают длительной и надежной работоспособности. Многолетняя работа гидрокомпрессоров со шлифовым уплотнением показала надежную и длительную работоспособность шлифового уплотнения как в гидравлических, так и в газовых компрессорах. Поэтому поршень 7 выполнен так же со шлифовым уплотнением и со стороны гидравлической, и со стороны газовой камер узла создания давления рабочего тела.

Для изготовления шлифового уплотнения вначале применялась сталь марки 18ХМА без закаливания. Дальнейшие работы с этим уплотнением (А.А.Семерчан, Л. Ф. Верещагин, В.К.Исайков, А.И.Фирсов, Гидравлическая установка для получения струй жидкости сверхзвуковой скорости. Приборы и техника эксперимента, N 1, 1959) показали лучшую работоспособность шлифов из бронзы марки БрАЖМ, а ответная часть уплотнения из стали ШХ-15 с твердостью R_c 55-60, при этом поверхность шлифовой пары качественно обрабатывалась путем тонкого шлифования и притирки. Толщина и длина рабочей части шлифа устанавливалась экспериментальным путем в зависимости от диаметра поршня и давления и, например, для диаметра поршня 22 мм составляли толщина 2 мм и длина 26 мм, для диаметра 33 мм соответственно 2,5 мм и 31 мм.

Автономное утсройство работает следующим образом.

Снаряженное устройство устанавливается в шпур так, что ось пар гилза-гнездо (направление раздвижки щек) располагается перпендикулярно требуемой плоскости откола монолита. Инициирование воспламенителя 11 производится от электровоспламенителя (на фиг.1 не показанро), к которому подводится по проводам электроимпульс от источника питания. Например, для электровоспламенителя МБ-2Н можно в качестве источника питания использовать взрывной прибор КВП-1/100 М или машину взрывную типа ВМК-500. От срабатывания воспламенителя поджигается пороховой заряд 10. При сгорании порохового заряда в газовой камере создается давление пороховых газов, которое поршнем 7 передается в гидравлическую камеру на рабочее тело, далее через канал 3 рабочее тело поступает в гнезда под гилзы. Под действием давления рабочего тела гильзы выдвигаются из гнезд и раздвигают щеки друг относительно друга до упора в ограничители раздвижки щек 6. После срабатывания порохового заряда и истечения пороховых газов через сопло 12 усилие на раздвижные щеки прекращается и устройство можно извлечь из шпура для последующего снаряжения узла создания давления пороховым зарядом, воспламенителем и электровоспламенителем.

Изменяя навеску порохового заряда и толщину горящего свода пороховой шашки при соответствующем изменении диаметра критического сечения сопла, можно подобрать необходимый уровень давления в газовой камере и время работы заряда для получения требуемой величины усилия раздвижки щек и времени воздействия. Время воздействия на монолит имеет важное значение для получения качественных монолитов без дополнительных трещин при отбойке ценных поделочных материалов.

Автономное устройство вследствие применения шлифового уплотнения можно использовать в условиях больших давлений (1000 кг/см² и выше), что позволит увеличить усилие раздвижки щек больше, чем у прототипа. Например, для устройства диаметром 33 мм (этот диаметр является наиболее применяемым) можно принять диаметр гильзы 20 мм, что дает на одной паре гильза-гнездо при давлении 1000 кг/см² усилие 6,28 т. При длине рабочего органа порядка 200 мм и 8 парах гильза-гнездо можно получить усилие раздвижки порядка 50 т.

С увеличением давления в газовой камере узла создания рабочего давления или с увеличением числа пар гильза-гнездо в рабочем органе усилие раздвижки щек возрастает. Исключение трубопроводов рабочего тела к каждому устройству от внешнего источника и замена их электропроводом к автономному узлу создания давления рабочего тела существенно упрощает условия эксплуатации устройства при его установке в шпур и извлечении из него. Кроме того в один шпур можно установить несколько устройств для увеличения суммарного усилия разрушения для отбойки монолитов в особо мощных пластах благодаря применению автономного узла создания давления рабочего тела, выполненного в единой конструкции с рабочим органом.