CS241518B2 - Hydraulic cylinder especially mining raker with combined function - Google Patents

Description

Vynález se týká hydraulického válce s kombinovanou funkcí, zejména důlní vzpěry pro pružné zachycení statických a/nebo dynamických sil, zejména náhlých nárazových zatížení.

Hydraulický válec podle vynálezu sestává z vnějšího válce, alespoň jednoho vnitřního válce nacházejícího se uvnitř, dále z ventilového systému a v případě potřeby z jednoho nebo více ventilů reagujících na důlní rány a/nebo bezpečnostních ventilů. Podstata řešení spočívá v tom, že mezi vnějším válcem (11) a vnitřním válcem (12) je vytvořen hydraulický tlakový prostor (13), k tomuto prostoru je připojen plynový prostor (14) a v hydraulickém tlakovém prostoru (13) je dále vytvořen dutý nástvec (17), který zapadá do vnitřního válce (12).

V porovnání s běžnými řešeními, má hydraulický válec podle vynálezu při týchž rozměrech mnohem větší schopnost akumulace nárazové energie, nebo při stejné nosnosti se dosáhne jak u hydraulického válce tak i u výztuže, která je jím vybavena, snížení rozměrů a tíhy.

Obr. 1 Obr. 2

Vynález se týká hydraulického válce s kombinovanou funkcí, to znamená hydraulického . válce přenášejícího pneumatické zatížení, zejména důlní vzpěry na zachycení, výhodně pružné zachycení, statických a/nebo dynamických zatěžujících sil, zejména náhlých nárazových zatížení, které vzniká následkem vzniklého a rychle působícího nárazu horniny a představuje silové účinky, překračující většinou zatížení za běžných okolností.

Jeden z nejdůležitějších úkolů hydraulické důlní vzpěry spočívá v tom, že zachycuje statická a/nebo dynamická zatížení způsobovaná horninou, v posledním případě výhodně pružnou akumulací energie. Je všeobecně známo, že čím je větší schopnost akumulace energie až do stavu dosažení tlaku, který vede ke zdemolování, tím větší dynamická zatížení se mohou vyskytovat.

K řešení této úlohy jsou známá četná řešení, která berou v úvahu zejména okolnosti rázu horniny.

Skupina řešení, která se zakládá výhradně na hydraulickém systému, zajišťuje konvergenci důlní vzpěry v požadované míře, eventuálně zachycení vyskytujících se nárazových zátěžných sil všeobecně překračujících statický tlak, mechanickými a hydraulickými prostředky, . eventuálně výhradním použitím hydraulických přídavných zařízení.

Tato přídavná zařízení jsou takzvané ventily reagující na důlní rány.

Důlní vzpěra opatřená mechanicko-hydraulickým ventilem reagujícím na důlní rány je popsána například v patentových spisech SSSR číslo 571 610 a v německém DAS číslo 21 30 472. Důlní vzpěra popsaná v německém patentovém spise disponuje výhradně hydraulicky činným ventilem reagujícím na důlní rány.

Všeobecně spočívá nedostatek u těchto řešení v tom, že připojení ventilu reagujícího na důlní rány k hydraulickému tlakovému prostoru vykazuje velmi malý příčný průřez, čímž není ventil reagující na důlní rány schopen v důsledku setrvačnosti tlakového prostoru a ventilu zabránit při rychlém náběhu zatížení škodlivému přetlaku a přetížení, které z něho vyplývá. K tomu lze ještě připočíst, že ventil reagující na důlní rány umožňuje jen nepružnou nebo pouze omezeně pružnou konvergenci.

Je rovněž známo řešení, u něhož je pružná konvergence zvýšena použitím vnitřního válce naplněného kapalinou otevřeného ve směru vnějšího válce, což je ' popsáno například v německém patentovém spise č. 26 36 791. V tomto případě zajišťuje pružná stlačitelnost většiny kapaliny — následkem otevřeného vnitřního válce — potřebnou schopnost akumulace energie a současně prodlužuje dobu náběhu tlaku.

Pružná konvergence, kterou lze tímto způsobem dosáhnout, schopnost pohlcení a prodloužené trvání náběhu tlaku jsou přížnivější. Nedostatek však spočívá v tom, že pružnost důlní vzpěry je závislá na poloze vnitřního válce. V uzavřené poloze je důlní vzpěra tužší a také pružná konvergence je nižší. Při nárazovém zatížení, které se projevuje rychle, je . trvání náběhu tlaku pro zajištění funkce ventilu reagujícího na důlní rány všeobecně příliš krátké.

Ve francouzské patentové přihlášce číslo 75 04 902 je popsáno řešení, u něhož je v hlavě pístu vnitřního válce vytvořen plynový akumulátor s membránou. Vnitřní stěna membrány ohraničuje plynovou komoru, zatímco vnější stěna komunikuje přes vrtání vytvořené na konci vnitřního válce s hydraulickým tlakovým prostorem důlní vzpěry.

Vytčeným cílem tohoto řešení bylo utlumit tlakové vlny, které vznikají · při náhlém nárazovém zatížení, eventuálně zajistit potřebnou dobu na otevření obvyklého bezpečnostního ventilu.

Naproti tomu velký odpor málo dimenzovaného otvoru omezuje značně a negativně vtok plynového akumulátoru tlakového vyrovnání a absorpce energie. Když by se ale mělo komunikující vrtání rozšířit, byla by membrána již při zvýšení předpětí o 50 MPa poškozena při atmosférickém tlaku hydraulického okruhu. Rovněž zvětšení objemu prostoru plynového akumulátoru se nezdá být vhodné, jelikož právě odpor vrtání určuje okolnosti zachycení zatížení. Výsledkem je, že důlní vzpěra je schopna absorbovat v omezené míře jen poměrně malou dynamickou energii, a to za předpokladu, že tlak, který se vytváří v hydraulickém prostoru důlní vzpěry, nepřekročí přípustnou hodnotu. Důlní vzpěra současně vykazuje měkkou charakteristiku, takže je nebezpečí větší v tom, že vnitřní válec kovově dosedne na dno vnějšího válce, a to zejména tehdy, jestliže . náraz zapůsobí v přibližně uzavřené poloze.

Stanoveným cílem vynálezu bylo odstranit zmíněné nepříznivé charakteristiky obvyklých řešení, to znamená vyvinout hydraulický válec s kombinovanou funkcí, který je při stejných rozměrech schopen akumulovat . nárazovou energii, která překračuje obvyklé zatížení, vykazuje pružnou konvergenci v požadované míře, náběhová perioda zatížení — rovněž za kritických poměrů — je dostatečně dlouhá a současně zamezuje silovému kovovému dosednutí, nebo tento proces alespoň významně tlumí nebo zpomaluje.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje a vytčený cíl řeší hydraulický válec, zejména důlní vzpěra s kombinovanou funkcí, který sestává z vnějšího válce, alespoň jednoho vnitřního válce, který se nachází ve vnějším válci, dále z ventilového systému a v případě potřeby z ventilu nebo ventilů reagujících na důlní rány jiných ventilů, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi vnějším válcem a vnitřním válcem je uspořádán hydraulický tlakový prostor, k hydraulickému tlakovému prostoru je připojen plynový prostor a v hydraulickém tlakovém prostoru je dutý nástavec zapuštěný do vnitřního válce.

U jednoho výhodného provedení hydraulického válce je plynový prostor vytvořen ve vnitřním válci a/nebo v dutém nástavci, přičemž plynový prostor a hydraulický tlakový prostor jsou od sebe oděleny pístem.

U dalšího možného výhodného provedení je plynový prostor uspořádán vně vějšího válce.

U jednoho dalšího výhodného provedení jsou na plášti dutého nástavce a/nebo v dutém prostoru vnitřního válce, který je mu přizpůsoben, vytvořena s určitou vůlí jedno nebo více osazení průměru. Jako výhodné se jeví, jestliže tolerance mezi vzájemně dosedajícími díly vykazuje ve směru posuvu klesající tendenci.

Za výhodné provedení se může považovat to, u něhož plynový prostor sestává z membrány, a v případě potřeby je mezi membránou, pístem a vnitřním válcem, eventuálně vnitřní stěnou dutého nástavce uspořádán měch na kapalinu.

U jednoho výhodného provedení je‘ ve vnitřním válci, popřípadě mezi membránou a vnitřním válcem, eventuálně v dutém nástavci navržen plášť. U dalšího výhodného provedení existuje možnost vytvořit membránu jako trubkovou membránu.

Jako výhodné lze dále shledat, jestliže plášť a/nebo čelní plocha pístu je opatřena těsněním.

U daných případů zatížení a použití je velmi výhodné, jestliže se plynový prostor naplní s výhodou vzácným plynem o adiabatickém exponentu, který překračuje hodnotu 1,4.

Hydraulický válec podle vynálezu splňuje veškeré výše stanovené požadavky, vykazuje jednoduchou konstrukci a jak z hlediska pracovní bezpečnosti, tak i z hlediska vedení provozu je jeho použití skutečně výhodné.

Vynález bude blíže objasněn v následující části popisu v souvislosti s jednotlivými výhodnými příklady provedení, které jsou znázorněny na přiložených výkresech a představují hydraulický válec podle vynálezu v· podélném řezu.

Na přiložených výkresech představují:

obr. 1 — důlní vzpěru, ve které je uspořádán plynový prostor uvnitř vnitřního válce, obr. 2 — řešení důlní vzpěry, u kterého je plynový prostor hydraulického válce tvořen elastickou membránou uvnitř vnitřního válce, obr. 3 — představuje řešení, u něhož je plynový prostor uspořádán v dutém nástavci vnějšího válce a obr. 4 — představuje uspořádání, u něhož je plynový prostor realizován membránou v dutém nástavci vnějšího válce.

Ve všech následujících příkladech konkrétního provedení předmětu vynálezu jsou konstrukční části, které jsou shodné, označeny rovněž stejnými vztahovými značkami.

U příkladů provedení znázorněných ná obrázcích 1 a 2 odděluje píst 15 uspořádaný ve vnitřním válci 12 od sebe hydraulický tlakový prostor 13, který je vytvořen mezi vnějším válcem 11 a vnitřním válcem 12, a plynový prostor 14. Tento píst 15 je schopen se pohybovat uvnitř vnitřního válce 12 a je jak podél svého pláště, stejně jako při dosednutí ve své klidové poloze, opatřen těsněním rovněž na čelní ploše. Plynový prostor 14 se nachází na části vnitřního válce 12, která leží za pístem 15, jež může být na požadované předpětí plněn prostřednictvím plnicí armatury 23 a u příkladu provedení podle obr. 2 plnicím systémem 24.

Jako výhodné se jeví zvolit pro tlak předpětí vyšší hodnotu, než je vypouštěcí tlak obvyklého bezpečnostního ventilu, který zde není znázorněn, jelikož v tomto případě se důlní vzpěra chová při pomalé konvergenci jako běžná vzpěra, přičemž těsnost plynového prostoru 14 se zajišťuje v tomto případě těsněním na čelní ploše pístu 15, který nyní stojí.

U příkladu provedení znázorněného na obrázku 2 vytváří plynový prostor 14 pružná membrána 18, která je uspořádána uvnitř vnitřního válce 12. Mebrána 18 je uspořádána v plášti 22, který zapůjčuje membráně 18 zhotovené z pružného materiálu oporu, jelikož membrána 18 a plynový prostor 14, který je touto membránou 18 tvořen, jsou menší, než vnitřní prostor vnitřního válce 12.

Uvnitř pláště 22 je prostor mezi pístem 15 a membránou 18 vyplněn měchem 19 na kapalinu, který při přestavení pístu 15 zamezuje vlivem tlaku plynového prostoru 14 uskřípnutí mebrány 18, ke kterému by mohlo dojít. Pro naplnění měchu 19 na kapalinu jsou navrženy plnicí ventil 20 a odvzdušňovací — vypouštěcí vrtání 21 uspořádané v pístu 15. Membrána 18 může být plněna, eventuálně nastavena na požadovanou tlakovou hodnotu přes plnicí systém 24.

U provedení podle obrázků 1 a 2 je na dně 16 vnějšího válce 11 vytvořen dutý nástavec 17, jehož vnější průměr je menší, než průměr dutého prostoru vnitřního válce 12 pod pístem 15. Na obou к sobě připojených částech mohou být s výhodou vytvořena osazení průměru, eventuálně vůle mezi dosedajícími částmi se bude postupně zmenšovat.

U uspořádání podle obrázků 3 a 4 je plynový prostor 14 vytvořen ve vnitřním prostoru dutého nástavce 17 vytvořeného na dně 16 vnějšího válce 11. Plnění plynového prostoru 14 a nastavení požadovaného tlaku plynu, který panuje uvnitř, probíhá přes plnicí armaturu 23. Také v tomto případě by se měla zvolit pro velikost předpětí vyšší hodnota, než je vypouštěcí tlak tradičního bezpečnostního ventilu.

U obou řešení je plynový prostor 14 ohraničen pístem 15 uspořádaným na otevřeném konci dutého nástavce 17, jehož těsnění odpovídají těsněním podle obr. 1 a 2. Píst 1S odděluje plynový prostor 14 od hydraulického tlakového prostoru 13. Při sestavení podle obr. 3 představuje plynový prostor 14 vlastně část dutého nástavce 17 oddělenou nebo uzavřenou pístem 15.

Jak je zřejmé z obr. 4, bude zde plynový prostor 14 vytvořen pružnou membránou 18 uspořádanou v dutém nástavci 17. V tomto případě je mezi pístem 15 a membránou 18 uspořádán měch 19 na kapalinu s týmž vytčeným cílem jako u řešení podle obr. 2. Měch 19 na kapalinu se naplní plnicím ventilem 20 a odvzdušnění dutého prostoru může probíhat přes odvzdušňovací a vypouštěcí vrtání 21.

Řešení podle obrázků 3 a 4 mohou být dále charakterizována tím, že dutý nástavec 17 zapadá do dutého prostoru vnitřního válce 12. Také v tomto případě je výhodné vytvořit osazení průměru se stále se zužující velikostí štěrbiny. Naplnění vnitřního válce 12 se urychlí odvzdušněním 25.

Dosažený účinek hydraulického válce podle vynálezu vytvořeného jak je výše popsáno je následující:

Když se na vnitřním válci hydraulického válce vyskytne rychle probíhající nárazové dynamické zatížení o vysoké energii, přibývá tlaku kapaliny, která je v hydraulickém tlakovém prostoru, a dosahuje hodnoty potřebné к uvedení pístu 15 do pohybu, přičemž tato hodnota prakticky odpovídá tlaku předpětí plynového prostoru 14, případně měchu 19 na kapalinu. Zvýšením hydraulického tlaku se přesune píst 15 ve směru plynového prostoru 14, jako výsledek přibývá tlaku plynu následkem stlačení, eventuálně důlní vzpěra je schopná akumulovat nárazovou energii.

Takto závisí největší hydraulický tlak, který se v důlní vzpěře vyskytne, na počátečním tlaku plynového prostoru 14, druhu a množství plynu a ve srovnání s obvyklou vzpěrou bude za stejných okolností podstatně nižší. Doba vzrůstu tlaku se prodlužuje, čímž je к dispozici dostatečný časový prostor pro otevření bezpečnostního ventilu, případně ventilu reagujícího na důlní rány, který lze rovněž použít.

Když je hydraulický válec spuštěn v poloze, která leží blízko uzavřeného stavu odpovídajícímu tak vysokému dynamickému silovému účinku, který by vyvolal větší přiblížení, než je vzdálenost mezi dnem 16 a vnitřním válcem 12, odděluje vnitřní válec 12, který se pohybuje pryč následkem silového účinku, vnitřní prostor vnnitřního válce 12 od hydraulického tlakového prostoru 13, který je rovněž připojen к dutému nástavci 17. Vnitřní válec 12 sklouzne totiž na dutý nástavec 17 a tlakové vyrovnání může vzniknout výhradně přes štěrbinu, která je mezi nimi. Tak se může hydrodynamickým brzděním zabránit účinku silného a škodlivého kovového nárazu, nebo může být alespoň významně zmírněn.

Řešení, která jsou zde popsána jako příklad, neomezují v žádném případě oblast ochrany vynálezu, ve které jsou možná ještě četná odlišná řešení. Plynový prostor může být například vytvořen trubkovou membránou, avšak uspořádání vně hydraulického válce je rovněž možné.

Nejdůležitější výhody řešení podle vynálezu mohou být shrnuty následujícím způsobem.

Při ránách o tak vysoké energii, která u tradiční důlní vzpěry vyvolává otevření ventilu reagujícího na důlní rány a odtok kapaliny, nedosahuje tak hodnotu stanovenou pro otevření ventilu reagujícího na důlní rány a tak zůstává vzpěra, eventuálně výztuž dále aktivní.

Při výskytu širších a ještě vyšších nárazových energií, které by vyvolaly zničení obvyklých důlních vzpěr, bude u hydraulického válce podle vynálezu vznikat tlak, který nedosahuje kritické hodnoty, eventuálně je zde postačující doba na otevření ventilů reagujících na důlní rány nebo podobných ventilů. Výsledkem je, že špičkové hodnoty zatížení jsou mnohem nižší, čímž je umožněno významné zmenšení rozměru a váhy u hydraulických válců, eventuálně u výztuží, u nichž jsou tyto hydraulické válce použity, a také se současně zvyšuje schopnost přenášet zatížení, tj. nosnost.

Také při rychle probíhajícím dynamickém zatížení o velké síle, které provází důlní ránu, se může zabránit silnému kovovému nárazu, jelikož by vedl к poškození, nebo dokonce ke zničení hydraulického válce.

Po zániku dynamického přetížení se vlivem rozpínavosti plynového prostoru pružně navracejí i tlakové poměry v tlakovém prostoru hydraulického válce.

Pružná konvergence hydraulického válce nezávisí na zasunutí nebo vytažení důlní vzpěry.

Příčný průřez plynového prostoru se přibližně rovná příčnému průřezu vnitrního válce, a tak může díky kombinované funkci schopnost tlakového vyrovnání a absorpce energie působit bez poruch a omezení i při náhlém rychlém nárazovém zatížení.

Okolnosti absorpce energie a náběhu zatížení se mohou regulovat odpovídající volbou náplně plynového prostoru.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT

   1. Hydraulický válec, zejména důlní vzpěra s kombinovanou funkcí, který sestává z vnějšího válce, alespoň jednoho vnitřního válce nacházejícího se uvnitř, dále z ventilového systému a v případě potřeby z jednoho nebo více ventilů reagujících na důlní rány a/nebo bezpečnostních ventilů, vyznačující se tím, že mezi vnějším válcem (11) a vnitřním válcem (12) je vytvořen hydraulický prostor (13), к tomuto hydraulickému tlakovému prostoru (13) je připojen plynový prostor (14) a v hydraulickém tlakovém prostoru (13) je dále vytvořen dutý nástavec (17) zapuštěný do vnitřního válce (12).
2. 2. Hydraulický válec podle bodu 1, vyznačující se tím, že plynový prostor (14) je vytvořen ve vnitřním válci (12) a/nebo v dutém nástavci (17), přičemž mezi plynovým

   VYNÁLEZU prostorem (14) a hydraulickým prostorem (13) je uložen píst (15).
3. 3. Hydraulický válec podle bodu 1, vyznačující se tím, že plynový prostor (14) je uspořádán vně vnějšího válce (11).
4. 4. Hydraulický válec podle bodu 1, vyznačující se tím, že na vnější ploše dutého nástavce (17) a/nebo na vnitřní ploše vnitřního válce (12) je vytvořeno jedno nebo více osazení průměru, přičemž mezi vnější plochou dutého nástavce (17) a vnitřní plochou vnitřního válce (12) je vůle.
5. 5. Hydraulický válec podle bodu 4, vyznačující se tím, že vůle mezi vnější plochou dutého nástavce (17) a vnitřní plochou vnitřního válce (12) se ve směru posuvu zmenšuje.