Регулюючий клапан для системи керування щитовим кріпленням

Реферат: Винахід належить до керування щитовим кріпленням при підземних гірничих роботах, при якому секцію щитового кріплення за допомогою принаймні одного передбаченого в зоні щитового верхняка щілинного циліндра та принаймні одного передбаченого в зоні опори щита штовхального циліндра відштовхують від сусідньої секції щитового кріплення. При цьому можливе перекидання щитів надмірною силою циліндрів. Для обмеження і зменшення тиску у циліндрах передбачено регулюючий клапан для системи керування щитовим кріпленням. Він має корпус (10) клапана зі входом (11) для високого тиску (Р), виходом (14) у рециркуляційний контур (R) та виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А). У корпусі (10) клапана встановлений навантажуваний регульованою силою стисненої пружини (17) мірний поршень (20) з пропускним каналом (24') між виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А) та виходом (14) у рециркуляційний контур (R). Між входом (11) для високого тиску (Р) та виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А) у корпусі (10) виконано пропускний канал (39). Пропускний канал (24') мірного поршня (20) має сідло (28), а пропускний канал (39) має сідло (38). Рухома в осьовому напрямку голка (32) клапана розміщена співвісно з поршнем (20) і каналами (24'), (39). Вона має дві тарілки (30, 40), що пасують до сідел (28, 38) відповідно, причому осьова відстань між сідлами (38, 28) у безтисковому стані клапанів менша за осьову відстань між відповідними тарілками (40, 30) на голці (32) клапана. Мірний поршень навантажують регульованою силою пружини і вибирають величину максимального тиску, при якому мірний поршень відкривається і обмежує гідравлічний тиск. Винахід запобігає UA 101865 C2 (12) UA 101865 C2 перевищенню тиску у циліндрах і перекиданню щитів при видобутку корисних копалин на розташованих під нахилом пластах. UA 101865 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до керування щитовим кріпленням при підземних гірничих роботах, при якому секцію щитового кріплення під час виймання за допомогою принаймні одного передбаченого в зоні щитового верхняка щілинного циліндра та принаймні одного передбаченого в зоні опори щита штовхаючого циліндра відштовхують від сусідньої секції щитового кріплення. При цьому щілинний циліндр може бути передбачений під перекриттям щілини, яке запобігає можливому обваленню вільної покрівлі між окремими щитами або секціями щитового кріплення. Одночасно такий щілинний циліндр є опорою верхняка для сусіднього щита. Нині щілинний циліндр та штовхаючий циліндр (Pusher) навантажують вільним тиском за допомогою клапанів перемикання. Задача винаходу полягає у створенні керування щитовим кріпленням при підземних гірничих роботах, за допомогою якого при видобутку на розташованих під нахилом пластах можна з невеликими витратами досягти підвищеної надійності проти перекидання. Згідно з винаходом задача розв'язується за допомогою регулюючого клапана, який має корпус з входом для високого тиску, виходом у рециркуляційний контур та виходом для зниженого гідравлічного тиску. При цьому в корпусі клапана передбачено мірний поршень, який навантажується регульованою силою пружини і має здатний до закривання голкою клапана пропускний канал між виходом для зниженого гідравлічного тиску та виходом в рециркуляційний контур. За допомогою мірного поршня, навантажуваного регульованою силою пружини, можна вибирати бажану величину максимального тиску, починаючи з якої мірний поршень відкривається назустріч силі пружини, щоб обмежити гідравлічний тиск, який досягає виходу для зниженого гідравлічного тиску. Клапан, згідно з винаходом, може бути під'єднаний до наявного в очисному забої трубопроводу високого тиску та відповідного зворотного трубопроводу, причому на виході для зниженого гідравлічного тиску існує гідравлічний тиск, котрий не перевищує заданого значення, тобто зниженого максимального тиску. Встановити бажане значення зниженого максимального тиску можна простим чином шляхом менш чи більш глибокого вгвинчування у корпус клапана пружини, яка тисне на мірний поршень. Доцільні форми виконання винаходу наведені у описі, кресленнях та в додаткових пунктах формули. Згідно з однією формою винаходу може бути вигідно, щоб відповідна додаткова пружина відтискала голку клапана в напрямку мірного поршня, оскільки у цьому випадку пропускний канал між виходом для зниженого гідравлічного тиску та виходом у рециркуляційний контур є закритим у безтисковому стані. Далі може бути доцільним передбачити у корпусі клапана пропускний канал між входом високого тиску та виходом для зниженого гідравлічного тиску, і цей пропускний канал може закриватися голкою клапана. Таким чином голка клапана може блокувати подальше надходження гідравлічної рідини, що знаходиться під високим тиском, причому саме тоді, коли тиск, що виникає на виході зниженого гідравлічного тиску, досягає заданого максимального значення або перевищує його. Якщо тиск на виході зниженого гідравлічного тиску під впливом діючих на щит зовнішніх сил зростає небажаним чином, мірний поршень відтискається від голки клапана всупереч заданій силі пружини, так що гідравлічна рідина може витікати крізь пропускний канал між виходом для зниженого гідравлічного тиску та виходом у рециркуляційний контур, потрапляючи у рециркуляційний контур. Надійний режим роботи може бути доцільним, якщо пружина притискає мірний поршень у безтисковому стані до жорстко з'єднаного з корпусом упору. Крім того, може бути доцільним передбачити другий упор, який обмежує рух мірного поршня назустріч силі пружини, оскільки у цьому випадку можна забезпечити, що навіть при сильних ударах тиску з'єднання з рециркуляційним контуром залишається відкритим, а всі частини клапана після удару тиску залишаються у потрібному положенні. За іншою формою виконання винаходу принаймні один упор, на який спирається мірний поршень, може мати упорну поверхню сферичної форми, яка взаємодіє зі сферичною спряженою поверхнею. Таким чином можна компенсувати перекидання, що спричинені пружиною, яка не створює точно спрямованої аксіальної сили. З тієї самої причини може бути вигідно здійснювати з'єднання пружини з мірним поршнем через сферичну поверхню. Для цього, наприклад, можна передбачити тарілчасту пружину, яка зокрема взаємодіє зі сферичною поверхнею мірного поршня. При цьому тарілчаста пружина може бути виконана таким чином, щоб контакт між тарілчастою пружиною та мірним поршнем відбувався вздовж сферичної поверхні або за умови приблизно лінійного контакту. Далі винахід пояснюється суто на прикладах доцільних форм виконання та з використанням доданих креслень. Вони зображують: 1 UA 101865 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 1 - Регулюючий клапан у перерізі; Фіг. 2 - Частина перерізу за фіг. 1 у збільшеному вигляді; Фіг. 3 - Гідравлічна схема з трьома щілинними циліндрами та одним штовхаючим циліндром; Фіг. 4 - Гідравлічна схема іншої форми виконання з автоматичним керуванням регулюючими клапанами. Фіг. 1 зображує у перерізі регулюючий клапан, що складається із корпусу 10 клапана зі входом 11 для високого тиску Р, виходом 14 у рециркуляційний контур R та з виходом 12 для зниженого гідравлічного тиску А. При цьому вхід 11 під'єднано до наявного у лаві трубопроводу з високим тиском Р, а вихід 14 під'єднано до відповідного зворотного трубопроводу R. Вихід 12 для зниженого гідравлічного тиску А може бути під'єднаним до щілинного циліндра або до штовхаючого циліндра. Як видно із фіг. 1 та 2, у центральний отвір корпусу 10 клапана вгвинчено з ущільнювальними кільцями корпус 16, котрий містить гвинтову пружину 17, вільний кінець якої тисне на фланець 18 мірного поршня 20, причому фланець 18 у зображеному безтисковому стані прилягає до дна гвинтової вставки 22. Гвинтова вставка 22 має ступінчастий поперечник і вгвинчена з ущільненням у аксіальний отвір корпусу 10 клапана. Всередині гвинтової вставки 22 передбачено центральний отвір, у який з ущільненням встановлюють мірний поршень 20. Мірний поршень 20 ходить ущільнено всередині гвинтової вставки 22 і має глухий центральний отвір 24, що утворює пропускний канал 24' між виходом 12 для зниженого гідравлічного тиску А та виходом 14 у рециркуляційний контур R. На правому (на кресленні) кінці глухого отвору 24 виготовлено перехресний з ним поперечний отвір 26, який з'єднує отвір 24 з виходом 14. Пропускний канал 24' у мірному поршні 20 в зоні сідла 28 клапана закривається тарілкою 30 голки 32 клапана, причому голка 32 клапана відтискається пружиною 34 у напрямку мірного поршня 20 або у напрямку сідла клапана 28. Пружина 34 розміщена в глухому отворі іншої гвинтової вставки 36, вгвинченої у корпус 10 клапана. У цьому глухому отворі переміщується також лівий (на кресленнях) кінець голки 32 клапана. У корпусі 10 клапана, точніше кажучи у правому (на кресленнях) кінці гвинтової вставки 36 встановлено інше сідло клапана 38, за допомогою якого може перекриватися пропускний канал 39 між входом 11 для високого тиску Р та виходом 12 для зниженого гідравлічного тиску А. Для перекривання служить інша конічна тарілка 40 клапана, виконана на голці 32 клапана. Як зокрема показує фіг. 2, аксіальна відстань між сідлом 38 клапана, розміщеним у пропускному каналі 39 корпусу 10 клапана, та сідлом 28 клапана, розміщеним у пропускному каналі 24' мірного поршня 20, у зображеному безтисковому стані є меншою за аксіальну відстань між відповідними тарілками 40 та 30 на голці 32 клапана. Таким чином у безтисковому стані забезпечується, що тарілка 40 клапана не прилягає до сідла клапана 38, в результаті чого має місце прохід потоку від входу для високого тиску Р до приєднувача 12 для зниженого гідравлічного тиску А. Одночасно у цьому стані пропускний канал 24' закривається тарілкою 30, що прилягає до сідла 28 клапана. Вихідний тиск, що виникає на приєднувачі 12 для зниженого гідравлічного тиску А, при вільному тискові Р близько 300 бар може регулюватися у дуже широкому діапазоні від приблизно 15 бар до приблизно 250 бар шляхом вгвинчування корпусу 16 пружини 17 у корпус клапана більш або менш глибоко. Таким чином можна змінювати силу, з якою пружина 17 притискається до мірного поршня 20. При звичайному режимі роботи зображений клапан отримує високий тиск Р через приєднувач 11, а гідравлічна рідина прямує спочатку через пропускний канал 39 в сідлі 38 клапана до виходу 12 для зниженого гідравлічного тиску А. Цей тиск одночасно тисне на мірний поршень 20, утримуваний у своєму положенні пружиною 17. Коли утворений тиск досягає значення, яке відповідає заданій силі натягу пружини, мірний поршень 20 зсувається вправо (за фіг. 2), причому одночасно голка 32 клапана під впливом сили пружини 34 рухається вправо, доки тарілка 40 клапана не приляже до сідла клапана 38, закриваючи пропускний канал 39. У цьому стані сполучення між Р та А блокується, і до приєднувача 12 надходить встановлений максимальний тиск, який є зниженим порівняно з вільним тиском Р. Однак коли тиск на приєднувачі 12 продовжує зростати під впливом зовнішніх сил, мірний поршень 20 проти дії сили пружини 17 відсувається праворуч, внаслідок чого мірний поршень 20 в ділянці сідла 28 клапана підіймається від тарілки 30 клапана, і сполучення із рециркуляційним контуром R відкривається, завдяки чому гідравлічна рідина може витікати, а тиск знову знижується до попередньо встановленого рівня. Шляхом застосування описаних вище регулюючих клапанів можна навантажувати щілинний циліндр та штовхаючий циліндр зниженим максимальним тиском, причому цей знижений 2 UA 101865 C2 5 10 15 20 25 30 максимальний тиск надходить крізь регулюючий клапан від трубопроводу високого тиску Р. Шляхом застосування двох окремих регулюючих клапанів можна встановлювати максимальний тиск для кожного циліндра окремо. Фіг. 3 зображує гідравлічну схему, за якою застосовується вищеописаний регулюючий клапан для щілинних циліндрів S та одного штовхаючого циліндра Z. Поршневі камери циліндрів з'єднані з одним із регулюючих клапанів через приєднувач А для зниженого максимального тиску. Тороїдальні камери кожного циліндра з'єднані з рециркуляційним контуром R. У рециркуляційній трубі регулюючого клапана для штовхаючого циліндра Z встановлено зворотний клапан 50, який розділяє функції обох регулюючих клапанів. Клапани, зображені в блоці 60, являють собою різні управляючі клапани, наприклад, для стояка, відкидного ковпака та інших елементів секції кріплення. Крім того, за допомогою двох зображених клапанів високим тиском забезпечуються регулюючі клапани 52 та 54. Зображена на фіг. 4 схема знову показує два регулюючі клапани 52 та 54, регульовані гідравлічним способом. При такій формі виконання функція спрацьовування штовхаючого циліндра Z та щілинних циліндрів S автоматично вмикається внаслідок вибійки щитового кріплення і знову вимикається внаслідок встановлення кріплення. Якщо висовуються обидва стояки 56 та 58, приєднувач поршневих камер циліндрів стояків 56 та 58 за допомогою розміщених у блоці 60 клапанів сполучається, як зображено, з рецикуляційним контуром, вмикаючи 2/2-ходовий клапан 62, ввімкнутий перед регулюючими клапанами, і з'єднуючи приєднувач 11 для високого тиску на регулюючих клапанах 52 та 54 з трубопроводом високого тиску Р. Якщо навпаки, обидва стояки 56 та 58 знову опускаються, поршневі камери циліндрів стояків навантажуються високим тиском, внаслідок чого клапан 62 блокується, відокремлюючи регулюючі клапани 52 та 54 від подачі високого тиску. Вищеописані регулюючі клапани мають на зовнішньому діаметрі гвинтового корпусу 16 шкалу, яка відображає встановлений тиск. З урахуванням падіння пласта, тобто нахилу, а також товщини пласта, ваги секцій щитового кріплення, їх центру ваги, а також площі циліндрів перекриття щілини можна вирахувати тиск, за допомогою якого перекриття щілини чи щілинний циліндр (циліндри) мають спиратися на сусідній щит. Крім того, можна вирахувати відхилення щита на схилі, звідси обчислити опорну силу покриття щілини, а на основі решти необхідної сили та площі штовхаючого циліндра вирахувати тиск, необхідний для того, щоб запобігти сповзанню основи щита. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Регулюючий клапан для системи керування щитовим кріпленням при підземних гірничих роботах, що містить корпус (10) клапана зі входом (11) для високого тиску (Р), виходом (14) у рециркуляційний контур (R) та виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А), який відрізняється тим, що містить встановлений у корпусі (10) клапана навантажуваний регульованою силою стисненої пружини (17) мірний поршень (20), який має пропускний канал (24') між виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А) та виходом (14) у рециркуляційний контур (R), а також тим, що у корпусі (10) між входом (11) для високого тиску (Р) та виходом (12) для зниженого гідравлічного тиску (А) виконано пропускний канал (39), причому пропускний канал (24') мірного поршня (20) має сідло (28), а пропускний канал (39) має сідло (38), а також тим, що містить розміщену коаксіально з поршнем (20) і каналами (24'), (39) рухому в аксіальному напрямку голку (32) клапана, яка має дві тарілки (30, 40), узгоджені з посадковими розмірами сідел (28, 38) відповідно, причому аксіальна відстань між сідлами (38, 28) у безтисковому стані клапана менша, ніж аксіальна відстань між відповідними тарілками (40, 30) на голці (32) клапана. 2. Регулюючий клапан за п. 1, який відрізняється тим, що містить додаткову стиснуту пружину (34), що діє на голку (32) клапана в напрямку мірного поршня (20). 3. Регулюючий клапан за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що мірний поршень (20) встановлений з можливістю притискання пружиною (17) у безтисковому стані до упора. 4. Регулюючий клапан за п. 3, який відрізняється тим, що містить другий упор, який обмежує рух мірного поршня (20) назустріч силі пружини. 5. Регулюючий клапан за п. 3 або 4, який відрізняється тим, що принаймні один упор має сферичну робочу поверхню, яка взаємодіє зі сферичною спряженою поверхнею. 6. Регулюючий клапан за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що з'єднання пружини (17) з мірним поршнем (20) здійснене за допомогою сферичної поверхні. 3 UA 101865 C2 4 UA 101865 C2 5 UA 101865 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6