гидравлическая стойка

Формула изобретения

Гидравлическая стойка, включающая цилиндр, полый шток с окнами в стенках и головкой, демпферное устройство, расположенное между головкой и верхним торцом штока, волновод с пружиной, размещенные в полости штока с возможностью осевого перемещения волновода относительно штока, конический клапан с пружиной, поршень на нижнем конце штока, имеющий полость для размещения указанного конического клапана с пружиной, и каналы для прохода жидкости, отличающаяся тем, что волновод верхним концом прижат пружиной к головке штока, а нижним установлен с осевым зазором относительно конического клапана, при этом полость поршня разделена коническим клапаном на камеру высокого давления, сообщенную каналами в поршне с полостью цилиндра, и камеру низкого давления, сообщенную другими каналами в поршне через полость штока и окна в его стенках с атмосферой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для использования в шахтах, опасных по горным ударам на крепь.

Известна гидравлическая стойка по патенту РФ 2066764, кл. E 21 D 15/44, опубл. в БИ 26, 1996, включающая подвижный и неподвижный элементы, выполненные соответственно в виде цилиндра и полого штока с поршнем, образующих полость гидравлической стойки, подпружиненную опору, сообщенную с аварийным клапаном, установленную на подвижном элементе, ограничивающую полость гидравлической стойки. Подпружиненная опора выполнена с полостью, в которой установлен аварийный клапан с упором. В опоре имеются отверстия, а аварийный клапан выполнен в виде седла и подпружиненного запирающего элемента с осевым отверстием, сообщающим полость опоры с полостью гидростойки. Клапан установлен в подпружиненной опоре с возможностью взаимодействия упора с запирающим элементом для открытия последнего на слив жидкости из стойки.

Недостатком известной гидравлической стойки является запаздывание открытия аварийною клапана на слив жидкости в атмосферу относительно момента возникновения пика повышенного давления жидкости в стойке в результате горного удара. Это обусловлено тем, что аварийный клапан установлен в подвижном относительно цилиндра гидравлической стойки элементе (опоре) и открывается на слив жидкости только тогда, когда опора сместится внутрь стойки. Как показывают исследования, время открытия аварийного клапана составляет 16-22 мс, а нарастание максимального давления жидкости в стойке при ударе происходит в течение 9-12 мс. Запаздывание открытия клапана приводит к авариям стоек [В. И. Клишин, Т.М. Тарасик. Стендовые испытания гидростоек на динамические нагрузки // ФТПРПИ. - 2001. - 1. - С. 84-91]. Недостатком стойки является и то, что перемещение опоры внутрь стойки, необходимое для открытия аварийного клапана, сопряжено с дополнительным повышением давления в ней.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является гидравлическая стойка по авторскому свидетельству 819348, кл. Е 21 D 15/44, опубл. в БИ 13, 1981, включающая цилиндр, полый шток с головкой и поршнем, в котором выполнена коническая полость для прохода жидкости, демпферное устройство, установленное между головкой и верхними торцами штока и волновода, дросселирующий механизм, содержащий сливные отверстия. Гидравлическая стойка снабжена волноводом с коническим наконечником, размещенным в конической полости поршня, и подпружиненным захватом, при этом волновод установлен в полости штока с возможностью перемещения относительно штока, а сливные отверстия дросселирующего механизма выполнены в поршне и связаны с его конической полостью.

Техническая идея изобретения состоит в следующем. Энергия горного удара передается по штоку поршню и по волноводу коническому наконечнику, вызывая их перемещение. При этом, так как жесткость волновода принята авторами изобретения выше жесткости штока, ударная волна в штоке дойдет до конического наконечника быстрее, чем волна в штоке до поршня, и откроет конический наконечник на слив жидкости из стойки в атмосферу. Ударная волна от поршня на жидкость придет позже, когда давление в стойке уже уменьшится в результате слива жидкости, и поэтому не произойдет разрушения стойки.

Как известно, силовой импульс передается с наибольшей эффективностью между соударяющимися телами, имеющими высокие значения модуля упругости (жесткости), например стальными [Иванов К.И., Варич М.С., Дусев В.И., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М. : Недра, 1974. С. 331-335].

Недостаток гидравлической стойки по а.с. 819348 состоит в том, что между ее головкой и верхними торцами штока и волновода помещено демпферное устройство, например вставка из пластмассы. Установлено [Takaoka S., Haymizu H. Studies on percussive deep hol drilling of rock. Journal of Mining Institute of Japan, 1956, vol. 12, 819, sept.], что потери волновой энергии при прохождении ее через торцы одной пары стальных штанг (буровых) достигают 18,5%. При прохождении энергии горного удара через контактные пары "головка штанги - демпферное устройство" и "демпферное устройство - верхний торец волновода" потери энергии будут многократно большими, и прошедший по волноводу силовой импульс может оказаться недостаточным для открытия конического наконечника.

Кроме того, для того, чтобы энергию горного удара передать волноводу, последний своим торцом должен плотно прилегать к демпферному устройству. При этом расположенный на другом конце волновода конический наконечник должен плотно прилегать к коническому седлу поршня, чтобы исключить утечку жидкости из стойки в атмосферу. Одновременное плотное прилегание волновода к демпферному устройству и конического наконечника к седлу поршня невозможно: в одном из этих контактов будет зазор вследствие, например, изменения температуры волновода или штока, износа одной из контактных поверхностей демпферного устройства, волновода, конического наконечника или поршня. При наличии зазора между волноводом и демпферным устройством волновая энергия горного удара не может быть передана от демпферного устройства волноводу, а при зазоре между коническим наконечником волновода и коническим седлом в поршне не обеспечивается герметичность полости стойки.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение надежной герметизации полости стойки коническим клапаном при статической ее нагрузке, повышение эффективности передачи энергии горного удара волноводу и коническому клапану для открытия его на слив жидкости из стойки при горном ударе за счет плотного прилегания конического клапана к седлу поршня и верхнего конца волновода к головке штока.

Поставленная задача решается за счет того, что в гидравлической стойке, содержащей цилиндр, полый шток с окнами в стенках и головкой, демпферное устройство, расположенное между головкой и верхним торцом штока, волновод с пружиной, размещенные в полости штока с возможностью осевого перемещения волновода относительно штока, конический клапан с пружиной, поршень на нижнем конце штока, имеющий полость для размещения указанного коническою клапана с пружиной и каналы для прохода жидкости, согласно техническому решению волновод верхним концом прижат пружиной к головке штока, а нижний установлен с осевым зазором относительно конического клапана, при этом полость поршня разделена коническим клапаном на камеру высокого давления, сообщенную каналами в поршне с полостью цилиндра, и камеру низкого давления, сообщенную другими каналами в поршне через полость штока и окна в его стенках с атмосферой. Такое решение гарантирует плотное прилегание верхнего конца волновода к головке штока и конического клапана к седлу в полости поршня, что обеспечивает эффективную передачу энергии горного удара волноводу и коническому клапану для его открытия на слив жидкости из стойки при горном ударе и обеспечивает надежную герметизацию полости стойки коническим клапаном при статической нагрузке стойки.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показана гидравлическая стойка в продольном сечении с частичными обрывами, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Гидравлическая стойка включает цилиндр 1 (фиг.1), полый шток 2 с окнами 3 в стенках и головкой 4, демпферное устройство 5, расположенное между головкой 4 и верхним концом штока 2, и поршень 6 на нижнем конце штока 2. В поршне 6 выполнена полость с седлом 7 для размещения конического клапана 8 с пружиной 9 и каналы 10, 11 для прохода жидкости при горном ударе. Конический клапан 8 разделяет полость в поршне 6, на камеру 12 высокого давления, сообщенную каналами 10 (фиг 2) в поршне 6 с полостью 13 цилиндра 1, и камеру 14 низкого давления, сообщенную другими каналами 11 через полость 15 штока 2 и окна 3 в стенках штока 2 с атмосферой.

В полости 15 штока 2 размещен волновод 16 с пружиной 17 с возможностью осевого перемещения относительно штока 2. Верхний конец волновода 16 под действием пружины 17 контактирует непосредственно с головкой 4, а нижний установлен с осевым зазором 18 относительно торца конического клапана 8.

Предлагаемая гидравлическая стойка работает следующим образом. При статической нагрузке на стойку конический клапан 8 прижат к седлу 7 усилием пружины 9 и давлением жидкости в полости 13 цилиндра 1. Таким образом обеспечивается герметизация полости 13 цилиндра 1. В случае горного удара по стойке ударный импульс от головки 4 передается волноводу 16, который отделяется от головки 4 и, сжимая пружину 17, ударяет по коническому клапану 8, открывая его на слив жидкости из полости 13 цилиндра 1. Жидкость вытекает из полости 13 через зазор между клапаном 8 и седлом 7 и далее через камеру 14 низкого давления, каналы 11, полость 15 и окна 3 в атмосферу. После сброса жидкости и снижения давления в полости цилиндра 1 пружина 9 закрывает конический клапан 8, и стойка работает в статическом режиме.

Ударный импульс по штоку 2 передается также поршню 6, но с запаздыванием и в ослабленном виде, обусловленном демпферным устройством 5.