Устройство для направленного разрушения монолитных объектов

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разрушения негабаритов и для отделения блоков породы от массива. Устройство включает раздвижные щеки (РЩ), связанные упругими кольцами, размещенную между РЩ камеру (К) с мембранными боковыми стенками, расположенное внутри К твердое тело (ТТ) и систему нагнетания рабочей жидкости в полость К. Одна из РЩ выполнена составной в виде клиновой пары и имеет рукоятку, установленную на наружном клине. РЩ установлены с возможностью взаимного сближения при действии клиновой пары и силового воздействия при этом на К, которая выполнена с возможностью предварительного сжатия относительно исходного положения. ТТ выполнено в виде жесткого вкладыша (ЖВ) с длиной меньшей, чем длина полости К. ЖВ посредством дистанционирующих упругих элементов установлен со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности К для ограничения длины хода ее мембранных боковых стенок при предварительном сжатии, дистанционирующие упругие элементы расположены между торцами камеры и соответствующими торцами ЖВ. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для направленного разрушения монолитных объектов, и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов) и при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива.

Известно устройство для разрушения монолитных объектов, включающее распорные щеки, связанные пружинами, установленный между щеками распирающий элемент в виде замкнутой камеры с мембранными стенками и систему нагнетания рабочей жидкости в полость камеры, при этом распорные щеки имеют в поперечном сечении эллиптическую форму, а в стенках камеры выполнены впадины, повторяющие в поперечном сечении форму распорных щек [1] Недостатками известного устройства являются относительно малая величина хода расширения замкнутой камеры и соответствующего хода раздвижки распорных щек, допустимые пределы которого ограничены пределом упругих деформаций расширения замкнутой камеры, а также использование первой части этого хода на ликвидацию (выборку) зазоров между щеками устройства и стенками шпура, что обусловливает недостаточную эффективность разрушения монолитных объектов.

Известно также устройство для разрушения монолитных объектов, содержащее связанные упругими кольцами и контактирующие друг с другом раздвижные щеки с цилиндрической рабочей поверхностью, образованные продольным рассечением цилиндра по взаимно перпендикулярным плоскостям с образованием полости, упругую оболочку из эластомера, расположенную в полости между щеками, размещенное в оболочке твердое тело в виде стержня с осевым и поперечными каналами и с резьбой на концах и торцевые обоймы и гайки для герметичного крепления концов упругой оболочки на стержне [2] Недостатками известного устройства являются расположение упругой оболочки, выполненной из эластомера, в полости, ширина которой меньше диаметра цилиндрических щек (что ограничивает эффективно работающую площадь оболочки), выполнение твердого тела в виде стержня с длиной, превышающей длину упругой оболочки, в которой он размещен, и свободное размещение концов упругой оболочки в полостях, образованных между поверхностями стержня и гнезд торцевых обойм, с возможностью вытягивания их из полостей в процессе работы расширения оболочки (что ограничивает предел давления рабочей жидкости, ход расширения оболочки, вместе с ограниченной эффективной площадью усилие распора, действующее на монолитный объект, а также снижает надежность герметизации при высоких давлениях рабочей жидкости).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы устройства путем увеличения эффективной площади распорной камеры, допустимого давления рабочей жидкости и длины хода расширения распорной камеры, не выходящего за пределы ее упругой деформации.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в увеличении усилия раскалывания и длины хода раздвижки щек и, как следствие, в предотвращении заклинивания устройства в разделенном трещиной монолитном объекте, в улучшении его извлечения после совершения обратного хода и в итоге в повышении эффективности разрушения монолитных объектов.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для направленного разрушения монолитных объектов, включающем раздвижные щеки с цилиндрической рабочей поверхностью, связанные упругими кольцами, размещенную между щеками упругую камеру с мембранными боковыми стенками, расположенное внутри камеры твердое тело и систему нагнетания рабочей жидкости в полость камеры, одна из раздвижных щек которого выполнена составной в виде клиновой пары и имеет рукоятку, установленную на наружном клине, раздвижные щеки установлены с возможностью взаимного сближения при расклинивающем действии клиновой пары составной щеки и силового воздействия на расположенную между ними камеру с мембранными боковыми стенками, камера выполнена с возможностью предварительного сжатия относительно ее исходного, или нейтрального положения, размещенное внутри камеры твердое тело выполнено в виде жесткого вкладыша с длиной, меньшей длины полости камеры, установленного посредством дистанционирующих упругих элементов со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности камеры для ограничения длины хода ее мембранных боковых стенок при предварительном сжатии, при этом дистанционирующие упругие элементы расположены между внутренней поверхностью торцевых стенок камеры и соответствующей им наружной поверхностью жесткого вкладыша, а двухсторонний зазор между мембранными боковыми стенками камеры и соответствующей им поверхностью жесткого вкладыша не превышает допустимой величины упругого хода камеры при ее предварительном сжатии.

Между совокупностью существенных признаков и достигаемыми техническими результатами имеются причинно-следственные связи.

Благодаря тому, что при взаимном сближении раздвижных щек создается предварительное сжатие расположенной между ними камеры в направлении, обратном ее рабочему ходу расширения, создается запас (прирост) последнего на величину деформации 2 Δ ₁ предварительного сжатия, а это в свою очередь позволяет увеличить длину хода 2 Δ ₂ расширения камеры и перемещения раздвижных щек на величину 2 Δ ₁ и тем самым повысить эффективность разрушения монолитных объектов. Кроме того, размещенное внутри камеры твердое тело, выполненное в виде жесткого вкладыша с длиной, меньшей длины полости камеры, и установленное посредством дистанционирующих упругих элементов со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности камеры, не препятствует деформации камеры при ее предварительном сжатии, и работает как ограничитель длины хода предварительного сжатия, предотвращая возникновение остаточных пластических (необратимых) деформаций камеры и, следовательно, повышает надежность устройства и удобство работы с ним, так как не требуется визуальный контроль за величиной сжатия. В дополнение к этому выполнение камеры из упругого материала, преимущественно металла, позволяет увеличить ее ширину до величины диаметра устройства и повысить предельно допустимое давление рабочей жидкости, следствием чего является увеличение предельно возможного усилия распора и работоспособности устройства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение по А-А на фиг. 1 различные стадии работы устройства: а) в нейтральном (исходном) состоянии; б) с предварительно сжатой камерой; в) в конечном рабочем состоянии распора камеры.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов содержит раздвижные щеки 1 и 2, размещенную между ними камеру 3 с упругими мембранными боковыми стенками 4, систему нагнетания рабочей жидкости в полость a камеры 3, содержащую штуцер 5, трубопровод, насос и мультипликатор давления (на фиг. 1 не показаны), и упругие кольца 6, удерживающие раздвижные щеки 1 и 2. Последние имеют цилиндрическую рабочую (наружную) и плоскую внутреннюю поверхности, при этом щека 1 выполнена цельной, а щека 2 составной в виде клиновой пары 7 и 8 с сопряженными наклонными поверхностями и имеет рукоятку 9, установленную на наружном клине 8. Удерживаемые упругими кольцами 6 раздвижные щеки 1 и 2 внутренней поверхности опираются на боковые стенки 4 камеры 3 и расположены одна относительно другой со щелевым зазором b, равным толщине камеры 3, находящейся в исходном (нейтральном) состоянии, и таким образом установлены с возможностью взаимного сближения при расклинивающем действии клиновой пары 7 и 8 и с возможностью силового воздействия при этом на мембранные боковые стенки 4 камеры. Камера 3 выполнена из упругого материала, преимущественно тонколистового металла, герметизированного путем сварки или пайки, с возможностью как расширения при нагнетании в полость a рабочей жидкости, так и предварительного сжатия относительно исходного, или нейтрального положения при упомянутом выше силовом воздействии сближающихся раздвижных щек 1 и 2. Внутри камеры 3 размещено твердое тело в виде жесткого вкладыша 10, длина и поперечные размеры которого меньше соответствующих длины и поперечного размеров полости a камеры, находящейся в исходном положении. При этом посредством дистанционирующих упругих элементов (на фиг. 1 не показаны), расположенных между внутренней поверхностью торцовых стенок камеры 3 и соответствующей наружной поверхностью жесткого вкладыша 10, последний установлен со всесторонним зазором относительно всей внутренней поверхности камеры 3 и с возможностью контактного взаимодействия с ее боковыми стенками 4. При этом дистанцирующие упругие, например пружинные или из эластомерного материала, элементы (не показаны на фиг. 1) расположены между внутренней поверхностью торцовых стенок камеры 3 и соответствующей наружной поверхностью жесткого вкладыша 10 и не препятствуют упомянутому предварительному сжатию камеры 3.

Величина зазоров Δ ₁ между боковыми стенками 4 и жестким вкладышем 10 выбирается в соответствии со свойствами материала и геометрическими параметрами камеры 3 и не превышает величины допустимого упругого хода ее предварительного сжатия, а величина зазоров Δ ₂ не превышает допустимого упругого хода расширения камеры 3.

В исходном состоянии устройства наружный клин 8 с рукояткой 9 выдвинут и удерживается упругими кольцами 6 (фиг. 1), боковые стенки 4 камеры 3 находятся в положении О-О с зазорами Δ ₁ относительно вкладыша 10 (фиг. 1-3, а); исходное положение О-О стенок 4 камеры является нейтральным по отношению к последующим деформированным состояниям камеры.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов работает следующим образом.

Устройство, находящееся в исходном положении, удерживают за рукоятку 9, свободно (при зазоре) вводят в пробуренный в монолитном объекте шпур до упора в его дно и нажимают на рукоятку 9, перемещая наружный клин 8 продольно, при этом в процессе взаимодействия сопряженных клиновых поверхностей, вначале наружный клин 8 и внутренний клин 7 с камерой 3 и щекой 1 смещаются в противоположных направлениях до упора цилиндрической поверхности щек 1 и 2 в стенки шпура, а затем, ввиду наличия между щеками щелевого зазора b, внутренний клин 7 щеки 2 сближается со щекой 1, сжимая камеру 3. В результате этого камера 3 деформируется и каждая ее боковая стенка 4 смещается в поперечном направлении внутрь до упора во вкладыш 10 на величину Δ ₁ (фиг. 3, б) и занимает положение О₁-О₁ предварительного сжатия камеры, являющееся исходным для совершения рабочего хода работы устройства по разрушению монолитного объекта. При предварительном деформировании сжатия распорной камеры 3 рабочая жидкость из ее полости свободно вытесняется по трубопроводу в бак системы нагнетания (не показаны). После этого клапан слива закрывают, чем переключают систему в режим нагнетания жидкости. Последняя, по мере работы насоса, порционно подается через штуцер 5 в полость a камеры 3 и деформирует ее, расширяя в направлении раздвижных щек 1 и 2, при этом каждая боковая стенка 4 постепенно перемещается из положения О₁-О₁ предварительного сжатия (см. фиг. 3, б) в нейтральное положение О-О (фиг. 3, а), т.е. на величину Δ ₁, и далее в положение расширения О₂-О₂, т.е. на величину Δ ₂ (фиг. 3, в). Общее расширение камеры 3 составляет, таким образом 2(Δ ₁+ Δ ₂), в том числе 2 Δ ₁ на участке предварительного сжатия и 2 Δ ₂ на участке обычного расширения, раздвижные щеки 1 и 2 (цельная и составная) при этом воздействуют на монолитный объект изнутри с возрастающим усилием распора, вызывая в нем увеличение внутренних напряжений растяжения и последующий разрыв (разрушение).

Таким образом, предварительно сжатая камера 3 деформируется без остаточных (необратимых) деформаций на суммарную величину расширения 2( Δ ₁+ Δ ₂), что на 2 Δ ₁ превышает расширение обычной камеры.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно повысить эффективность разрушения монолитных объектов и снизить эксплуатационные затраты.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее раздвижные щеки с цилиндрической рабочей поверхностью, связанные упругими кольцами, размещенную между щеками упругую камеру с мембранными боковыми стенками, расположенное внутри камеры твердое тело и систему нагнетания рабочей жидкости в полость камеры, отличающееся тем, что одна из раздвижных щек выполнена составной в виде клиновой пары с сопряженными наклонными поверхностями и имеет рукоятку, установленную на наружном клине, раздвижные щеки установлены с возможностью взаимного сближения при расклинивающем действии клиновой пары составной щеки и силового воздействия на расположенную между ними камеру с мембранными боковыми стенками, камера выполнена с возможностью предварительного сжатия относительно ее исходного или нейтрального положения, размещенное внутри камеры твердое тело выполнено в виде жесткого с длиной, меньшей длины полости камеры, вкладыша, установленного посредством дистанционирующих упругих элементов со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности камеры для ограничения длины хода ее мембранных боковых стенок при предварительном сжатии, при этом дистанционирующие упругие элементы расположены между внутренней поверхностью торцевых стенок камеры и соответствующей наружной поверхностью жесткого вкладыша, а двусторонний зазор между мембранными боковыми стенками камеры и соответствующей им поверхностью жесткого вкладыша не превышает допустимой величины упругого хода камеры при ее предварительном сжатии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3