RU2039254C1

RU2039254C1 - Device for directed breakage of monolithic objects

Info

Publication number: RU2039254C1
Authority: RU
Inventors: Б.Ф. Брюхов; Г.Д. Воропаев; Ш.А. Нургалин; А.С. Телешов; Ю.П. Шевелев; В.А. Фельдштейн
Original assignee: Шевелев Юрий Петрович
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: device for directed breakage of monolithic objects includes draw-apart jaws connected by means of flexible rings, chamber with membrane side walls located between jaws, solid body located inside chamber and system for pressing working liquid into space of chamber. One jaw is sectional in form of wedge pair and has handle installed on external wedge. Jaws are installed for mutual drawing together under the effect of wedge pair and force action on chamber which is made for preliminary compression relative to initial position. Solid body is made in form of rigid insert with length shorter than that of chamber space. Rigid insert is installed by means of spacer flexible members with all-sided clearance relative to inner surface of chamber for limiting length of motion of its membrane walls during preliminary compression. Spacer flexible members are located between end faces of chamber and respective end faces of rigid insert. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для направленного разрушения монолитных объектов, и может быть использовано для разрушения горных пород (негабаритов) и при добывании различных полезных ископаемых блоками путем отрыва их от массива. The invention relates to mining, and in particular to devices for the directed destruction of monolithic objects, and can be used to destroy rocks (oversized) and in the extraction of various minerals in blocks by detaching them from the array.

Известно устройство для разрушения монолитных объектов, включающее распорные щеки, связанные пружинами, установленный между щеками распирающий элемент в виде замкнутой камеры с мембранными стенками и систему нагнетания рабочей жидкости в полость камеры, при этом распорные щеки имеют в поперечном сечении эллиптическую форму, а в стенках камеры выполнены впадины, повторяющие в поперечном сечении форму распорных щек [1] Недостатками известного устройства являются относительно малая величина хода расширения замкнутой камеры и соответствующего хода раздвижки распорных щек, допустимые пределы которого ограничены пределом упругих деформаций расширения замкнутой камеры, а также использование первой части этого хода на ликвидацию (выборку) зазоров между щеками устройства и стенками шпура, что обусловливает недостаточную эффективность разрушения монолитных объектов. A device for the destruction of monolithic objects, including spacer cheeks connected by springs, a bursting element between the cheeks in the form of a closed chamber with membrane walls and a system for pumping the working fluid into the cavity of the chamber, the spacer cheeks being elliptical in cross section and in the chamber walls hollows are made, repeating in cross section the shape of the spacer cheeks [1] The disadvantages of the known device are the relatively small magnitude of the expansion path of the closed chamber and the the expansion stroke of the expansion cheeks, the permissible limits of which are limited by the limit of elastic deformations of the expansion of the closed chamber, as well as the use of the first part of this stroke to eliminate (sample) the gaps between the cheeks of the device and the walls of the hole, which leads to insufficient destruction of monolithic objects.

Известно также устройство для разрушения монолитных объектов, содержащее связанные упругими кольцами и контактирующие друг с другом раздвижные щеки с цилиндрической рабочей поверхностью, образованные продольным рассечением цилиндра по взаимно перпендикулярным плоскостям с образованием полости, упругую оболочку из эластомера, расположенную в полости между щеками, размещенное в оболочке твердое тело в виде стержня с осевым и поперечными каналами и с резьбой на концах и торцевые обоймы и гайки для герметичного крепления концов упругой оболочки на стержне [2] Недостатками известного устройства являются расположение упругой оболочки, выполненной из эластомера, в полости, ширина которой меньше диаметра цилиндрических щек (что ограничивает эффективно работающую площадь оболочки), выполнение твердого тела в виде стержня с длиной, превышающей длину упругой оболочки, в которой он размещен, и свободное размещение концов упругой оболочки в полостях, образованных между поверхностями стержня и гнезд торцевых обойм, с возможностью вытягивания их из полостей в процессе работы расширения оболочки (что ограничивает предел давления рабочей жидкости, ход расширения оболочки, вместе с ограниченной эффективной площадью усилие распора, действующее на монолитный объект, а также снижает надежность герметизации при высоких давлениях рабочей жидкости). A device for the destruction of monolithic objects is also known, containing sliding cheeks connected with elastic rings and contacting each other with a cylindrical working surface, formed by longitudinal section of the cylinder along mutually perpendicular planes to form a cavity, an elastic shell of elastomer located in the cavity between the cheeks, located in the shell a solid body in the form of a rod with axial and transverse channels and with a thread at the ends and end clips and nuts for hermetically securing the elastic ends shell on the rod [2] The disadvantages of the known device are the location of the elastic shell made of elastomer in a cavity whose width is less than the diameter of the cylindrical cheeks (which limits the effective working area of the shell), the execution of a solid body in the form of a rod with a length exceeding the length of the elastic shell, in which it is placed, and the free placement of the ends of the elastic shell in the cavities formed between the surfaces of the rod and the nests of the end clips, with the possibility of drawing them out of the cavities during operation the expansion of the shell (which limits the pressure limit of the working fluid, the expansion path of the shell, together with the limited effective area, the thrust force acting on the monolithic object, and also reduces the reliability of sealing at high pressures of the working fluid).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности работы устройства путем увеличения эффективной площади распорной камеры, допустимого давления рабочей жидкости и длины хода расширения распорной камеры, не выходящего за пределы ее упругой деформации. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of the device by increasing the effective area of the expansion chamber, the permissible pressure of the working fluid and the stroke length of the expansion of the expansion chamber, not going beyond its elastic deformation.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в увеличении усилия раскалывания и длины хода раздвижки щек и, как следствие, в предотвращении заклинивания устройства в разделенном трещиной монолитном объекте, в улучшении его извлечения после совершения обратного хода и в итоге в повышении эффективности разрушения монолитных объектов. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the splitting force and the length of the stroke of the cheeks and, as a result, to prevent the device from jamming in a monolithic object divided by a crack, to improve its extraction after a reverse stroke and, as a result, to increase the efficiency destruction of monolithic objects.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для направленного разрушения монолитных объектов, включающем раздвижные щеки с цилиндрической рабочей поверхностью, связанные упругими кольцами, размещенную между щеками упругую камеру с мембранными боковыми стенками, расположенное внутри камеры твердое тело и систему нагнетания рабочей жидкости в полость камеры, одна из раздвижных щек которого выполнена составной в виде клиновой пары и имеет рукоятку, установленную на наружном клине, раздвижные щеки установлены с возможностью взаимного сближения при расклинивающем действии клиновой пары составной щеки и силового воздействия на расположенную между ними камеру с мембранными боковыми стенками, камера выполнена с возможностью предварительного сжатия относительно ее исходного, или нейтрального положения, размещенное внутри камеры твердое тело выполнено в виде жесткого вкладыша с длиной, меньшей длины полости камеры, установленного посредством дистанционирующих упругих элементов со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности камеры для ограничения длины хода ее мембранных боковых стенок при предварительном сжатии, при этом дистанционирующие упругие элементы расположены между внутренней поверхностью торцевых стенок камеры и соответствующей им наружной поверхностью жесткого вкладыша, а двухсторонний зазор между мембранными боковыми стенками камеры и соответствующей им поверхностью жесткого вкладыша не превышает допустимой величины упругого хода камеры при ее предварительном сжатии. The essence of the invention lies in the fact that in the device for the directed destruction of monolithic objects, including sliding cheeks with a cylindrical working surface, connected by elastic rings, an elastic chamber located between the cheeks with membrane side walls, a solid body located inside the chamber and a system for pumping the working fluid into the chamber cavity , one of the sliding cheeks of which is made integral in the form of a wedge pair and has a handle mounted on the outer wedge, the sliding cheeks are installed with the possibility of mutual approach during wedging action of the wedge pair of the composite cheek and force acting on the chamber located between them with membrane side walls, the chamber is made with the possibility of preliminary compression relative to its initial or neutral position, the solid body located inside the chamber is made in the form of a rigid insert with a length less than the length of the cavity of the chamber installed by means of spacing elastic elements with a comprehensive gap relative to the inner surface of the faceting chamber the length of the stroke of its membrane side walls during preliminary compression, while the spacing elastic elements are located between the inner surface of the end walls of the chamber and the corresponding outer surface of the hard liner, and the two-sided gap between the membrane side walls of the chamber and the corresponding surface of the hard liner does not exceed the allowable elastic the course of the chamber during its preliminary compression.

Между совокупностью существенных признаков и достигаемыми техническими результатами имеются причинно-следственные связи. Between the totality of essential features and the achieved technical results there are cause-effect relationships.

Благодаря тому, что при взаимном сближении раздвижных щек создается предварительное сжатие расположенной между ними камеры в направлении, обратном ее рабочему ходу расширения, создается запас (прирост) последнего на величину деформации 2 Δ ₁ предварительного сжатия, а это в свою очередь позволяет увеличить длину хода 2 Δ ₂ расширения камеры и перемещения раздвижных щек на величину 2 Δ ₁ и тем самым повысить эффективность разрушения монолитных объектов. Кроме того, размещенное внутри камеры твердое тело, выполненное в виде жесткого вкладыша с длиной, меньшей длины полости камеры, и установленное посредством дистанционирующих упругих элементов со всесторонним зазором относительно внутренней поверхности камеры, не препятствует деформации камеры при ее предварительном сжатии, и работает как ограничитель длины хода предварительного сжатия, предотвращая возникновение остаточных пластических (необратимых) деформаций камеры и, следовательно, повышает надежность устройства и удобство работы с ним, так как не требуется визуальный контроль за величиной сжатия. В дополнение к этому выполнение камеры из упругого материала, преимущественно металла, позволяет увеличить ее ширину до величины диаметра устройства и повысить предельно допустимое давление рабочей жидкости, следствием чего является увеличение предельно возможного усилия распора и работоспособности устройства.Due to the fact that when the sliding cheeks come closer together, a preliminary compression of the chamber located between them is created in the direction opposite to its expansion working stroke, a reserve (gain) of the latter is created by the pre-compression strain 2 Δ ₁ , and this, in turn, allows to increase the stroke length 2 Δ ₂ expansion of the chamber and the movement of the sliding cheeks by 2 Δ ₁ and thereby increase the destruction efficiency of monolithic objects. In addition, a solid body located inside the chamber, made in the form of a rigid insert with a length shorter than the length of the chamber cavity and installed by means of spacing elastic elements with a comprehensive gap relative to the inner surface of the chamber, does not prevent the chamber from being deformed during its preliminary compression, and acts as a length limiter the course of pre-compression, preventing the occurrence of residual plastic (irreversible) deformations of the chamber and, therefore, increases the reliability of the device and the convenience of working oty with him, since visual control over the amount of compression is not required. In addition to this, the implementation of the chamber from an elastic material, mainly metal, allows to increase its width to the value of the diameter of the device and increase the maximum allowable pressure of the working fluid, which results in an increase in the maximum possible effort of expansion and operability of the device.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение по А-А на фиг. 1 различные стадии работы устройства: а) в нейтральном (исходном) состоянии; б) с предварительно сжатой камерой; в) в конечном рабочем состоянии распора камеры. In FIG. 1 shows the proposed device, a General view; in FIG. 2 section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 a section along AA in FIG. 1 various stages of operation of the device: a) in a neutral (initial) state; b) with a pre-compressed camera; c) in the final operating state of the chamber expansion

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов содержит раздвижные щеки 1 и 2, размещенную между ними камеру 3 с упругими мембранными боковыми стенками 4, систему нагнетания рабочей жидкости в полость a камеры 3, содержащую штуцер 5, трубопровод, насос и мультипликатор давления (на фиг. 1 не показаны), и упругие кольца 6, удерживающие раздвижные щеки 1 и 2. Последние имеют цилиндрическую рабочую (наружную) и плоскую внутреннюю поверхности, при этом щека 1 выполнена цельной, а щека 2 составной в виде клиновой пары 7 и 8 с сопряженными наклонными поверхностями и имеет рукоятку 9, установленную на наружном клине 8. Удерживаемые упругими кольцами 6 раздвижные щеки 1 и 2 внутренней поверхности опираются на боковые стенки 4 камеры 3 и расположены одна относительно другой со щелевым зазором b, равным толщине камеры 3, находящейся в исходном (нейтральном) состоянии, и таким образом установлены с возможностью взаимного сближения при расклинивающем действии клиновой пары 7 и 8 и с возможностью силового воздействия при этом на мембранные боковые стенки 4 камеры. Камера 3 выполнена из упругого материала, преимущественно тонколистового металла, герметизированного путем сварки или пайки, с возможностью как расширения при нагнетании в полость a рабочей жидкости, так и предварительного сжатия относительно исходного, или нейтрального положения при упомянутом выше силовом воздействии сближающихся
раздвижных щек 1 и 2. Внутри камеры 3 размещено твердое тело в виде жесткого вкладыша 10, длина и поперечные размеры которого меньше соответствующих длины и поперечного размеров полости a камеры, находящейся в исходном положении. При этом посредством дистанционирующих упругих элементов (на фиг. 1 не показаны), расположенных между внутренней поверхностью торцовых стенок камеры 3 и соответствующей наружной поверхностью жесткого вкладыша 10, последний установлен со всесторонним зазором относительно всей внутренней поверхности камеры 3 и с возможностью контактного взаимодействия с ее боковыми стенками 4. При этом дистанцирующие упругие, например пружинные или из эластомерного материала, элементы (не показаны на фиг. 1) расположены между внутренней поверхностью торцовых стенок камеры 3 и соответствующей наружной поверхностью жесткого вкладыша 10 и не препятствуют упомянутому предварительному сжатию камеры 3.A device for directed destruction of monolithic objects contains sliding cheeks 1 and 2, a chamber 3 placed between them with elastic membrane side walls 4, a system for pumping the working fluid into the cavity a of chamber 3, containing a fitting 5, a pipeline, a pump, and a pressure multiplier (in Fig. 1 not shown), and elastic rings 6 holding the sliding cheeks 1 and 2. The latter have a cylindrical working (outer) and flat inner surfaces, with the cheek 1 made solid and the cheek 2 composite in the form of a wedge pair 7 and 8 with conjugate surfaces and has a handle 9 mounted on the outer wedge 8. The sliding cheeks 1 and 2 of the inner surface held by the elastic rings 6 are supported by the side walls 4 of the chamber 3 and are located relative to one another with a gap gap b equal to the thickness of the chamber 3 in the original ( neutral) state, and thus are installed with the possibility of mutual rapprochement with the wedging action of the wedge pair 7 and 8 and with the possibility of force acting on the membrane side walls 4 of the chamber. The chamber 3 is made of an elastic material, mainly sheet metal, sealed by welding or soldering, with the possibility of both expansion upon injection into the cavity a of the working fluid, and preliminary compression relative to the initial, or neutral position under the above-mentioned force
sliding cheeks 1 and 2. Inside the chamber 3 there is a solid body in the form of a rigid liner 10, the length and transverse dimensions of which are less than the corresponding length and transverse dimensions of the cavity a of the camera in its original position. Moreover, by means of spacing elastic elements (not shown in FIG. 1) located between the inner surface of the end walls of the chamber 3 and the corresponding outer surface of the hard liner 10, the latter is installed with a comprehensive gap relative to the entire inner surface of the chamber 3 and with the possibility of contact interaction with its side walls 4. In this case, the spacing elastic, for example spring or from an elastomeric material, elements (not shown in Fig. 1) are located between the inner surface of the end s chamber walls 3 and a corresponding outer surface of the rigid insert 10 and does not interfere with said pre-compression chamber 3.

Величина зазоров Δ ₁ между боковыми стенками 4 и жестким вкладышем 10 выбирается в соответствии со свойствами материала и геометрическими параметрами камеры 3 и не превышает величины допустимого упругого хода ее предварительного сжатия, а величина зазоров Δ ₂ не превышает допустимого упругого хода расширения камеры 3.The size of the gaps Δ ₁ between the side walls 4 and the rigid liner 10 is selected in accordance with the properties of the material and the geometric parameters of the chamber 3 and does not exceed the value of the allowable elastic course of its pre-compression, and the size of the gaps Δ ₂ does not exceed the allowable elastic course of the expansion of the chamber 3.

В исходном состоянии устройства наружный клин 8 с рукояткой 9 выдвинут и удерживается упругими кольцами 6 (фиг. 1), боковые стенки 4 камеры 3 находятся в положении О-О с зазорами Δ ₁ относительно вкладыша 10 (фиг. 1-3, а); исходное положение О-О стенок 4 камеры является нейтральным по отношению к последующим деформированным состояниям камеры.In the initial state of the device, the outer wedge 8 with the handle 9 is extended and held by elastic rings 6 (Fig. 1), the side walls 4 of the chamber 3 are in the O-O position with gaps Δ ₁ relative to the insert 10 (Figs. 1-3, a); the initial position OO of the walls 4 of the chamber is neutral with respect to subsequent deformed states of the chamber.

Устройство для направленного разрушения монолитных объектов работает следующим образом. A device for the directed destruction of monolithic objects works as follows.

Устройство, находящееся в исходном положении, удерживают за рукоятку 9, свободно (при зазоре) вводят в пробуренный в монолитном объекте шпур до упора в его дно и нажимают на рукоятку 9, перемещая наружный клин 8 продольно, при этом в процессе взаимодействия сопряженных клиновых поверхностей, вначале наружный клин 8 и внутренний клин 7 с камерой 3 и щекой 1 смещаются в противоположных направлениях до упора цилиндрической поверхности щек 1 и 2 в стенки шпура, а затем, ввиду наличия между щеками щелевого зазора b, внутренний клин 7 щеки 2 сближается со щекой 1, сжимая камеру 3. В результате этого камера 3 деформируется и каждая ее боковая стенка 4 смещается в поперечном направлении внутрь до упора во вкладыш 10 на величину Δ ₁ (фиг. 3, б) и занимает положение О₁-О₁ предварительного сжатия камеры, являющееся исходным для совершения рабочего хода работы устройства по разрушению монолитного объекта. При предварительном деформировании сжатия распорной камеры 3 рабочая жидкость из ее полости свободно вытесняется по трубопроводу в бак системы нагнетания (не показаны). После этого клапан слива закрывают, чем переключают систему в режим нагнетания жидкости. Последняя, по мере работы насоса, порционно подается через штуцер 5 в полость a камеры 3 и деформирует ее, расширяя в направлении раздвижных щек 1 и 2, при этом каждая боковая стенка 4 постепенно перемещается
из положения О₁-О₁ предварительного сжатия (см. фиг. 3, б) в нейтральное положение О-О (фиг. 3, а), т.е. на величину Δ ₁, и далее в положение расширения О₂-О₂, т.е. на величину Δ ₂ (фиг. 3, в). Общее расширение камеры 3 составляет, таким образом 2(Δ ₁+ Δ ₂), в том числе 2 Δ ₁ на участке предварительного сжатия и 2 Δ ₂ на участке обычного расширения, раздвижные щеки 1 и 2 (цельная и составная) при этом воздействуют на монолитный объект изнутри с возрастающим усилием распора, вызывая в нем увеличение внутренних напряжений растяжения и последующий разрыв (разрушение).The device, which is in the initial position, is held by the handle 9, loosely (with a gap) inserted into the hole drilled in the monolithic object as far as it will go into its bottom, and pressed on the handle 9, moving the outer wedge 8 longitudinally, while in the process of interaction of the mating wedge surfaces, first, the outer wedge 8 and the inner wedge 7 with the chamber 3 and the cheek 1 are displaced in opposite directions until the cylindrical surface of the cheeks 1 and 2 abuts against the borehole walls, and then, due to the presence of a gap between the cheeks b, the inner wedge 7 of the cheek 2 approaches 1 cheek, compressing chamber 3. As a result, the chamber 3 is deformed and each of its side wall 4 is displaced laterally inwardly against the stop into the liner 10 by an amount Δ ₁ (FIG. 3b) and occupies a position O ₁ -O ₁ precompression camera, which is the starting point for the working course of the device to destroy a monolithic object. During preliminary compression deformation of the expansion chamber 3, the working fluid from its cavity is freely displaced through the pipeline into the discharge system tank (not shown). After that, the drain valve is closed, which switches the system into fluid injection mode. The latter, as the pump is operating, is portioned through the nozzle 5 into the cavity a of the chamber 3 and deforms it, expanding in the direction of the sliding cheeks 1 and 2, while each side wall 4 gradually moves
from the position O ₁ -O ₁ pre-compression (see Fig. 3, b) to the neutral position O-O (Fig. 3, a), i.e. the value of Δ ₁ , and then to the expansion position O ₂ -O ₂ , i.e. by the value of Δ ₂ (Fig. 3, c). The total expansion of the chamber 3 is thus 2 (Δ ₁ + Δ ₂ ), including 2 Δ ₁ in the pre-compression section and 2 Δ ₂ in the normal expansion section, the sliding cheeks 1 and 2 (solid and composite) affect a monolithic object from the inside with an increasing force of expansion, causing an increase in internal tensile stresses and subsequent rupture (destruction) in it.

Таким образом, предварительно сжатая камера 3 деформируется без остаточных (необратимых) деформаций на суммарную величину расширения 2( Δ ₁+ Δ ₂), что на 2 Δ ₁ превышает расширение обычной камеры.Thus, the pre-compressed chamber 3 is deformed without residual (irreversible) deformations by the total expansion value 2 (Δ ₁ + Δ ₂ ), which is 2 Δ ₁ higher than the expansion of a conventional chamber.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно повысить эффективность разрушения монолитных объектов и снизить эксплуатационные затраты. Using the proposed invention can significantly increase the destruction efficiency of monolithic objects and reduce operating costs.

Claims

DEVICE FOR DIRECTED DESTRUCTION OF MONOLITHIC OBJECTS, including sliding cheeks with a cylindrical working surface, connected by elastic rings, an elastic chamber located between the cheeks with membrane side walls, a solid body located inside the chamber and a system for pumping the working fluid into the chamber cavity, characterized in that one of the sliding the cheeks are made integral in the form of a wedge pair with mating inclined surfaces and has a handle mounted on the outer wedge, the sliding cheeks are installed with With the help of the wedging action of the wedge pair of the composite cheek and the force acting on the chamber located between them with the membrane side walls, the chamber is made with the possibility of preliminary compression relative to its initial or neutral position, the solid body placed inside the chamber is made in the form of a rigid body with a length of shorter length cavity of the chamber, the liner installed by means of spacing elastic elements with a comprehensive gap relative to the inner surface of the chamber d I limit the stroke length of its membrane side walls during pre-compression, while the spacing elastic elements are located between the inner surface of the end walls of the chamber and the corresponding outer surface of the hard liner, and the bilateral clearance between the membrane side walls of the chamber and the corresponding surface of the hard liner does not exceed the allowable elastic the course of the chamber during its preliminary compression.