Гідродомкрат пересування секції шахтного кріплення

Корисна модель відноситься до області машинобудування для промисловості, переважно до конструктивного виконання гідродомкратів, вживаних в пристроях дистанційного автоматизованого керування, конкретно для крокового пересування секцій кріплення вугледобувних комбайнових і стругових комплексів в очисних лавах. Відомі численні технічні рішення для дистанційного керування роботою вугледобувних комплексів при виїмці вугілля з пластів вугілля різної і товщини в лавах з різними гірничогеологічними умовами. У книзі Ю.А. Коровкін, Механізоване кріплення очисних забоїв, Москва, Надра, 1990, були систематизовані питання створення і застосування різних конструктивних схем секцій механізованих кріплення сучасного технічного рівня, у тому числі і для можливого застосування в автоматизованих очисних забоях [1] (стр.366-370, 396-405). Проведені для оцінки відомого рівня техніки з проблеми, що вивчається, патентно-інформаційний пошук показав, що багато приватних питань були успішно вирішені і послужили основою для подальшого розвитку техніки. Наприклад, відомий пристрій для вимірювання величини висунення штока гідроциліндра в системах автоматичного управління рухом гірських машин, побудований на використанні явища магнітної індукції при взаємному переміщенні металевих деталей і кільцевого магніта, захищене авт. св. СРСР №1208229, Е21С 35/24, G01В 7/02 з датою подачі заявки від 24.07.1984р. По авт. св. СРСР №145560, Е21С 35/24, Е21Д 23/00 відомий спосіб управління переміщенням очисного комплексу з використанням гідродомкрату для пересування рештаков конвеєра, розвантаження секцій крепи, підтягання секцій до ґрат і розпорі секцій крепи. По авт. св. СРСР №1629531, Е21С 35/24 від 20.06.1968р. був заявлений спосіб визначення місцеположення очисного комбайна відносно стійок крепи шляхом підвищення точності ідентифікації перешкоди зі завальної сторони крепи, з використанням «МІКРО-ЕОМ», по трьох рівнях селекції часу переміщення і відстаней. По авт. св. СРСР №1638299 і №1712600, Е21С 35/24, виданими на ім'я Донецького науково-виробничого об'єднання по створенню і випуску засобів автоматизації гірських машин «Автоматгормаш», були заявлені пристрої автоматичного управління пересування секцій крепи вугледобувного комплексу КМ-87. По патенту РФ №2003799, Е21С 27/00; Е21Д 23/00 був заявлений вийомочний фронтальний агрегат, в якому зв'язок модулів між собою виконаний за допомогою бази, сполученої з підставою за допомогою домкратів пересування. За останні 20 років в світові лідери по розробці і виготовленню якісного устаткування для гірської техніки, зокрема, автоматизованих вугледобувних комплексів, заснованих на використанні сучасних інформаційних технологій, вийшов цілий ряд відомих інженерних і виробничих фірм Німеччини, об'єднаних в три могутні союзи: VDMA, DSK і GVSt. Відома німецька фірма DBT GmbH як постачальник комплексного гірничотехнічного устаткування, в т.ч. механізованих кріплень для шахт. Відомі різноманітні керівні системи і гідравлічне устаткування фірми DAMS GmbH, в т.ч. гідравлічне управління в компактному або роздільному виконанні з вбудованими зворотними клапанами, що гарантує автоматичне регулювання оптимального тиску в механізованому кріпленні - двох- і чотирьохстічної. Можливо виконання і з електричним управлінням 12V, 50mA. Як одне з найбільш ранніх основоположних комплексних рішень з даної проблеми слід вказати розробку німецької фірми «Херманн Хемшайдт Машиненфабрік ГМБХ унд Ко» з пріоритетом по заявці Німеччини від 30 травня 1991р. Суть технічного рішення можна процитувати по опису до патенту СРСР №2046187, Е21С 27/32, Е21С 41/18, виданому на ім'я цієї німецької фірми на «Спосіб виїмки вугільних пластів». Спосіб включає використання центрального комп'ютера для управління переміщенням струменів уздовж забійного конвеєра і здійснення очисного видобутку вугілля зі заданою глибиною різання. У міру переміщення струга забійний конвеєр подають на забій на задану глибину різання переміщенням поршнів гідроциліндрів пересування. При пересуванні забійного конвеєра проводять вимірювання величини ходу поршня кожного гідроциліндра пересування. По одержаному вимірювальному сигналу здійснюють управління подачею забійного конвеєра. Після переміщення поршня гідроциліндра пересування на величину, відповідну його сумарному ходу, з кріплення автоматично знімають розпір. Потім підтягають раму кріплення до конвеєра на максимальний сумарний хід поршня гідроциліндра пересування і розпирають її в крівлю і грунт. При управлінні подачею забійного конвеєра на забій здійснюють порівняння між собою сум часткових ходів гідроциліндрів пересування суміжних рам кріплення. При одночасному досягненні двома суміжними секціями кріплення максимального сумарного ходу їх гідроциліндрів пересування здійснюють перестановку кріплення послідовно один за одним і кріплення забою відповідно до наперед заданої черговості. Відомі і широко застосовуються в багатьох країнах світу апаратні засоби, що розробляються з 1982р. німецькою фірмою «MARCO Systemanalyse und Entwicklung GmbH». Фирмой MARCO розроблена електрогідравлічна система автоматизованого управління видобутком вугілля для комбайнових стругових лав, широко вживана в Німеччині, США, Китаї. В Інтернеті (див. Yandex) розміщено статтю: Ю.В. Турук, «До питання застосування електрогідравлічних систем управління механізованим кріпленням в очисних лавах», що стисло описує за станом на період до 19932000p.p. принципові технічні рішення: якісна надійна гідравліка, водонепроникний і вибухобезпечний комп'ютер «РМ 3.1» з вбудованими мікропроцесорами, точні надійні вибухобезпечні датчики і високодозвільні аналогоцифрові перетворювачі, засновані на сучасній електроніці і програмному забезпеченні. У 2003р. пройшла сертифікація за АТЕХ (автоматичне управління лавою) вдосконаленою версією приладу управління «РМ 3.2», а в 2004р. фірмою MARCO здійснена повна автоматизована система управління з гідравлікою [2]. Проспект фірми MARCO: Electro Hydraulics systems, software controllers sensors support, 2004. Також відомі розроблені фірмою MARCO датчики вимірювання шляху типу «SNS» в з'єднанні з кільцевим магнітом, що служать, зокрема, для визначення ходу поршня в гідроциліндрі. Датчики складаються з труби, виготовленої з високоякісної сталі, діаметром не більше 20мм, що дещо перевищує номінальну довжину ходу поршня або штока. Датчик розрахований по міцності на робочий тиск рідини 500 бар. У вказану трубу вмонтовані щільно упаковані ланцюги з герконних перемикачів і опорів, що забезпечують мінімальний дозвіл ходу поршня на довжині 4мм. Вимірювальні ланцюги активізуються спеціальним кільцевим магнітом при переміщенні штока. Завдяки високій міцності датчик вимірювання шляху придатний для різних застосувань, зокрема в гідроциліндрах високого тиску. Передбачений для використання у вибухонебезпечному газоповітряному середовищі вихід потенціометра, для вимірювання сигналу, напруги на вихід 0,5-4,5В, а також струмовий вихід 0,2-1mА. Типи з'єднання: 3-х жильний кабель діаметром 5мм і 2-х жильний кабель діаметром 4,2мм, або спеціальне штекерне з'єднання. Довжина кабелю залежно від вживаного типу герконних стрижнів вибирається в межах 2001100мм. Розроблені MARCO-номери позицій замовлення для герконних стрижнів з вказівкою типу вживаної труби, довжини в мм ходу поршня, детального визначення типу електроніки, довжини кабелю, типу штекера [2]. Відомі аналогічні системи автоматизованого управління для різних типів механізованого кріплення, що розроблені і поставляються замовникам іншою німецькою фірмою: Tiefenbach Control Systems GmbH, Tiefenbach Bergbautechnik GmbH. [3] (Проспект фірми Tiefenbach Bergbautechnik GmbH спільно з Tiefenbach Polska, погляд в майбутнє). Рекламується широкий діапазон пристроїв гідравліки і електроніки для усіх систем управління кріплення, що всіх зустрічаються в світі. Відомий цілий ряд варіантів конструктивного виконання гідродомкратів, що мають зазначені вище датчики вимірювання ходу штоку, в яких технічно складно виконання підводу робочої рідини до поршню. Для цього необхідно висвердлювати в міцному матеріалі штоку довгі отвори невеликого діаметру, що є складною і трудомісткою операцією. Відомі модифікації механізованих очисних комплексів МКД-90 конструкції Донецького інституту Донгіпроуглемаш, які до теперішнього часу знайшли широке застосування на шахтах Донецького вугільного басейну (Керівництво по експлуатації. Крепи механізовані 1 КД 90, 2 КД 90, 3 КД 90. Донгіпроуглемаш, м. Донецьк, відділ МПП. Документ 3 КД 90.00.00.000 РЭ) [4]. Креп механізована КД 90 призначена для механізації процесів підтримки і управління крівлею, пересування забійного конвеєра при відробітку пологих і полого-похилих пластів потужністю 0,8-2,0м, у складі очисного комплексу МКД 90 трьох типорозмірів. Креп складається з 4-х однотипних стоїчних секцій, що мають шарнірний зв'язок з призабойним конвеєром, який здійснює силовий зв'язок між секціями крепи при їх пересуванні з опорою на сусідні секції. Кожна секція виконує функції забійної і посадочної крепи. Секції пересуваються вслід за проходом комбайна послідовно одна за одною з активним підпором крівлі. Для забезпечення роботи крепи в умовах слабкого грунту секції крепи оснащені гідропатроном для підйому підстави при пересуванні. Пересування конвеєра здійснюється тими ж гідродомкратами, що і пересування секцій по «хвилевій» схемі або з пульта управління на штреку при «фронтальній» схемі. У центральному каналі підстави розташований механізм переміщення секції і конвеєра, що складається з гідродомкрату, рам і сережок. Конструкція механізму переміщення дозволяє проводити підтягання секції крепи поршневою порожниною гідродомкрату, тобто великим зусиллям, а пересування конвеєра - штоковою порожниною. Зусилля при пересуванні секції - 390кН, при пересуванні конвеєра - 230кН. Конструктивне виконання гідродомкратів пересування секцій механізованого кріплення різних вугледобувних комплексів практично ідентичні і можуть бути розглянуті на прикладі гідродомкрату крепи КД 90. Гідродомкрат пересування секцій кріплення КД-90 включає шток і циліндр, виконаний у вигляді зовнішньої товстостінної циліндрової труби з легованої сталі, до одного кінця якої приварена головка з глухим дном і з отвором на кінці для приєднання гідродомкрату до рами секції крепи. Уздовж осі вказаної труби встановлений з можливістю зворотнопоступального переміщення в осьовому напрямі на необхідній довжині ходу шток, також виконаний з товстостінної труби меншого діаметру, зовнішня поверхня якої хромована для захисту її від корозії. Торець труби штока з одного кінця виконаний з глухим дном, що входить в контакт з глухим дном зовнішньої труби циліндра, по центру якого вварено один кінець трубки для подачі робочої рідини в поршневу порожнину. До вільного кінця труби штока приварено передню головку, що забезпечена на кінці отвором для приєднання штока гідродомкрату до секції крівлі. Поршнева порожнина гідродомкрату утворена порожниною між внутрішньою поверхнею зовнішньої циліндрової труби і зовнішньою поверхнею труби штока. На поверхні вказаної головки по колу розміщені в отворах два штуцери підведення робочої рідини через виконані в торці вказаної головки отвори відповідно в штокову і поршневу порожнини. Живлення робочою рідиною штокової порожнини гідродомкрату проводиться через отвір в стінці труби штока. Живлення робочою рідиною поршневої порожнини гідродомкрату проводиться через вказану трубку, вваренную іншим кінцем в отвір в торці передньої головки. У глухого кінця труби штока за допомогою стопорного кільця і цілого ряду підкладних і захисних кілець встановлений поршень з герметизуючою манжетою, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею труби циліндра. У відкритого кінця труби циліндра за допомогою пружинного кільця закріплено грундбуксу, що несе за допомогою підкладних кілець, ущільнювачів, герметизуючу манжету з чистильником, що взаємодіють із зовнішньою хромованою поверхнею труби штока. Для корисної моделі, що заявляється, вказане вище технічне рішення гідродомкрату пересування секцій для механізованого кріплення КД-90 вибране як прототип по збігу як функціонального призначення, так і цілого ряду істотних конструктивних ознак. До недоліків відомого гідродомкрату пересування секцій кріплення слід віднести наступне. По-перше, не існує вітчизняної конструкції гідродомкрату пересування секцій шахтного кріплення з вимірюванням кроку пересування при використанні сучасних технічних засобів вимірювання. По-друге підведення робочого середовища високого тиску в поршневу порожнину здійснюється через довгу трубку діаметром 20мм, що до того ж постійно знаходиться в штоковій порожнині в робочій рідині - водно-дисперсної емульсії. В процесі ремонту пошкоджених при експлуатації кріплення як частий дефект відмічений факт корозіювання зовнішньої поверхні згаданої трубки. Також має місце факт корозіювання зовнішньої поверхні штока на певних ділянках його довжини і внутрішньої поверхні труби циліндра. Це приводить до передчасного пошкодження ущільнюючих манжет і втрати герметичності ущільнення. Загальними ознаками прототипу і корисної моделі, що заявляється, є: - гідродомкрат для крокового пересування секцій шахтної крепи, що містить - циліндр у вигляді зовнішньої товстостінної труби з легованої сталі, до одного кінця якої приварена головка з глухим дном, забезпечена на кінці отвором для приєднання гідродомкрату до рами секції крепи; - закріплену на вільному кінці згаданої труби грундбуксу з чистильником і герметизуючою манжетою, що взаємодіють зі зовнішньою поверхнею штока; - шток, виконаний у вигляді товстостінної труби меншого діаметру також з легованої сталі встановлений за допомогою герметизуючих ущільнень уздовж осі циліндра з можливістю зворотно-поступального переміщення в осьовому напрямі на вибраній довжині ходу; - приварену до вільного кінця вказаної труби штока передню головку з отвором під кріплення на вільному кінці, в корпусі якої виконані по колу радіальні отвори з привареними бонками для установки штуцерів підводу робочого рідкого середовища і осьові отвори для роздільної подачі її відповідно в штокову і поршневу порожнини, які сполучені між собою отвором в стінці труби штоку; - закріплений на протилежному кінці вказаної труби до її зовнішньої поверхні поршень з герметизуючою манжетою, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею труби циліндра. У основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення гідродомкрату пересування секцій шахтної крепи шляхом модифікації його конструкції з виключенням довгої трубки подачі робочої рідини в поршневу порожнину, усуненням виявлених в процесі експлуатації недоліків в інших елементах для вбудовування сучасного датчика вимірювання ходу штока. Це дозволить забезпечити вищий рівень автоматизації процесу управління пересуванням секцій шахтної крепи, підвищити міцність штока і експлуатаційну надійність гідродомкрату. Використання запропонованої модифікації конструкції дозволить також одержати економічну вигоду при відновному ремонті вказаних гідродомкратів. Поставлене завдання розв'язується тим, що гідродомкрат пересування секцій шахтної крепи, що містить циліндр у вигляді товстостінної труби з легованої сталі, до одного кінця якої приварена головка з глухим дном, забезпечена на кінці отвором для приєднання гідродомкрату до рами секції крепи, закріплену до вільного кінця труби грундбуксу з чистильником і герметизуючою манжетою, що взаємодіє із зовнішньою поверхнею штока, шток, виконаний у вигляді товстостінної труби меншого діаметру також з легованої сталі, встановлений за допомогою герметизуючих ущільнень уздовж осі циліндра з можливістю зворотно-поступального переміщення в осьовому напрямі на вибраній довжині ходу, приварену до вільного кінця вказаної труби штока передню головку з отвором під кріплення на вільному кінці, в корпусі якої виконані по колу радіальні отвори з привареними бонками для установки штуцерів підводу робочого рідкого середовища і осьові отвори для роздільної подачі її відповідно в штокову і поршневу порожнини, які сполучені між собою отвором в стінці труби штока; закріплений на протилежному кінці вказаної труби до її зовнішньої поверхні поршень з герметизуючою манжетою, що взаємодіє з внутрішньою поверхнею труби циліндра, згідно корисної моделі, він забезпечений встановленим уздовж подовжньої осі штока засобом для безпечного в умовах шахти вимірювання довжини ходу штока і з виведенням вимірювальної інформації назовні, наприклад, по типу в щільно упакованих в міцну захисну трубку, необхідної довжини чутливих елементів з безконтактною активізацією їх на основі явища магнітної індукції при взаємному переміщенні вказаної трубки, пов'язаної з рухом штока, щодо нерухомо встановленого в заданому місці кільцевого магніта, для чого внутрішній об'єм труби штока розділений на дві частини співосно встановленою додатковою трубою, жорстко закріпленої переднім кінцем на торці передньої головки, а іншим кінцем привареної до внутрішньої поверхні труби штока, з формуванням в першій частині вільного центрального об'єму уздовж осі штока для розміщення вказаного засобу вимірювання, сформуванням в другій частині кільцевого зазора між внутрішньою поверхнею труби штока і зовнішньою поверхнею труби. Конкретною відмінністю корисної моделі, що заявляється, є те, що як засіб для безпечного в умовах шахти вимірювання довжини ходу штока, використані датчики типу «SNS» вимірювання ходу штока німецької фірми MARCO, виконані у вигляді трубки необхідної довжини і діаметром не більше 20мм з міцної сталі, в порожнині якої щільно упаковані чутливі елементи з герконів і опорів, трубка герметично встановлена уздовж осі штока в різьбовому отворі в торці передньої головки з виведеним назовні сполучного кабелю через вказаний отвір з підключенням до контактного роз'єму розміщеному на зовнішній поверхні головки в проміжку між привареними бонками над радіальними отворами під штуцера підведення робочої рідини в штокову і поршневу порожнині, іншим вільним кінцем вказана трубка датчика центрована з можливістю осьового закріплення в кільцевому магніті, розміщеному співосно на торці стрічної трубки, нерухомо закріпленої іншим кінцем в центрі глухого торця головки циліндра. Іншою конкретною відмінністю є те, що вихід осьового отвору підведення робочої рідини для переміщення штока, виконаного в торці головки, приєднаної до кільцевого зазора, а другого осьового отвору підведення робочої рідини для переміщення поршня до центрального вільного об'єму. Причинно-наслідковий зв'язок між відмітними ознаками і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Вживана конструкція розміщення датчика тиску в співосній трубі забезпечує його хорошу центровку щодо подовжньої осі штока з мінімальним відхиленням від осі, наприклад, не більше 0,5мм на всій довжині, що підвищує точність вимірювань. Виключена довга трубка підведення робочої рідини для переміщення поршня. Введення в центральному об'ємі додаткової труби, герметично привареної по обох кінцях, зміцнює шток і його подовжню стійкість, а також дозволяє використовувати кільцевий зазор, що утворився для підведення робочої рідини. Розміщення на поверхні передньої головки між двома штуцерами підведення робочої рідини контактного роз'єму для виведення сполучного кабелю від датчика вимірювання забезпечує його додатковий захист від можливого пошкодження. Конструкція гідродомкрату, що заявляється, для крокового пересування секцій шахтного кріплення, дає можливість прямого використання для її виготовлення майже всіх елементів від гідродомкратів КД-90, за винятком передньої головки, що знов виготовляється, і закріплення кінців додаткової труби за допомогою щадного електрозварювання в середовищі захисних газів. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг.1 показаний граничний розріз гідродомкрату, де: 1 - труба циліндра; 2 - головка з отвором і глухим дном; 3 - грундбукса з манжетою 4; 5 - труба штока; 6 передня голівка з отвором під кріплення, радіальними і осьовими отворами з привареними бонками 7 під штуцера подачі робочої рідини і контактний роз'єм 8; 9 - поршень з герметизуючою манжетою і ущільнюючими елементами; 10 - труба датчика тиску із сполучними і ущільнюючими елементами, з чутливими елементами 11, щільно упакованими по довжині труби; 12 - розділова додаткова труба, приварена по кінцях; 13 - центруюча труба, нерухомо закріплена до глухого торця, забезпечена кінцевим манжетом на вільному торці; 14 - кільцевий манжет, встановлений нерухомо на заданій відстані, в початковому стані. Гідродомкрат містить трубу 1 зовнішнього циліндра, з привареною до її торця головкою з отвором для кріплення, у вільного кінця труби циліндра закріплена грундбукса 3 з чистильником і герметизуючою манжетою 4. Уздовж осі циліндра за допомогою ущільнюючих елементів рухомо розміщена зовнішня труба 5 штока з привареною по її вільному торцю передньою головкою 6, на поверхні якої розміщені приварені радіально по колу дві бонки 7 під штуцера введення робочої рідини високого тиску і кріплення під контактний роз'єм 8 для виведення вимірювального кабелю від датчика тиску. У корпусі передньої головки виконані уздовж осі два отвори для підведення робочої рідини у відповідні порожнини і центральний отвір з різьбленням для установки комплекту датчика тиску. На протилежному глухому кінці труби 5 штока закріплений поршень 9 з герметизуючою манжетою і ущільненнями. У трубі 10 датчика тиску щільно упаковані чутливі елементи 11. Труба 10 встановлена уздовж осі штока в центральному об'ємі, утвореному додатковою трубою 12, закріпленої одним кінцем до торця передньої головки, і іншим кінцем за допомогою електрозварювання до кінця труби 5 штока. За допомогою центральної труби 13, нерухомо закріпленої до глухого торця головки 2 точно уздовж подовжньої осі встановлений співісний трубі датчика 10 кільцевий магніт 14. Гідродомкрат пересування секцій шахтного кріплення працює таким чином. У початковому стані взаємне розташування штока поз. 5, 6 щодо зовнішнього циліндра 1 показане на кресленні Фіг.1. Кільцевий магніт щодо чутливих елементів датчика тиску знаходиться в нульовому положенні. При подачі тиску робочої рідини в один з штуцерів, позначений буквою Ш, і далі через осьовий отвір в передній головці 6 в кільцевий зазор між поверхнями труб 5 і 12 робоча рідина поступає через отвір в стінці труби штока 5 в порожнину циліндра між грундбуксою 3 і поршнем 9 і відбувається висунення штока, унаслідок переміщення якого кільцевий магніт 14 наводить магнітну індукцію в чутливих елементах 11, електричний сигнал від яких по сполучному кабелю і контактний роз'єм 8 поступає на обчислювальний пристрій, що управляє, для подальшого проведення відповідних операцій. Чутливість елементів датчиків ходу штока німецької фірми MARCO дорівнює 4мм. Номінальна довжина ходу штока складає 690мм. Крок висунення штока гідродомкрату також управляється комп'ютером. При висуненні штока відбувається переміщення конвеєра. У такій позиції при подачі тиску робочої рідини в штуцер, позначений буквою П, і далі в центральний об'єм, в якому розміщений датчик тиску, робоча рідина поступає через зазор між внутрішньою поверхнею розділової труби 12 і зовнішньою поверхнею центральної труби 13 до глухого торця і впливає на поршень 9 великим тиском, переміщуючи трубу 1 циліндра і підтягаючи секцію крепи, закріплену до отвору в головці 2, на нову позицію. На підставі представлених даних можна констатувати, що корисна модель, що заявляється, відповідає нормативним вимогам по новизні, винахідницькому рівню і промисловій придатності.