СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для безвзрывного отделения от массива монолитных блоков пород при добыче природного камня, проходке горных выработок и т.д., а также разрушения различных объектов, разупрочнения объектов за счет создания в них направленных трещин и др.
Известно устройство для направленного разрушения монолитных объектов, содержащее разъемный корпус с кольцевыми проточками у краевых частей на внутренних поверхностях и трубчатой эластичной камерой: а также элементы для подвода рабочей жидкости (см. SU, ас №1767174, кл. Е21С 37/10, 1992).
Недостатками известного решения являются сложность его изготовления, а также недостаточный срок службы устройства, связанный с преждевременным разрушением корпуса.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является силовой элемент, включающий разъемный вдоль своей продольной оси корпус с кольцевыми проточками у торцов с его внутренней стороны, расположенную внутри разъемного корпуса эластичную камеру, распирающие вставки, установленные между частями разъемного корпуса со стороны плоскости разъема, и взаимодействующие с ними и с эластичной камерой, торцевые цилиндрические запорные фланцы, кольцевые упругие уплотнители и шайбы, размещенные на эластичной камере и в кольцевых полостях корпуса, при этом каждый из разъемных элементов корпуса выполнен из нескольких частей, а торцевые их части закреплены на срединных посредством разъемного соединения, с образованием упомянутых кольцевых полостей, причем соединение снабжено фиксатором для предотвращения поворота друг относительно друга срединной и торцевой частей разъемного корпуса, штуцер подвода рабочего агента, в котором установлен клапан ограничителя объема рабочего агента, в корпусе с продольной прорезью которого, установлена с возможностью продольного перемещения регулировочная втулка, и подпружиненный запорный элемент с толкателем, связанным с регулировочной втулкой посредством упругого управляющего элемента, контактирующим с внутренней стенкой эластичной камеры (см. патент RU №2095569, по кл. Е21С 37/10, 1995 г.).
Недостатками известного решения являются:
- невозможность проведения интегрального контроля состояния камеры в процессе работы устройства из-за точечного контакта упругого управляющего элемента с внутренней поверхностью эластичной камеры, а следовательно, точного определения момента ее разрыва;
- возможность заклинивания подвижных частей корпуса в процессе работы из-за перекоса частей.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются, создание конструкции устройства, лишенного вышеуказанных недостатков, т.е. проведения интегрального контроля состояния стенок камеры и повышения надежности работы устройства за счет увеличения срока службы эластичной камеры и предотвращения ее разрывов.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силового элемента, содержащего разъемный вдоль своей продольной оси корпус с кольцевыми проточками у торцов с его внутренней стороны, расположенную внутри разъемного корпуса эластичную камеру, распирающие вставки, установленные между частями разъемного корпуса со стороны плоскости разъема, и взаимодействующие с ними и с эластичной камерой, торцевые цилиндрические запорные фланцы, кольцевые упругие уплотнители и шайбы, размещенные на эластичной камере и в кольцевых полостях корпуса, при этом каждый из разъемных элементов корпуса выполнен из нескольких частей, а торцевые их части закреплены на срединных посредством разъемного соединения, с образованием упомянутых кольцевых полостей, причем соединение снабжено фиксатором для предотвращения поворота друг относительно друга срединной и торцевой частей разъемного корпуса, штуцер подвода рабочего агента, в котором установлен клапан ограничителя объема рабочего агента, в корпусе с продольной прорезью которого, установлена с возможностью продольного перемещения регулировочная втулка, и подпружиненный запорный элемент с толкателем, связанным с регулировочной втулкой посредством упругого управляющего элемента, контактирующим с внутренней стенкой эластичной камеры, в которой, согласно полезной модели, упругий управляющий элемент выполнен в виде плавно связанных между собой, по крайней мере, пяти отрезкой линии, средний участок которой имеет линейный контакт с эластичной камерой.
Полезная модель характеризуется тем, что упругий управляющий элемент снабжен второй симметричной относительно продольной оси устройства диаметрально противоположной линией, имеющей линейный контакт с эластичной камерой, при этом корпус ограничителя снабжен дополнительной продольной прорезью, предназначенной для второй ветви элемента.
Это позволяет дополнительно контролировать и регулировать работу эластичной камеры.
Закрепление обеих торцевых частей каждого элемента корпуса на срединной разъемным соединением позволяет создать более прочное соединение, что приводит к повышению надежности и срока службы разъемного корпуса.
При работе силового элемента возможно круглоцилиндрическое смещение одной части корпуса относительно другой, что приводит к заклиниванию элемента. Для избежания этого явления предлагаемая полезная модель имеет фиксатор для предотвращения взаимного поворота срединной и торцевой частей элементов разъемного корпуса друг относительно друга, который выполнен в виде винта или точечной сваркой.
Полезная модель характеризуется тем, что шайба выполнена с направляющим пазом, расположенным на ее торце со стороны распирающих вставок параллельно плоскости разъема частей элементов корпуса, при этом торцы распирающих вставок снабжены соответствующими этому пазу выступами. Это позволяет устранить проворот элементов относительно друг от друга.
Упругое соединение разъемных элементов корпуса и распирающие вставки с наружной поверхностью эластичной камеры позволяют предотвратить разрыв эластичной трубчатой камеры в процессе работы устройства в момент образования трещины в разрушаемом объекте.
Соединение торцов смежных элементов корпуса между собой возвратными пружинами позволяет устранить заклинивание элементов конструкции.
Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных силовых элементах, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием предлагаемой полезной модели и чертежами, где:
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства в разомкнутом положении разъемного корпуса с упругим управляющим элементом в виде одной ветви.
На фиг.2 то же с упругим управляющим элементом в виде симметричных относительно продольной оси устройства, по крайней мере, двух диаметрально противоположных ветвей.
На фиг.3 принципиальная схема поперечного сечения силового элемента.
На фиг.4 поперечный разрез силового элемента по ограничителю объема рабочего агента.
На фиг.5 - поперечный разрез по направляющему пазу шайбы.
Силовой элемент состоит из разъемного вдоль своей продольной оси корпуса 1, внутри которого коаксиально установлена эластичная трубчатая камера 2, а также распирающие вставки 3, размещенные со стороны плоскости разъема корпуса 1 и в плоскости, перпендикулярной продольной оси последнего, имеют трапецеидальное сечение. Их большее основание контактирует с эластичной трубчатой камерой 2, а боковые грани с поперечными скосами на внутренних стенках разъемного корпуса 1.
Для подвода рабочего агента в полость эластичной трубчатой камеры 2 и для стравливания из нее воздуха со стороны торцов корпуса 1 размещены штуцеры 4 с конусообразным концом, размещаемым в корпусе 1 силового элемента.
Крепление штуцеров 4 в корпусе 1 к концам эластичной трубчатой камеры 2 осуществлено посредством уплотняющей шайбы 5, торцевого запорного фланца 6 и демпферного кольца 7, расположенных в кольцевой полости 8 внутри корпуса 1, путем обжатия каждого конца эластичной трубчатой камеры 2 на конусах штуцера 4.
Каждый элемент разъемного корпуса 1 выполнен составным, состоящим из нескольких частей, при этом одна или обе его торцевые 9 части соединены со срединной 10 частью корпуса.
Предпочтительным является такое выполнение элементов разъемного корпуса 1, когда обе его торцевые 9 части соединены со срединной 10 разъемным соединением.
В результате соединения торцевой 9 и срединной 10 частей элементов разъемного корпуса 1 образуют кольцевую полость 8.
Для фиксации торцевых 9 и срединной 10 частей элементов корпуса 1 их соединение снабжено фиксатором, предотвращающим, в том числе, их поворот друг относительно друга.
В качестве такового фиксатора может быть использован винт 11 или болт, головка которого не имеет каких-либо выступов над наружной поверхностью элементов корпуса 1, или же точечная сварка.
Данный фиксирующий элемент проходит через отверстия в торцевой 9 части элемента корпуса 1 и его завинчивают в срединную часть 10.
В качестве разъемного соединения, закрепляющего торцевые части 9 на срединной части 10 элементов корпуса 1, может быть использовано любое известное в технике соединение («ласточкин хвост» и т.д.).
В качестве вариантов подобного соединения может быть использована комбинация кольцевой проточки 12 на одной части, например, срединной 10 с подобным ей выступом 13 на торцевой части 9.
На наружной поверхности торцевых цилиндрических запорных фланцев 4 установлены ограничители 14 хода разъемных частей корпуса 1. На торцевых частях 9 элементов корпуса 1 установлены возвратные пружины 15, соединяющие друг с другом смежные элементы корпуса 1.
На торцах распирающих вставок 3 выполнены выступы 16, а на уплотняющих шайбах 5 соответствующие им пазы 17.
На штуцере 4 подвода рабочего агента устанавливается клапан, ограничивающий максимальный ход раздвигающихся в процессе цикла элементов разъемного корпуса 1 путем перекрытия подводящего канала.
Клапан состоит из корпуса 18 с продольной прорезью 19, закрепленного в конусообразном конце штуцера 4. Свободный конец корпуса 18 снабжен регулировочной втулкой 20, имеющей возможность перемещения вдоль продольной оси корпуса 18, например, посредством их резьбового соединения. Через прорезь 19 в корпусе 1 клапана установлен упругий управляющий элемент.
Упругий управляющий элемент может быть выполнен в виде плавно связанных между собой, по крайней мере, пяти отрезков линии 21, например, пружина, средний участок которой имеет линейный контакт с эластичной камерой 2.
В зависимости от технологических требований и для уменьшения возможности заклинивания устройства упругий управляющий элемент может быть снабжен второй симметричной относительно продольной оси устройства диаметрально противоположной линией 22, имеющей линейный контакт с эластичной камерой 2, при этом корпус клапана снабжен дополнительной продольной прорезью 23, предназначенной для второй линии элемента.
Линейные контакты 24 каждой из линий проходят через прорези 19 и 23 корпуса 18 и контактируют с внутренней стенкой эластичной камеры 2, контролируя ее деформации во время рабочего цикла.
Один конец упругого управляющего элемента упирается в регулировочную втулку 20, а второй запрессован в размещенный в подающем канале штуцера 4 толкатель 25.
Толкатель 25 имеет продольные каналы для пропуска рабочего агента во внутреннюю полость эластичной камеры 2 и контактирует с подпружиненным запорным элементом 26. Пружина запорного элемента 26 и толкателя 25 взаимодействует с упорной втулкой 27, имеющей продольный канал для подачи рабочего агента и вворачиваемой в подводящий штуцер 4.
Наружная поверхность эластичной камеры 2 может быть соединена с распирающими вставками 3 и/или частями разъемного корпуса при помощи упругой связи.
Силовой элемент работает следующим образом.
Собранный в заводских условиях силовой элемент регулируют на заданное перемещение (ход) посредством регулировочной втулки 20 и упорной втулки 27, после чего подключают к подводящему каналу и размещают в скважине.
Подаваемый через штуцер 4 рабочий агент расширяет эластичную трубчатую камеру 2, передавая усилия от нее как непосредственно на разъемные части корпуса 1, так и через распирающие вставки 3.
Стенки эластичной трубчатой камеры 2, расширяясь под воздействием рабочего агента, за счет расположения боковых стенок демпферного кольца 7 под острым углом друг к другу, обеспечивают прижатие уплотняющей шайбы 5 и торцевого запорного фланца 6 к плоским основаниям кольцевой полости 8 и надежное закрепление концов эластичной трубчатой камеры 2 на конусах штуцеров 4.
Соединение торцевых 9 и срединных 10 частей элементов разъемного корпуса 1 позволит ликвидировать зону концентрации напряжений в районе внутренней кольцевой полости 8 и предотвратить, таким образом, их разрушение в процессе эксплуатации.
Равномерность перемещения элементов разъемного корпуса 1 в процессе рабочего цикла обеспечивается наличием выступов 16 на распирающих вставках 3, перемещающихся в процессе рабочего цикла в пазах 17 уплотняющей шайбы 5.
Упругий управляющий элемент отслеживает перемещение внутренней стенки эластичной камеры 2 в процессе рабочего цикла, что вызывает перемещение толкателя 25 вовнутрь силового элемента и приводит к перекрытию подводящего канала запорным элементом 26.
При понижении рабочего давления до нуля все подвижные части силового элемента под действием возвратных пружин 15, а также упругости эластичной камеры 2, связанной с распирающими вставками 3 и элементами разъемного корпуса 1, возвращаются в первоначальное положение.
Были проведены опытные испытания предлагаемой полезной модели. Полученные результаты показали следующее:
Предлагаемый силовой элемент обладает:
высокой раскалывающей мощностью при малой массе и емкости гидросистемы;
компактной конструкцией;
высокой производительностью: раскалывание каменного массива занимает не более минуты;
эксплуатационной долговечностью не менее 2000 рабочих циклов;
экологической чистотой: отсутствие шумов, пыли.
энергопотребление: в 100 раз ниже, чем у традиционных гидроклиньев.