шахтная гидравлическая стойка

Формула изобретения

Шахтная гидравлическая стойка, содержащая цилиндр со штоковой и поршневой полостями, внутри которого подвижно установлен шток, предохранительный клапан и подпружиненный поршень с выполненными в нем двумя каналами и проточкой в нижней части, закрытой крышкой, при этом предохранительный клапан выполнен в виде золотника, соединенного со штоком и установленного с возможностью продольного перемещения в подпружиненном поршне, поверхностью проточки которого, золотником и крышкой образован замкнутый объем, а каналы в поршне выполнены с возможностью периодического соединения штоковой полости через один из каналов с замкнутым объемом, а через другой - с поршневой полостью, отличающаяся тем, что поршень подпружинен кольцевой пружиной, установленной в штоковой полости между поршнем и внутренним торцом головки штока, золотник соединен со штоком штангой, снабженной буртом и закрепленной в головке штока, а кольца кольцевой пружины постоянно сомкнуты под действием давления жидкости в полости цилиндра и усилия витой пружины, размещенной между подпружиненным поршнем и буртом на штанге.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу и предназначено для использования в шахтах, опасных по динамическим нагрузкам.

Известна гидравлическая стойка шахтной крепи по авт. св. СССР 962633, кл. E 21 D 15/44, опубл. в БИ 36, 1982, включающая корпус с днищем, выдвижную часть с поршневой и штоковыми полостями, гидрозамок и компенсатор с упругими элементами, выполненный в виде телескопически расположенных цилиндров, поршневые полости которых сообщены с поршневой полостью стойки, а в их штоковых полостях установлены упругие элементы.

Недостатки известной гидравлической стойки шахтной крепи состоят в сложном устройстве компенсатора, включающего несколько телескопически расположенных цилиндров и поршней с рядом пружин в каждом из них, низкой надежности работы компенсатора в связи с возможностью взаимного перекоса цилиндров и поршней и необходимости увеличения высоты гидравлической стойки для размещения в ее цилиндре компенсатора.

Известна шахтная гидравлическая стойка по авт. св. СССР 717360, кл. E 21 D 15/44, опубл. в БИ 7, 1980, содержащая корпус в виде цилиндра и размещенные в ней шток с поршнем, разделяющий цилиндр на поршневую и штоковую полости, гофрированный упругий элемент, установленный по линии действия нагрузки, один конец которого закреплен на штоке. При этом шток выполнен полым и в нем размещен гофрированный упругий элемент, второй конец которого установлен с возможностью раздельного относительно штока осевого перемещения и имеет заглушку. Полость штока с размещенным в ней гофрированным упругим элементом соединена с атмосферой отверстием в стенке штока.

Недостаток известной шахтной гидравлической стойки состоит в том, что динамическая нагрузка при обрушении горных пород передается в ней на жидкость в цилиндре по акустически жесткому штоку (металлическому толстостенному цилиндру). Вследствие этого энергия волны упругой деформации доходит до жидкости без потерь в штоке, повышает давление жидкости до критического, разрушающего цилиндр. Гофрированный упругий элемент не уменьшает энергию импульса динамической нагрузки, передаваемую на жидкость и, следовательно, на стенки цилиндра: он деформируется с увеличением объема и снижает давление в стойке под действием уже прошедшего от торца штока и отраженного от дна цилиндра максимального импульса давления жидкости. Это снижает надежность работы известной стойки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является шахтная гидростойка по авт. св. СССР 898086, кл. Е 21 D 15/00, опубл. в БИ 2, 1982, содержащая цилиндр со штоковой и поршневой полостями, внутри которого подвижно установлен шток с предохранительным клапаном и подпружиненным поршнем с выполненными в нем двумя каналами и проточкой в нижней его части, закрытой крышкой, при этом предохранительный клапан выполнен в виде золотника, соединенного со штоком и установленного с возможностью продольного перемещения в подпружиненном поршне, поверхностью проточки которого, золотником и крышкой образован замкнутый объем, а каналы в поршне выполнены с возможностью периодического соединения штоковой полости через один из каналов с замкнутым объемом, а через другой - с поршневой полостью.

Недостатком известного устройства является то, что поршень гидростойки подпружинен относительно штока тарельчатой пружиной, выполненной из конических шайб. Такие пружины характеризуются малой податливостью (сжимаемостью) и гистерезисом, энергетически они представляют собой аккумулятор с высоким коэффициентом полезного действия, достигающим, как и у витых пружин, почти 100%. Поэтому вся энергия, освобождаемая массивом при динамической нагрузке, передается по штоку и тарельчатой пружине на поршень и далее на жидкость в цилиндре без изменения своей величины, что приводит к разрушению гидростойки.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы шахтной гидравлической стойки за счет рассеивания части энергии, передаваемой кольцевой пружиной от штока на поршень и далее - на жидкость в полости цилиндра за цикл динамического нагружения стойки, в необратимую работу трения.

Поставленная задача решается тем, что в шахтной гидравлической стойке, содержащей цилиндр со штоковой и поршневой полостями, внутри которого подвижно установлен шток, предохранительный клапан и подпружиненный поршень с выполненными в нем двумя каналами и проточкой в нижней части, закрытой крышкой, при этом предохранительный клапан выполнен в виде золотника, соединенного со штоком и установленного с возможностью продольного перемещения в подпружиненном поршне, поверхностью проточки которого, золотником и крышкой образован замкнутый объем, а каналы в поршне выполнены с возможностью периодического соединения штоковой полости через один из каналов с замкнутым объемом, а через другой - с поршневой полостью, согласно техническому решению поршень подпружинен кольцевой пружиной, установленной в штоковой полости между поршнем и внутренним торцом головки штока, золотник соединен со штоком штангой, снабженной буртом и закрепленной в головке штока, а кольца кольцевой пружины постоянно сомкнуты под действием давления жидкости в полости цилиндра и усилия витой пружины, размещенной между подпружиненной поршнем и буртом на штанге.

Подпружинивание поршня кольцевой пружиной, установленной в полости штока между внутренним торцом головки штока и поршнем, обеспечивает вследствие ее высокой демпфирующей способности значительное уменьшение энергии динамической нагрузки, передаваемой от головки штока на поршень и далее - на жидкость в поршневой полости цилиндра, и повышает надежность работы шахтной гидравлической стойки. Примерно 60% энергии, воспринимаемой кольцевой пружиной за цикл нагружения, переходит в необратимую работу трения между конусными поверхностями внутренних и наружных ее колец.

Установка золотника на конце штанги, закрепленной в головке штока, обеспечивает при динамической нагрузке на шахтную гидравлическую стойку, вызывающей сжатие кольцевой пружины, его перемещение в подпружиненном поршне, соединение поршневой и штоковой полостей, сброс части жидкости из поршневой полости в штоковую и, следовательно, снижение вероятности разрушения шахтной гидравлической стойки.

Установка витой пружины между буртом на штанге и подпружиненным поршнем обеспечивает при отсутствии давления жидкости в поршневой полости цилиндра постоянное смыкание и центровку колец кольцевой пружины, что повышает надежность работы шахтной гидравлической стойки.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежом, где показана шахтная гидравлическая стойка в продольном сечении с частичными обрывами.

Шахтная гидравлическая стойка (см. чертеж) включает цилиндр 1 со штоковой 2 и поршневой 3 полостями. Внутри цилиндра 1 установлен шток 4, предохранительный клапан, выполненный в виде золотника 5, и подпружиненный поршень 6 с выполненными в нем двумя каналами 7, 8 и проточкой 9 в нижней части, закрытой крышкой 10. Золотник 5 установлен с возможностью продольного перемещения в подпружиненном поршне 6, поверхностью проточки 9 которого, золотником 5 и крышкой 10 образован замкнутым объем 11. Штоковая полость 2 постоянно соединена с замкнутым объемом 11 через канал 7 и периодически может соединяться с поршневой полостью 3 через канал 8 в подпружиненном поршне 6. Поршень 6 подпружинен кольцевой пружиной 12, размещенной между ним и внутренним торцом 13 головки 14 штока 4. Золотник 5 соединен со штоком 4 штангой 15, снабженной буртом 16 и закрепленной в головке 14 штока 4. Внутренние и наружные кольца кольцевой пружины 12 постоянно сомкнуты своими конусными поверхностями усилием витой, например, цилиндрической пружины 17, закрепленной одним концом на бурте 16 штанги 15, а другим на поршне 6.

Предлагаемая шахтная гидравлическая стойка (далее - стойка) работает следующим образом. Статическая нагрузка на стойку передается от головки 14 штока 4 через кольцевую пружину 12 на поршень 6 и далее на жидкость в поршневой полости 3. Золотник 5 при этом перекрывает канал 8 в поршне 6, разъединяя поршневую 3 и штоковую 2 полости. Нагрузка на стойку уравновешивается давлением жидкости в цилиндре 1 на поршень 6.

В случае динамической нагрузки давление на стойку увеличивается, на конусных поверхностях колец кольцевой пружины 12 возникают большие усилия, под действием которых диаметры внутренних колец уменьшаются, а наружных увеличиваются, вследствие чего пружина 12 сжимается. Сравнительно малые радиальные деформации колец благодаря малому углу конуса их образующих поверхностей преобразуются в значительные перемещения концов кольцевой пружины 12. Силы трения, возникающие пря сжатии кольцевой пружины 12, обусловливают ее высокую демпфирующую способность.

В результате сжатия кольцевой пружины 12 шток 4 вдвигается в цилиндр 1, золотник 5, жестко соединенный штангой 15 с головкой 14 штока 4, смещается в подпружиненным поршень 6 и открывает канал 8 на слив жидкости из поршневой полости 3 в штоковую полость 2. Одновременно в штоковую полость 2 вытесняется жидкость из замкнутого объема 11 через канал 7. При смещении золотника 5 в подпружиненном поршне 6 постоянно растянутая витая пружина 17 несколько поджимается, оставаясь растянутой.

При сливе жидкости из поршневой 3 в штоковую полость 2 давление жидкости в цилиндре 1 падает, осевая нагрузка на кольцевую пружину 12 уменьшается под действием радиальных сил в ее кольцах (сжатия внутренних и растяжения наружных). Кольцевая пружина 12 увеличивается по длине и ее осевым усилием поршень 6, смещаясь в цилиндре 1, перекрывает канал 8, разъединяя поршневую 3 и штоковую 2 полости. Стойка приходит в равновесное состояние с действующей на нее статической нагрузкой.

Рассеивание кольцевой пружиной 12 значительной части энергии динамической нагрузки на стойку повышает надежность ее работы.