RU2188953C1 - Safety valve for protection of hydraulic prop from static and dynamic loads - Google Patents

Abstract

FIELD: mining, particularly, development of safety valves for hydraulic props operating under conditions of mines with difficult-to-cave roofs hazardous for manifestation of dynamic loads. SUBSTANCE: safety valve includes support, locking member and movable seat tightly installed in body with hole for fluid draining. Movable seat has mounting socket for locking member and hole for fluid supply to under locking member. Movable seat and locking member made in the form of membrane with bead over periphery are pressed along axis by means of nut on side of locking member and retaining ring on side of movable seat. Membrane bead comes in contact with mounting socket of movable seat which is made with circular protrusion located for engagement with membrane internal surface. Support is installed for motion in axial direction and has motion limiter. EFFECT: higher fast response in provision of protection of hydraulic prop from static and dynamic loads due to forces of locking member flexibility. 1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу, а именно к области создания предохранительных клапанов для гидростоек, работающих в условиях шахт с труднообрушаемыми кровлями, опасных по проявлениям динамических нагрузок. The proposed technical solution relates to mining, and in particular to the field of creating safety valves for hydroracks operating in mines with hard-to-break roofs, which are dangerous in terms of manifestations of dynamic loads.

Известен предохранительный клапан, предназначенный для гидростойки механизированной крепи (патент ФРГ 1058956, кл. 5 с 10/01 от 19.11.59). Он состоит из корпуса, растягивающегося шпинделя, имеющего с одной стороны конусный клапан, а с другой - натяжное устройство для регулировки срабатывания клапана, включающее гайку, хвостовик, втулку. При достижении величины давления жидкости, определяемой настройкой клапана, растягивающийся шпиндель удлиняется в пределах упругой деформации и клапан открывается. После снятия давления в гидростойке этот элемент возвращается в исходное положение, клапан закрывается. Known safety valve designed for hydrostand mechanized lining (German patent 1058956, class 5, 10/01 from 11/19/59). It consists of a housing, a stretchable spindle, having a cone valve on one side and a tension device for adjusting valve actuation on the other, including a nut, a shank, and a sleeve. When the fluid pressure value determined by the valve setting is reached, the expanding spindle extends within the elastic deformation and the valve opens. After relieving pressure in the hydraulic rack, this element returns to its original position, the valve closes.

Недостатком данной конструкции является то, что растягивающийся элемент клапана обладает большой инерционностью, поэтому он работает только при плавном, статическом повышении давления в поршневой полости гидростойки. The disadvantage of this design is that the stretchable valve element has a large inertia, so it only works with a smooth, static increase in pressure in the piston cavity of the hydraulic stand.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является предохранительный клапан (Сологубов Н.В., Лаблайкс В.К., Другов А.С. Предохранительные клапаны опор механизированных крепей и гидростоек. - Угольное и горнорудное машиностроение (НИИИНФОРМТЯЖМАШ), 1970, 5, с. 8, фиг.2, г), состоящий из запирающего элемента в виде шарика, поджатого к посадочной поверхности подвижного седла с двух сторон при помощи пружин. Подвижное седло герметично установлено в корпусе, а шарик имеет возможность контакта с неподвижным упором. При повышении давления до величины, равной настройке клапана, подвижное седло с шариком без потери их общего контакта перемещаются в осевом направлении до соприкосновения шарика с неподвижным упором. Дальнейшее движение седла приводит к открытию клапана. The closest in technical essence and the achieved effect is a safety valve (Sologubov N.V., Lablayks V.K., Drugov A.S.Security valves for the supports of mechanized supports and hydroracks. - Coal and mining engineering (NIIINFORMTYAZHMASH), 1970, 5, page 8, figure 2, d), consisting of a locking element in the form of a ball, pressed against the seating surface of the movable saddle on both sides using springs. The movable seat is sealed in the housing, and the ball has the ability to contact with a fixed stop. When the pressure rises to a value equal to the valve setting, the movable seat with the ball without losing their common contact move axially until the ball comes into contact with the fixed stop. Further movement of the seat leads to valve opening.

Клапаны подобного действия относятся к классу устройств нарастающего контактного давления, они обладают высокой герметичностью, но имеют существенный недостаток - низкое быстродействие запирающего элемента, прижатого к седлу при помощи пружин, что не позволяет защитить стойку от резких динамических нагрузок со стороны кровли. Valves of this action belong to the class of devices of increasing contact pressure, they have high tightness, but have a significant drawback - the low speed of the locking element pressed to the seat with the help of springs, which does not allow the rack to be protected from sudden dynamic loads from the roof.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение быстродействия для обеспечения защиты гидростойки от статического и динамического нагружений за счет сил упругости запирающего элемента. The technical objective of the proposed solution is to increase the speed to provide protection of the hydraulic rack from static and dynamic loads due to the elastic forces of the locking element.

Поставленная задача достигается тем, что в предохранительном клапане для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений, включающем упор, запирающий элемент и подвижное седло, герметично установленное в корпусе с отверстием для слива жидкости, при этом подвижное седло имеет посадочное гнездо для запирающего элемента и отверстия для подвода жидкости под этот элемент, согласно техническому решению подвижное седло и запирающий элемент, выполненный в виде мембраны с буртиком по периферии, поджаты упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла. Буртик мембраны контактирует с посадочным гнездом подвижного седла, которое выполнено с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, а упор установлен подвижно в осевом направлении и имеет ограничитель хода. The task is achieved in that in the safety valve to protect the hydraulic rack from static and dynamic loads, including a stop, a locking element and a movable seat, hermetically mounted in the housing with a hole for draining the liquid, while the movable seat has a seat for the locking element and holes for the fluid inlet for this element, according to the technical solution, the movable saddle and the locking element, made in the form of a membrane with a shoulder on the periphery, are pressed along the axis with the help of yokes on the side of the locking element and the retaining ring on the side of the movable saddle. The flange of the membrane is in contact with the seating socket of the movable saddle, which is made with an annular protrusion located with the possibility of interaction with the inner surface of the membrane, and the emphasis is mounted movably in the axial direction and has a travel stop.

Выполнение запирающего элемента в виде мембраны с буртиком по периферии, контактирующим с посадочным гнездом подвижного седла, позволяет обеспечить герметичное линейное кольцевое соединение запирающего элемента и седла, которое мгновенно размыкается при прогибе мембраны за счет сил ее упругости, обеспечивая быстродействие в момент динамического нагружения. The implementation of the locking element in the form of a membrane with a flange on the periphery in contact with the seating socket of the movable saddle allows for a tight linear ring connection of the locking element and the saddle, which instantly opens when the membrane is deflected due to its elastic forces, ensuring speed at the time of dynamic loading.

Взаимное прижатие подвижного седла и запирающего элемента упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла позволяет обеспечить предварительный герметизирующий контакт в соединении буртика мембраны с посадочным гнездом подвижного седла и ограничение хода подвижного седла для обеспечения прогиба мембраны при динамическом нагружении. The mutual pressing of the movable seat and the locking element with an axial stop using the nut on the side of the locking element and the retaining ring on the side of the movable saddle allows for preliminary sealing contact in the connection of the flange of the membrane with the seat of the movable saddle and restricts the travel of the movable saddle to ensure deflection of the membrane under dynamic loading .

Выполнение подвижного седла с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, обеспечивает кольцевую опорную зону для прогиба мембраны и ограничивает ее прогиб. The implementation of the movable saddle with an annular protrusion located with the possibility of interaction with the inner surface of the membrane provides an annular support zone for the deflection of the membrane and limits its deflection.

Установка упора, подвижного в осевом направлении, с ограничителем хода позволяет обеспечить необходимое направление его перемещения под действием динамического нагружения и прогиб мембраны на величину в пределах ее допустимой упругой податливости. The installation of an emphasis movable in the axial direction with a stroke limiter makes it possible to provide the necessary direction of its movement under the action of dynamic loading and deflection of the membrane by an amount within its permissible elastic compliance.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, где показана схема общего вида предохранительного клапана для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений (продольный разрез). The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and a drawing, which shows a diagram of a general view of the safety valve to protect the hydraulic rack from static and dynamic loads (longitudinal section).

Предохранительный клапан для защиты гидростойки от статического и динамического нагружении (см. чертеж) состоит из корпуса 1 (цилиндра гидростойки или полого штока), подвижного седла 2 и запирающего элемента, выполненного в виде мембраны 3 с буртиком 4 по периферии. Мембрана 3 и подвижное седло 2 в исходном состоянии поджаты друг к другу упором 5 по оси при помощи гайки 6 со стороны запирающего элемента и стопорным кольцом 7 со стороны подвижного седла 2, причем буртик 4 контактирует с посадочным гнездом 8 подвижного седла 2. Последнее выполнено с кольцевым выступом 9, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 10 мембраны 3. Упор 5, установленный подвижно на пути действия нагружения, имеет ограничитель хода 11. Он соединен со сферической опорой 12, последняя - с верхняком крепи (не показано). Для подачи жидкости под мембрану 3 в подвижном седле 2 выполнены отверстия 13, а для слива жидкости в атмосферу - отверстия 14 в корпусе 1. Герметичность подвижного седла 2 с корпусом 1 обеспечивается установкой уплотнения 15. The safety valve for protecting the hydraulic stand against static and dynamic loading (see drawing) consists of a housing 1 (hydraulic stand cylinder or hollow rod), a movable seat 2 and a locking element made in the form of a membrane 3 with a shoulder 4 on the periphery. The membrane 3 and the movable saddle 2 in the initial state are pressed against each other by an axial stop 5 with a nut 6 from the side of the locking element and a retaining ring 7 from the side of the movable saddle 2, and the bead 4 is in contact with the seat socket 8 of the movable saddle 2. The latter is made with an annular protrusion 9 located with the possibility of interaction with the inner surface 10 of the membrane 3. The stop 5, mounted movably on the path of the load, has a travel stop 11. It is connected to a spherical support 12, the latter to the upper support (not azano). Holes 13 are made for supplying liquid under the membrane 3 in the movable saddle 2, and holes 14 in the housing 1 are used for draining the liquid into the atmosphere. The tightness of the movable saddle 2 with the housing 1 is ensured by installing a seal 15.

Клапан работает следующим образом. В рабочем режиме жидкость подается в корпус 1 (цилиндр гидростойки или полый шток) и через отверстия 13 в подвижном седле 2 поступает под мембрану 3. Так как площадь S₁ поперечного сечения корпуса 1 больше площади S₂ торцевой поверхности мембраны 3, то мембрана 3 прижимается к подвижному седлу 2 и упору 5, положение которого предварительно фиксируется гайкой 6. В результате этого образуется герметичное соединение буртика 4 мембраны 3 с посадочным гнездом 8 подвижного седла 2.The valve operates as follows. In the operating mode, the fluid is supplied to the housing 1 (the hydraulic stand cylinder or the hollow rod) and through the holes 13 in the movable seat 2 enters under the membrane 3. Since the cross-sectional area S _{1 of the} housing 1 is larger than the surface area S _{2 of} the membrane 3, the membrane 3 is pressed to the movable seat 2 and the stop 5, the position of which is previously fixed with a nut 6. As a result, a tight connection of the shoulder 4 of the membrane 3 with the seat socket 8 of the movable saddle 2 is formed.

При статическом нагружении, когда давление Р достигнет максимально допустимой величины, внутренняя поверхность 10 мембраны 3 войдет в контакт с кольцевым выступом 9 подвижного седла 2. Дальнейший рост давления в корпусе 1 приведет к упругому прогибу запирающего элемента - мембраны 3 относительно упора 5 (пунктирная линия на чертеже). Буртик 4 мембраны 3 перемещается вверх и отходит от посадочного гнезда 8 подвижного седла 2. Клапан открывается. В образовавшийся зазор между посадочным гнездом 8 и буртиком 4 жидкость из полости корпуса 1 по отверстиям 13 и 14 идет на слив. После снижения давления Р до номинальной рабочей величины подвижное седло 2 перемещается под действием упругой силы мембраны 3 в исходное положение, ее буртик 4 снова входит в контакт с посадочным гнездом 8 и клапан закрывается. Under static loading, when the pressure P reaches the maximum permissible value, the inner surface 10 of the membrane 3 will come into contact with the annular protrusion 9 of the movable seat 2. A further increase in pressure in the housing 1 will lead to elastic deflection of the locking element - the membrane 3 relative to the stop 5 (dashed line on drawing). The shoulder 4 of the membrane 3 moves up and moves away from the seat socket 8 of the movable seat 2. The valve opens. In the resulting gap between the seat socket 8 and the shoulder 4, the liquid from the cavity of the housing 1 through the holes 13 and 14 is discharged. After reducing the pressure P to the nominal operating value, the movable seat 2 moves under the action of the elastic force of the membrane 3 to its original position, its shoulder 4 again comes into contact with the seat 8 and the valve closes.

Во время динамического нагружения со стороны кровли силой F сферическая опора 12 стойки, жестко соединенная с верхняком, передает эту нагрузку через упор 5 на мембрану 3. Если нагрузка превышает допустимую величину, мембрана 3 упруго прогибается и соединяет полость корпуса 1 со сливом, как было описано выше (пунктирная линия на чертеже). При этом ход упора 5 ограничивается величиной h, что позволяет ограничить прогиб мембраны 3 в пределах допустимой упругой податливости, а движению подвижного седла 2 препятствует стопорное кольцо 7. Уплотнение 15 герметизирует полость корпуса 1. During dynamic loading from the roof side by force F, the spherical support 12 of the rack, rigidly connected to the top, transfers this load through the stop 5 to the membrane 3. If the load exceeds the permissible value, the membrane 3 elastically bends and connects the cavity of the housing 1 with a drain, as described above (dashed line in the drawing). In this case, the stop stroke 5 is limited by the value of h, which makes it possible to limit the deflection of the membrane 3 within the limits of permissible elastic compliance, and the locking ring 7 prevents the movement of the movable seat 2. The seal 15 seals the cavity of the housing 1.

Claims (1)

Предохранительный клапан для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений, включающий упор, запирающий элемент и подвижное седло, герметично установленное в корпусе с отверстием для слива жидкости, при этом подвижное седло имеет посадочное гнездо для запирающего элемента и отверстия для подвода жидкости под этот элемент, отличающийся тем, что подвижное седло и запирающий элемент, выполненный в виде мембраны с буртиком по периферии, поджаты упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла, при этом буртик мембраны контактирует с посадочным гнездом подвижного седла, которое выполнено с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, а упор установлен подвижно в осевом направлении и имеет ограничитель хода. A safety valve to protect the hydraulic stand from static and dynamic loads, including a stop, a locking element and a movable seat, hermetically installed in the housing with a hole for draining the liquid, while the movable saddle has a seat for the locking element and a hole for supplying fluid for this element, characterized the fact that the movable saddle and the locking element, made in the form of a membrane with a shoulder on the periphery, are pressed axially by means of a nut from the side of the locking element and the locking ring ca with the side of the movable seat, the bead of the membrane in contact with a mounting socket of the movable seat, which is formed with an annular projection arranged to cooperate with the inner surface of the membrane, and the abutment is mounted movably in the axial direction and has a travel stop.