ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для образования трещин в скважинах с целью добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, строительства дорог и туннелей в гористой местности, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов.
Известно устройство для образования направленных трещин в скважинах, включающее цилиндрический корпус и рабочие органы в виде клиньев на его наружной поверхности (см. патент RU №2229595 по кл. E21C 37/02, 2002 г.)
В известной конструкции в цилиндрическом корпусе выполнено осевое отверстие, в которое вставлен плунжер, имеющий на свободном конце ступенчатое утолщение и кольцевой выступ, при этом на конце цилиндрического корпуса имеется клин, а на плунжер между кольцевым выступом и цилиндрическим корпусом надета пружина.
Однако, известная конструкция имеет ряд недостатков, таких как сложность эксплуатации, связанной с необходимостью использования дополнительных материалов (специальной рабочей жидкости), состав которой должен подбираться для определенных типов пород, а также возможностью заклинивания устройства в скважине.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является силовой элемент, включающий корпус, состоящий из соединенных между собой центральной и периферийных частей, при этом его центральная часть выполнена разъемной вдоль продольной оси, эластичную камеру, расположенную внутри и соосно корпусу, распорные вставки, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой, и имеющие на торцах выступы, фланцы, расположенные в торцах корпуса, в одном из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, выполненный в виде подпружиненного шарикового клапана, размещенного в штуцере для подвода рабочего агента, толкателя, связанного с клапаном и управляющим элементом, конец которого зафиксирован в торцевой щели направляющего корпуса ограничителя объема рабочего агента, расположенного в эластичной камере, (см. патент RU №2203418 по кл. E21C 37/10, 2001 г.)
Недостатками известного устройства являются:
- небольшой ход разъемных частей корпуса не позволяет обеспечить соответствующую ширину трещины для использования захватов (тросов) при выполнении технологических операций (перемещение, опрокидывание) с отделенным от горного массива технологическим блоком;
- устройство способно образовывать трещины в горном массиве только при огромной статической нагрузке вдоль оси прибора, что приводит к неуправляемому развитию трещины.
Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание силового гидравлического модуля, позволяющего управлять процессом образования и развития магистральной трещины в горном массиве за счет чего расширить его технологические возможности.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силового гидравлического модуля (ГСМ), включающего гидравлическое устройство в виде корпуса с установленными в нем эластичной камерой, расположенную внутри и соосно корпусу, распорными вставками, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой, двух фланцев, расположенных в торцах корпуса, в одном из которых установлен штуцер для подвода рабочего агента в эластичную камеру, уплотнители эластичной камеры, расположенные в кольцевых проточках корпуса, ограничитель объема рабочего агента, установленный в эластичной камере, толкателя, связанного с клапаном и управляющим элементом, конец которого зафиксирован в торцевой щели направляющего корпуса ограничителя объема рабочего агента, расположенного в эластичной камере, который, согласно полезной модели, снабжен дополнительным гидравлическим устройством, корпус которого является штуцером или вторым фланцем первого гидравлического устройства.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает точное направление развития и соответствующую ширину трещины вдоль оси прибора.
Выполнение дополнительного гидравлического устройства в виде гидроцилиндра с каналом для подвода рабочего агента, поршнем и штоком, конец которого выполнен в виде клина, и гидравлического разжима, сопряженного с клином и установленного на гидроцилиндре с возможностью углового отклонения от оси модуля, при этом на штоке между поршнем и торцевой стенкой гидроцилиндра размещена возвратная пружина. Позволяет повысить эффективность и надежность ГСМ за счет снижения эксплуатационных нагрузок на прибор путем создания в скважинах зон концентрации напряжений в направлении магистральной трещины вдоль горного массива и получения более качественного раскола, а также за счет возможности расширения трещины отрыва в направлении перпендикулярном плоскости забоя.
Выполнение гидравлического разжима в виде, по-крайней мере, двух геометрических тел многоугольного сечения, длинные стороны которых, предназначены для перемещения по ним клина штока и соединенными между собой возвратными пружинами.
Снабжение модуля концентраторами напряжений, расположенными в центральной и периферийной частях распорных вставок первого гидравлического устройства обеспечивает снижение эксплуатационных нагрузок на модуль путем создания в скважинах зон концентрации напряжений в направлении магистральной трещины вдоль горного массива и позволяет получить более качественный раскол за счет возможности расширения трещины отрыва в направлении перпендикулярном плоскости забоя.
Для получения более качественного раскола концентраторы напряжений выполнены в виде съемных твердосплавных полусфер.
Предлагаемая полезная модель поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами.
На фиг.1 дан продольный разрез силового гидравлического модуля в исходном положении при отсутствии давления;
На фиг.2 дан продольный разрез силового гидравлического модуля в рабочем положении под давлением;
Силовой гидравлический модуль содержит первое гидравлическое устройство и дополнительное гидравлическое устройство.
Первое гидравлическое устройство содержит разъемный корпус 1 с установленными в нем эластичной камерой 2, расположенную внутри и соосно корпусу, распорными вставками 3, размещенные между частями корпуса вдоль разъема и взаимодействующие с эластичной камерой, двух фланцев 4 и 5, расположенных в торцах корпуса 1, в одном из которых (фланец 4) установлен штуцер 6 для подвода рабочего агента в эластичную камеру 2, уплотнители эластичной камеры 7, расположенные в кольцевых проточках 8 корпуса, ограничитель объема рабочего агента 9, установленный в эластичной камере 2, толкателя 10, связанного с клапаном 11 и управляющим элементом 12.
Дополнительное гидравлического устройство содержит корпус, которым является штуцер или фланец 5 первого гидравлического устройства, один конец которого установлен в корпусе 1. а второй конец выполнен в виде гидроцилиндра, и гидравлический разжим 21, установленный на корпусе гидроцилиндра с возможностью перпендикулярного перемещения от оси модуля.
Гидроцилиндр дополнительного гидравлического устройство содержит поршень 13 и шток 14, конец которого выполнен в виде клина, при этом на штоке между поршнем и торцевой стенкой гидроцилиндра размещена возвратная пружина 15
Гидравлический разжим выполнен в виде, по-крайней мере, двух геометрических тел многоугольного сечения, длинные стороны которых 16 расположены вдоль оси модуля, предназначены для перемещения по ним клина штока 14 и соединенных между собой возвратными пружинами 17.
Силовой гидравлический модуль снабжен концентраторами напряжений, расположенными в центральной 18, и периферийной 19 частях распорных вставок 3 первого гидравлического устройства, а на разъемных частях корпуса первого гидравлического устройства, в местах установки концентраторов напряжений, образованы сквозные полуцилиндрические выемки соответствующего диаметра (на черт не показ).
В зависимости от технических и технологических возможностей концентраторы напряжений 18 выполнены в виде съемных твердосплавных полусфер.
Причем подвод рабочего агента в эластичную камеру 2 связан с каналом 20 для подвода рабочего агента в гидроцилиндр.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом: Первое гидравлическое устройство регулируют на заданное перемещение следующим образом: задают перемещение разъемных элементов корпуса 1, после чего подключают его к подводящему каналу источника рабочего агента и размещают в предварительно подготовленной скважине.
Подаваемый через штуцер 6 рабочий агент расширяет эластичную камеру 2, передавая усилия как непосредственно через разъемные элементы корпуса, так и через распорные вставки 3, которые за счет геометрии сечения создают равномерное давление на рабочие части.
Стенки эластичной трубчатой камеры 2, расширяясь под воздействием рабочего агента, прижимают фланец 4 к штуцеру 6, обеспечивая надежное закрепление эластичной камеры на штуцере.
Равномерное без перекосов перемещение разъемных элементов корпуса первого гидравлического устройства в процессе рабочего цикла достигают наличием на внутренней поверхности корпуса направляющего паза (на чертеже не показан), в котором в процессе рабочего цикла перемещаются распорные вставки 3,
Управляющий элемент 12, перемещаясь по внутренней стенке эластичной камеры 2, вызывает перемещение подпружиненного толкателя 10 в направлении к центральной части силового элемента.
Когда управляющий элемент 12 достигнет предварительно заданной величины перемещения, ограничитель объема рабочего агента 11 перекрывает подводящий канал, предотвращая поступление рабочего агента во внутреннюю полость эластичной камеры 2.
Осуществив формирование трещины в процессе рабочего цикла, рабочее давление сбрасывают до нуля, при этом все подвижные части первого гидравлического устройства возвращаются в исходное положение.
Одновременно с этим, рабочая жидкость по выполненному в штуцере 6 (или фланце 5) каналу 20 под давлением поступает в гидроцилиндр и давит на поршень 13, который перемещается к противоположному торцу гидроцилиндра, сжимая возвратную пружину 15. При этом, клиновидный шток 14 взаимодействует с гидравлическим разжимом и расклинивает его, передавая усилия на горный массив.
Возвратные пружины 17 гидравлического разжима растягиваются. Давление наращивается до образования трещины отрыва и ее развития вдоль оси скважины.
После образования трещины отрыва и ее развития вглубь массива, срабатывает ограничитель объема рабочего агента 11 и сброс давления.
Под воздействием возвратной пружины 15 поршень с клиновидным штоком 14 перемешается в исходное положение.
Клиновидный шток 14 выходит из взаимодействия с гидравлическим разжимом, которые под воздействием возвратные пружины 17 также возвращаются в исходное положение.
Опытный образец предлагаемого гидравлического силового модуля был опробован при безвзрывном отделении от массива природного камня монолитных блоков за счет создания в них направленных трещин.
При этом был получен следующий результат:
- магистральная трещина вдоль забоя была получена при нагрузках на 30% ниже чем при расколе известными устройствами, при этом ширина трещины позволила использовать необходимые технические средства, - захваты (тросы) при выполнении технологических операций (перемещение, опрокидывание) с отделенным от горного массива технологическим блоком.