Гидростойка с защитой от динамических нагрузок

 

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в шахтных гидростойках, работающих в условиях динамического нагружения. Задача изобретения - повышение надежности защиты гидростойки от динамических нагрузок за счет многократного эффективного механогидравлического погашения величины импульса динамического нагружения. Гидростойка с защитой от динамических нагрузок состоит из цилиндра, поршня со штоком, образующих поршневую и штоковую полости, предохранительного клапана в поршневой полости и аварийного устройства, смонтированного на штоке со стороны действия динамического нагружения и не имеющего гидравлической связи с поршневой полостью. Аварийное устройство состоит из стакана и установленного в нем подпружиненного золотника с отверстиями для прохода жидкости, соединенного с дроссельной иглой, установленной с возможностью входа в отверстие для перетока жидкости, выполненное в стакане, и соединено с полым штоком с натягом и возможностью принудительного продавливания. Полым штоком и стаканом образована общая полость. Ход золотника ограничен снизу стопорным кольцом, а в золотнике и дроссельной игле выполнено единое дроссельное отверстие для прохода жидкости. Полый шток может охватывать аварийное устройство. Аварийное устройство может охватывать полый шток. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известна 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 гидростойка - с аварийным устройством однократного действия. Разрушение мембраны при срабатывании аварийного устройства выводит его из строя, а монтаж нового аварийного устройства в гидростойке затруднен в шахтных условиях.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является гидростойка с защитой от динамических нагрузок (см. патент РФ №2150005, E 21 D 15/44, опубл. в БИ №15, 2000), содержащая поршень со штоком, установленные в цилиндрическом корпусе, в поршневой полости которого смонтирован предохранительный клапан, и аварийное устройство, состоящее из охватываемого и охватывающего элементов, соединенных между собой с натягом, при этом один из них установлен с возможностью принудительного перемещения при продавливании. Охватываемый элемент выполнен в виде пуансона, взаимодействующего с внутренней поверхностью охватывающего элемента, а охватывающий элемент - полым. Аварийное устройство смонтировано на опорной части гидростойки со стороны действия динамического нагружения и не имеет гидравлической связи с поршневой полостью цилиндрического корпуса, при этом торцы цилиндрического корпуса и штока служат опорными частями гидростойки.

Недостатком данной конструкции является то, что для страгивания пуансона необходимо преодолеть силу трения покоя, возникающую в соединении сопрягаемых с натягом деталей аварийного устройства, которая больше силы, задаваемой конструктивно. Таким образом, при дальнейшем движении пуансона сила трения снижается по сравнению с первоначальным моментом движения, что может привести к потере устойчивости соединения - полному продавливанию пуансона в охватываемую деталь.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности защиты гидростойки от динамических нагрузок за счет многократного эффективного механогидравлического погашения величины импульса динамического нагружения.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростойке с защитой от динамических нагрузок, состоящей из цилиндра, поршня со штоком, образующих поршневую и штоковую полости, предохранительного клапана в поршневой полости и аварийного устройства, смонтированного на штоке со стороны действия динамического нагружения и не имеющего гидравлической связи с поршневой полостью, согласно техническому решению, аварийное устройство состоит из стакана и установленного в нем подпружиненного золотника с отверстиями для прохода жидкости, соединенного с дроссельной иглой, установленной с возможностью входа в отверстие для перетока жидкости, выполненное в стакане, и соединено с полым штоком с натягом и возможностью принудительного продавливания, причем полым штоком и стаканом образована общая полость, ход золотника ограничен снизу стопорным кольцом, а в золотнике и дроссельной игле выполнено единое дроссельное отверстие для прохода жидкости.

Выполнение полого штока соединенным с аварийным устройством с натягом и возможностью принудительного продавливания позволяет обеспечить неподвижность указанного соединения в статике, в динамике - при внешнем силовом воздействии - происходит принудительное продавливание соединенных с натягом аварийного устройства и полого штока на величину осадки кровли. Это защищает гидростойку от разрушения.

Создание общей полости при соединении полого штока и стакана аварийного устройства позволяет осуществить постоянное гидравлическое противодавление при механическом продавливании соединенных с натягом полого штока и аварийного устройства.

Установка в стакане подпружиненного золотника с отверстиями для прохода жидкости и дроссельной иглой с возможностью входа последней в отверстие для перетока жидкости, выполненное в стакане, позволяет перекрывать свободный проход жидкости, обеспечивая тем самым при динамическом нагружении рост давления в общей полости полого штока и аварийного устройства и противодавление механическому смещению аварийного устройства.

Выполнение в золотнике и дроссельной игле единого дроссельного отверстия для прохода жидкости позволяет обеспечить при динамическом нагружении дросселирование жидкости в то время, когда отверстие для перетока жидкости в стакане закрыто дроссельной иглой, с целью создания постоянного противодавления при продавливании аварийного устройства.

Выполнение стакана аварийного устройства с отверстием для перетока жидкости позволяет создать ее проход через названное отверстие в штоковую полость для обеспечения в статике ее свободной циркуляции, в динамике - для ее вывода через дроссельное отверстие в магистраль.

Ограничение хода подпружиненного золотника снизу стопорным кольцом позволяет ограничивать ход пружины, отжимающей золотник от отверстия для перетока жидкости, открывая свободный доступ жидкости.

В гидравлической стойке аварийное устройство может охватывать полый шток, либо полый шток может охватывать аварийное устройство.

Установка аварийного устройства либо с охватывающим, либо с охватываемым полым штоком определяется конкретными условиями эксплуатации. Например, при мощности отрабатываемого угольного пласта 1,5-1,8 м целесообразно применять охватываемое полым штоком аварийное устройство, так как в этом случае не теряется дефицитный рабочий ход поршня. В других случаях (мощность угольного пласта >1,8 м) ход поршня гидростойки менее лимитирован, и целесообразно использовать конструкцию, в которой аварийное устройство охватывает полый шток, поскольку наружная поверхность полого штока обработана с высокой точностью и в отличие от внутренней поверхности не требует дополнительной механической обработки.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где:

на фиг.1 показана схема гидростойки с защитой от динамических нагрузок, в которой аварийное устройство охватывает полый шток;

на фиг.2 показана схема гидростойки с защитой от динамических нагрузок, в которой полый шток охватывает аварийное устройство.

Гидростойка с защитой от динамических нагрузок (фиг.1, 2) состоит из цилиндра 1, в котором герметично при помощи уплотнений 2 установлены поршень 3 с полым штоком 4, образующие поршневую 5 и штоковую 6 полости. Поршневая полость 5 цилиндра 1 имеет серийный предохранительный клапан 7, рассчитанный на работу в режиме плавного статического нагружения. На полом штоке 4 установлено с натягом и возможностью принудительного продавливания аварийное устройство (поз. не обозначено) таким образом, что в соединении между собой полый шток 4 и стакан 8 аварийного устройства образуют общую полость 9. При этом либо полый шток 4 охватывает аварийное устройство (фиг.2), либо аварийное устройство охватывает полый шток 4 (фиг.1). Аварийное устройство состоит из стакана 8 с отверстием 10 для перетока жидкости, в котором установлены золотник 11 с дроссельной иглой 12. Золотник 11 установлен в стакане 8 подвижно - на пружину 13 и содержит отверстия 14 для прохода жидкости, его ход ограничен снизу стопорным кольцом 15. Дроссельная игла 12 установлена по оси золотника 11 с возможностью входа в отверстие 10 для перетока жидкости стакана 8, при этом в дроссельной игле 12 и золотнике 11 выполнено единое дроссельное отверстие 16 для прохода жидкости.

Гидростойка работает следующим образом. В рабочем режиме цилиндр 1 с установленными в нем поршнем 3 и полым штоком 4 разведены в поршневой полости 5 под номинальным давлением, равным величине настройки предохранительного клапана 7. Герметичность гидростойки обеспечена уплотнениями 2. Золотник 11 отжат пружиной 13 от седла стакана 8, его крайнее нижнее положение ограничено стопорным кольцом 15, при этом дроссельная игла 12 отведена от отверстия 10 для перетока жидкости. Штоковая полость 6 и общая полость 9 через отверстие 10 в стакане 8, отверстия 14 для прохода жидкости в золотнике 11 и единое дроссельное отверстие 16 золотника 11 и дроссельной иглы 12 предварительно заполнены жидкостью.

Когда со стороны кровли статическая нагрузка увеличивает давление в поршневой полости 5 выше номинальной величины, предохранительный клапан 7 срабатывает и гидростойка “уходит” от нагрузки. При этом аварийное устройство, установленное на пути действия динамического нагружения, остается неподвижным благодаря силе трения в соединении сопрягаемых с натягом полого штока 4 и аварийного устройства.

При динамическом нагружении, когда сила обрушающейся кровли превысит контактные усилия в соединении деталей аварийного устройства, начнется продавливание полого штока 4 в аварийное устройство (фиг.1) или аварийного устройства в полый шток 4 (фиг.2). При этом произойдет сокращение объема внутренней полости 9, в результате чего давление жидкости будет повышаться до тех пор, пока оно не превысит усилие пружины 13. Тогда подвижный золотник 11 начнет перемещение вверх до соприкосновения с седлом стакана 8 и полного перекрытия отверстия 10 для перетока жидкости (пунктирная линия на фиг.1, 2). Вместе с тем, через единое дроссельное отверстие 16 в золотнике 11 и дроссельной игле 12 будет дросселировать жидкость, поступающая из общей полости 9, через отверстие 10 для перетока жидкости она идет на слив. Это позволит обеспечить постоянное давление (сопротивление) в общей полости 9 при продавливании аварийного устройства в полый шток 4 (фиг.1) или полого штока 4 в аварийное устройство (фиг.2) и избежать потери устойчивости в данном соединении с натягом.

Таким образом, в начальный момент энергия динамического нагружения расходуется на преодоление сил трения при продавливании аварийного устройства в полый шток 4 (фиг.1) или полого штока 4 в аварийное устройство (фиг.2), которое при этом осуществляется при постоянном гидравлическом сопротивлении, что позволяет обеспечить несколько “срабатываний” данного устройства.

В дальнейшем примерно через 0,08 с (из экспериментальных данных), когда в работу вступит предохранительный клапан 7, жидкость начнет выбрасываться в атмосферу через отверстие 10 и продавливание аварийного устройства прекратиться. Жидкость будет вытесняться из общей полости 9 до тех пор, пока давление в ней не понизится, и пружина 13 не отожмет золотник 11 в исходное положение. Аварийное устройство вновь готово к работе.

Когда давление в поршневой полости 5 снизится до номинального значения, предохранительный клапан 7 закроется.

После нескольких срабатываний аварийного устройства расчетная величина хода взаимодействующих полого штока 4 и аварийного устройства будет использована, устройство заменяют на новое.

Формула изобретения

1. Гидростойка с защитой от динамических нагрузок, состоящая из цилиндра, поршня со штоком, образующих поршневую и штоковую полости, предохранительного клапана в поршневой полости и аварийного устройства, смонтированного на штоке со стороны действия динамического нагружения и не имеющего гидравлической связи с поршневой полостью, отличающаяся тем, что аварийное устройство состоит из стакана и установленного в нем подпружиненного золотника с отверстиями для прохода жидкости, соединенного с дроссельной иглой, установленной с возможностью входа в отверстие для перетока жидкости, выполненное в стакане, и соединено с полым штоком с натягом и возможностью принудительного продавливания, причем полым штоком и стаканом образована общая полость, ход золотника ограничен снизу стопорным кольцом, а в золотнике и дроссельной игле выполнено единое дроссельное отверстие для прохода жидкости.

2. Гидростойка по п.1, отличающаяся тем, что полый шток охватывает аварийное устройство.

3. Гидростойка по п.1, отличающаяся тем, что аварийное устройство охватывает полый шток.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2