Гидростойка с защитой от динамических нагрузок

 

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в условиях динамического нагружения. Оно направлено на повышение надежности защиты гидростоек от динамических нагрузок многократного действия за счет погашения величины импульса нагружения. Гидростойка содержит поршень со штоком, установленные в цилиндрическом корпусе, в поршневой полости которого смонтирован предохранительный клапан, и аварийное устройство, включающее охватываемый и охватывающий элементы, из которых один установлен с возможностью продавливания. Охватывающий элемент выполнен полым. Торцы цилиндрического корпуса и штока служат опорными частями гидростойки. Аварийное устройство смонтировано на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения и не имеет гидравлической связи с поршневой полостью цилиндрического корпуса. Охватывающий и охватываемый элементы соединены с натягом. Один из них при продавливании имеет возможность принудительного перемещения. Охватываемый элемент выполнен в виде пуансона, взаимодействующего с внутренней поверхностью охватывающего элемента. Охватываемый элемент может быть смонтирован на опорной части гидростойки. Охватывающий элемент также может быть смонтирован на опорной части гидростойки. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к области создания шахтных гидростоек, работающих в условиях динамического нагружения.

Известна шахтная индивидуальная гидростойка, соединенная при помощи срезных болтов с насадкой (патент ФРГ N 1458670, МКИ E 21 D, от 12.03.73). Усилие среза болтов на 5...10% выше номинального сопротивления гидростойки. В момент резкой осадки кровли болты срезаются раньше повышения давления в поршневой полости гидростойки сверх допустимого, спасая ее от разрушения.

Недостатком данной гидростойки является то, что после каждого "срабатывания" по причине полного среза болтов их нужно восстанавливать заново. Это затрудняет эксплуатацию гидростоек механизированных крепей.

Наиболее близкой по технической сущности является гидростойка (Санин С. А. Предохранительное устройство для гидростоек механизированных крепей, работающих при динамическом сдвижении боковых пород. -"Механизация и автоматизация подземной выемки угля и сланца". Научные сообщения ИГД им. А.А.Скочинского, 1979, вып. 174, с. 16-23), содержащая поршень со штоком, установленные в цилиндрическом корпусе. В поршневой полости гидростойки герметично установлены предохранительный клапан и аварийное устройство, выполненное в виде мембраны, охватываемой дополнительным корпусом. При динамическом нагружении в поршневой полости гидростойки возникает резкий скачок давления и, в случае превышения значения его предельно допустимой величины, мембрана разрушается и часть жидкости уходит во внутреннюю полость дополнительного корпуса, что приводит к понижению давления в поршневой полости и предотвращает разрушение цилиндрического корпуса гидростойки.

Недостатком данной гидростойки является то, что объем внутренней полости дополнительного корпуса предназначен для определенной величины смещения кровли. Поскольку в период динамических воздействий смещение кровли колеблется в довольно широком диапазоне (10 - 34 мм), то объем этой полости может быть мал для одних величин просадок и велик для других, что резко снижает эффективность и надежность защиты гидростойки. Кроме того, данная стойка - с аварийным устройством однократного действия. Разрушение мембраны при "срабатывании" устройства выводит его из строя, а монтаж нового устройства в гидростойке затруднен в шахтных условиях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание гидростойки с надежной защитой от динамических нагрузок многократного действия за счет эффективного механического погашения величины импульса динамического нагружения.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростойке с защитой от динамических нагрузок, содержащей поршень со штоком, установленные в цилиндрическом корпус, в поршневой полости которого смонтирован предохранительный клапан, и аварийное устройство, включающее охватываемый и охватывающий элементы, из которых один установлен с возможностью продавливания, а охватывающий элемент выполнен полым, при этом торцы цилиндрического корпуса и штока служат опорными частями гидростойки, согласно изобретению аварийное устройство смонтировано на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения и не имеет гидравлической связи с поршневой полостью цилиндрического корпуса. Охватывающий и охватываемый элементы соединены с натягом и один из них при продавливании имеет возможность принудительного перемещения, при этом охватываемый элемент выполнен в виде пуансона, взаимодействующего с внутренней поверхностью охватывающего элемента.

Предлагаемая гидростойка с аварийным устройством многократного действия. По многочисленным наблюдениям установлено, что в штатных условиях максимальная динамическая просадка кровли достигает 25 - 30 мм с частотой в среднем 2 - 3 раза за месяц работы механизированной крепи. Эти параметры заложены в размеры взаимодействующих элементов, рассчитанные на неоднократное "срабатывание" аварийного устройства.

Аварийное устройство установлено на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения, что позволяет "гасить" динамический импульс до его подхода к поршневой полости цилиндрического корпуса, следовательно механически защитить гидростойку от разрушения.

Соединение с натягом охватываемого и охватывающего элементов позволяет гарантированно оставаться аварийному устройству неподвижным в статическом режиме нагружения, что обеспечивается натягом соединения элементов, рассчитанным на усилие сдвига, превышающее в 2...2,5 раза допустимую статическую нагрузку, но не выходящую за предельно допустимую прочностную.

Соединение элементов аварийного устройства между собой с возможностью принудительного перемещения при продавливании позволяет смещаться одному из них на величину просадки кровли при динамическом нагружении.

Выполнение охватываемого элемента в виде пуансона, взаимодействующего с внутренней поверхностью охватывающего элемента, обеспечивает технологичность изготовления и высокую надежность соединения деталей с натягом.

Отсутствие гидравлической связи у аварийного устройства с поршневой полостью цилиндрического корпуса позволяет производить замену отработавшего аварийного устройства на новое в шахтных условиях, не создавая риска разгерметизации гидросистемы.

На опорной части гидростойки можно установить охватываемый элемент аварийного устройства, а можно охватывающий элемент.

Установка на опорной части гидростойки охватываемого или охватывающего элемента аварийного устройства определяется конкретными условиями эксплуатации.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где: на фиг. 1 показана схема гидростойки с защитой от динамических нагрузок с аварийным устройством, в котором охватываемый элемент установлен на торце штока, служащего опорной частью гидростойки; на фиг. 2 - схема гидростойки с защитой от динамических нагрузок с аварийным устройством, в котором охватываемый элемент установлен на торце цилиндрического корпуса, служащего опорной частью гидростойки; на фиг. 3 - аварийное устройство, в котором охватывающий элемент установлен на опорной части гидростойки.

Гидростойка с защитой от динамических нагрузок (фиг. 1,2) состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором герметично при помощи уплотнений 2 установлены поршень 3 со штоком 4. Поршневая полость 5 цилиндрического корпуса 1 имеет серийный предохранительный клапан 6, рассчитанный на работу в режиме плавного статического нагружения. Опорной частью гидростойки служат торцы 7 цилиндрического корпуса 1 и штока 4. Аварийное устройство (не обозначено) состоит из охватываемого элемента 8, выполненного в виде пуансона, и охватывающего элемента 9, выполненного полым. Охватывающий 9 и охватываемый 8 элементы соединены между собой с натягом с возможностью принудительного перемещения при продавливании и не имеют гидравлической связи с полостью цилиндрического корпуса 1 (в отличие от прототипа). Причем натяг соединения рассчитан на усилие сдвига, превышающее в 2...2,5 раза допустимую статическую нагрузку, но не выходящую за предельно допустимую прочностную.

Аварийное устройство установлено на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения (на торце 7 штока 4 - фиг. 1 или на торце 7 цилиндрического корпуса 1 - фиг. 2). При этом на опорной части гидростойки можно установить охватываемый элемент 8 аварийного устройства (фиг. 1,2), а можно - охватывающий элемент 9 (фиг. 3).

Гидростойка работает следующим образом. В рабочем режиме цилиндрический корпус 1 с установленными в нем поршнем 3 и штоком 4 разведены в поршневой полости 5 цилиндрического корпуса 1 под номинальным давлением, равным величине настройки предохранительного клапана 6. Герметичность гидростойки обеспечена уплотнениями 2. Когда со стороны кровли статическая нагрузка увеличивает давление в поршневой полости 5 выше номинальной величины, предохранительный клапан 6 срабатывает и гидростойка "уходит" от нагрузки. Аварийное устройство, установленное либо на торце 7 штока 4 (фиг. 1), либо на торце цилиндрического корпуса 1 (фиг. 2), остается неподвижным благодаря силе трения в сопрягаемом соединении с натягом. При динамическом нагружении ускоренное перемещение вначале приобретает аварийное устройство. Шток 4 с поршнем 3 и цилиндрический корпус 1 с рабочей жидкостью, обладая большой массой, имеют высокую инерционность. Поэтому у аварийного устройства охватывающий элемент 9 (фиг. 1, 2) или охватываемый элемент 8 (фиг. 3) принудительно под действием динамического нагружения продавливается, перемещаясь относительно охватываемого элемента 8 (фиг. 1, 2, пунктирная линия), или соответственно относительно охватывающего элемента 9 (фиг. 3, пунктирная линия), преодолевая усиление натяга на величину смещения кровли. Таким образом, в начальный момент динамическое нагружение демпфируется сопротивлением продавливания одного из элементов аварийного устройства в сторону опорной части гидростойки. По истечении примерно 0,08 с (из экспериментальных данных) в работу вступает предохранительный клапан 6, и процесс механической защиты прекращается, так как сопротивление перемещению в соединении с натягом выше гидравлического сопротивления прохождению жидкости через открытый предохранительный клапан 6.

Когда после нескольких "срабатываний" устройства расчетная величина хода взаимодействующих элементов будет выбрана, устройство заменяют на новое.

Формула изобретения

1. Гидростойка с защитой от динамических нагрузок, содержащая поршень со штоком, установленные в цилиндрическом корпусе, в поршневой полости которого смонтирован предохранительный клапан, и аварийное устройство, включающее охватываемый и охватывающий элементы, из которых один установлен с возможностью продавливания, а охватывающий элемент выполнен полым, при этом торцы цилиндрического корпуса и штока служат опорными частями гидростойки, отличающаяся тем, что аварийное устройство смонтировано на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения и не имеет гидравлической связи с поршневой полостью цилиндрического корпуса, причем охватывающий и охватываемый элементы соединены с натягом и один из них при продавливании имеет возможность принудительного перемещения, при этом охватываемый элемент выполнен в виде пуансона, взаимодействующего с внутренней поверхностью охватывающего элемента.

2. Стойка по п. 1, отличающаяся тем, что на опорной части гидростойки смонтирован охватываемый элемент аварийного устройства.

3. Стойка по п. 1, отличающаяся тем, что на опорной части гидростойки смонтирован охватывающий элемент аварийного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3