Способ диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления и устройство для его осуществления
Изобретения относятся к горной технике и могут быть использованы для диагностики состояния гидравлических стоек механизированных крепей. Способ заключается в фиксации перемещения выдвижной части стойки. При податливости стойки под нагрузкой фиксируют перемещения штока относительно плунжера и плунжера относительно цилиндра стойки. При этом диагностируют штатную работу клапана, когда плунжер вдвигается в цилиндр вместе со штоком, не перемещающимся относительно плунжера, либо шток вдвигается в плунжер, полностью вдвинутый в цилиндр. Отказ клапана диагностируют при вдвижении штока в неподвижный относительно цилиндра плунжер, не полностью вдвинутый в цилиндр, либо в плунжер, выдвигающийся из цилиндра. Устройство выполнено в виде диска, установленного на штоке с возможностью перемещения диска по штоку под действием внешней силы. По периметру диск снабжен упорами, выполненными с возможностью их контакта с торцовой поверхностью цилиндра. В диске выполнены отверстия, в которых размещены стержни-индикаторы, выполненные с возможностью их контакта с торцовой поверхностью плунжера и перемещения в отверстиях диска под действием внешней силы. Высота упоров диска выполнена большей высоты стержней-индикаторов. Технический результат заключается в возможности диагностики состояния клапанов гидравлических стоек. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемая группа изобретений относится к горному делу и касается способа диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления и устройства, диагностирующего состояние клапана; способ и устройство пригодны для использования как в очистном забое при эксплуатации механизированной крепи, так и при стендовых испытаниях гидравлических стоек двойной раздвижности равного сопротивления.
Средств, которые позволяли бы диагностировать состояние клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления, не существует. Из патентной литературы известен способ контроля состояния шахтной гидравлической крепи по авт. свид. СССР №1467200, Е21D 15/44, G01В 3/22 (заявл. 22.05.87, опубл. 23.03.89), направленный на установление причин снижения сопротивления шахтной гидравлической крепи и включающий измерение перемещения выдвижной части стойки относительно ее гидроцилиндра. Указанное известное решение, ввиду его единственности, и использовано нами в качестве прототипа, содержащего единственный сходный признак - фиксацию перемещения выдвижной части стойки.
Понятно, что не существует и устройства, решающего указанную задачу. Из патентной литературы известно устройство для определения линейного положения штока гидроцилиндра относительно его корпуса по авт. свид. СССР №1796871, G01В 5/14 (заявл. 29.03.92, опубл. 23.02.93); устройство по указанному аналогу не содержит признаков, сходных с признаками заявляемого устройства, реализующего предлагаемый способ.
Гидравлические стойки двойной раздвижности известны - см., например, авт. свид. СССР №739243, Е21D 15/44 (заявл. 20.02.78, опубл. 15.06.80), №1585529, Е21D 15/44 (заявл. 04.04.88, опубл. 15.08.90).
Известна стойка двойной раздвижности равного сопротивления, включающая цилиндр, установленный в нем плунжер первой ступени с поршнем, снабженный поршнем шток второй ступени, установленный внутри указанного плунжера, и клапан второй ступени, размещенный в поршне плунжера. Такая гидравлическая стойка использована в конструкциях крепей М-101 Т, МК-97 (см. Ильинский С.Г. и др. Машинист механизированного комплекса очистного забоя, М., Недра, 1975, с.28-32, рис.14), крепи «Донбасс», (см. Христенко А.П. и др. Угледобывающий комплекс «Донбасс», М., Недра, 1978, с.23-25, рис.III.3), крепи М-103, КД-80, КД-90.
Работает известная стойка следующим образом (наиболее подробно работа стойки описана в упомянутой выше книге Христенко А.П. и др., стр.23-24).
При распоре стойки рабочая жидкость под давлением подается от гидрораспределителя в поршневую полость цилиндра. Конструкция стойки не определяет порядка выдвижения ее ступеней; на практике, очередность выдвижения ступеней определяется, в основном, трением в парах плунжер-цилиндр и шток-плунжер. Давлением рабочей жидкости открывается обратный клапан, размещенный в поршне плунжера, и происходит выдвижение штока из плунжера и плунжера из цилиндра; при раздвижке рабочая жидкость из штоковых полостей штока и плунжера вытесняется в сливную магистраль. После распора стойки обратный клапан закрывается, изолируя поршневые полости штока и плунжера; при этом шток по существу представляет собой жесткую надставку, способную перемещаться при податливости стойки под нагрузкой лишь совместно с плунжером.
Податливость стойки под активной внешней нагрузкой происходит циклами, когда давление рабочей жидкости в поршневой полости плунжера периодически достигает уровня настроечного давления предохранительного клапана стойки, и рабочая жидкость через предохранительный клапан вытесняется на слив. При этом плунжер вдвигается в цилиндр стойки, перемещаясь, как одно целое, вместе со штоком, а несущая способность стойки равна произведению настроечного давления предохранительного клапана и площади плунжера первой ступени раздвижности, т.е. номинальной несущей способности стойки. Указанные циклы срабатывания предохранительного клапана повторяются до тех пор, пока не исчерпается податливость первой ступени, - пары цилиндр-плунжер.
(На практике, диапазона раздвижности, обеспечиваемого допустимыми перемещениями плунжера относительно цилиндра, бывает достаточно для отработки лаво-участка при правильном выборе типоразмера механизированной крепи для отработки конкретного участка шахтного поля.)
Дальнейшая податливость стойки под нагрузкой обеспечивается за счет второй ступени раздвижности; в конце хода плунжера толкатель обратного клапана, упираясь в дно цилиндра, открывает клапан; происходит мгновенное выравнивание давлений (давление в поршневой полости штока в 2-2,5 раза выше давления рабочей жидкости в поршневой полости плунжера) в поршневых полостях штока и плунжера, последний выдвигается из цилиндра, выводя толкатель из контакта с дном цилиндра, обратный клапан закрывается и поршневые полости оказываются вновь изолированными друг от друга. Перемещение плунжера относительно цилиндра составляет не более 1 мм; указанный зазор выбирается при дальнейшей податливости первой ступени стойки до очередного открытия обратного клапана толкателем.
Отказ обратного клапана второй ступени раздвижности стойки приводит к тому, что поршневые полости штока и плунжера сообщаются между собой, давление в них выравнивается, а несущая способность стойки при полностью выдвинутом плунжере снижается в 2-2,5 раза; при этом указанная неисправность не определима ни при осмотре стойки, ни по показаниям манометра, индицирующего давление рабочей жидкости в поршневой полости плунжера стойки.
Специалисту понятно, что существенное снижение несущей способности стоек приведет к увеличению опускания кровли в забое, ухудшению состояния кровли, снижению безопасности работ и другим негативным последствиям.
Причинами отказа обратного клапана второй ступени являются неточность изготовления клапана, кавитационный износ его элементов, попадание твердых частиц на контактные поверхности клапана и др.
Задача предлагаемой группы изобретений состоит в создании способа и средства диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления, пригодных для использования как в шахтных условиях, так и при стендовых испытаниях стоек.
В предлагаемом способе диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления, включающей цилиндр, установленный в нем плунжер первой ступени с поршнем, снабженный поршнем шток второй ступени, установленный внутри плунжера, и клапан второй ступени, размещенный в поршне плунжера,
при котором фиксируют перемещения выдвижной части стойки,
в соответствии с изобретением,
при податливости стойки под нагрузкой фиксируют перемещения штока относительно плунжера и плунжера относительно цилиндра и диагностируют нормальную работу клапана, когда плунжер вдвигается в цилиндр вместе со штоком, не перемещающимся относительно плунжера, либо шток вдвигается в плунжер, полностью вдвинутый в цилиндр,
а отказ клапана диагностируют при вдвижении штока в неподвижный относительно цилиндра плунжер, не полностью вдвинутый в цилиндр, либо в плунжер, выдвигающийся из цилиндра.
Отказ клапана второй ступени стойки диагностируется при выявлении неразрешенных при нормальной работе относительных перемещений элементов выдвижной части стойки двойной раздвижности равного сопротивления.
Устройство, позволяющее детектировать указанные неразрешенные относительные перемещения, в соответствии с изобретением выполнено в виде диска, устанавливаемого на штоке с возможностью перемещения диска по штоку под действием внешней силы, по периметру диск снабжен упорами, выполненными с возможностью их контакта с торцовой поверхностью цилиндра, в диске выполнены отверстия, в которых размещены стержни-индикаторы, выполненные с возможностью их контакта с торцовой поверхностью плунжера и перемещения в отверстиях диска под действием внешней силы.
В соответствии с дополнительным пунктом притязаний высоту упоров диска предлагается выполнить большей высоты стержней-индикаторов; это позволит исключить контакт стержней-индикаторов с торцом плунжера при его выдвижении из цилиндра при податливости второй ступени в штатном режиме.
Ниже приводится подробное описание предлагаемых способа и устройства; описание устройства иллюстрируется чертежами, на которых фиг.1 приводит схематично стойку с установленным на ее штоке устройством, фиг.2 - вид по А фиг.1.
Предлагаемый способ состоит в фиксации и интерпретации относительных перемещений элементов выдвижной части при податливости под нагрузкой стойки двойной раздвижности равного сопротивления.
Работа стойки в нормальном режиме и имеющие место при этом относительные перемещения элементов выдвижной части стойки описаны выше.
Анализ работы стойки при отказе обратного клапана второй ступени раздвижности показывает, что в этом случае при податливости стойки под нагрузкой появляются неразрешенные перемещения штока относительно плунжера и плунжера относительно цилиндра стойки; при эксплуатации крепи указанные процессы являются медленно текущими и визуально не обнаружимы, однако то обстоятельство, что неразрешенные относительные перемещения накапливаются при податливости стойки, позволяет, в конечном счете, их обнаружить и диагностировать отказ клапана.
Отказ обратного клапана второй ступени раздвижности стойки приводит к тому, что поршневые полости штока и плунжера сообщаются между собой, т.е. становится возможным перетекание рабочей жидкости из одной поршневой полости в другую.
Дальнейшая податливость стойки под нагрузкой приводит к перетоку рабочей жидкости из поршневой полости штока в поршневую полость плунжера; при неподвижном плунжере при этом происходит перемещение штока относительно плунжера и сброс рабочей жидкости из поршневой полости плунжера через предохранительный клапан стойки, либо плунжер выдвигается из цилиндра, т.е. имеют место одновременно два относительных перемещения: штока по отношению к плунжеру и плунжера по отношению к цилиндру.
Понятно, что в обоих случаях при отказе клапана несущая способность стойки не будет превышать произведения давления срабатывания предохранительного клапана стойки на площадь поршня штока; понятно также, что во втором случае, когда податливость стойки происходит с выдвижением плунжера без срабатывания предохранительного клапана стойки, несущая способность будет ниже указанного произведения.
Диагностика, собственно, и состоит в фиксации при податливости стойки указанных неразрешенных при штатной работе относительных перемещений элементов выдвижной части, свидетельствующих об отказе обратного клапана второй ступени раздвижности стойки.
Фиксация указанных неразрешенных относительных перемещений элементов выдвижной части стойки осуществляется с помощью предлагаемого устройства, устанавливаемого на шток стойки, как это показано на фиг.1.
Устройство содержит диск 1, выполненный из частей 11 и 12 (фиг.2), и устанавливаемый на штоке 2 с возможностью перемещения по штоку под действием силы, приложенной к нему от руки, либо со стороны плунжера 3 или цилиндра 4.
Диск 1 со стороны, обращенной к цилиндру 4, снабжен размещенными по периметру упорами 5, выполненными с возможностью контакта с торцовой поверхностью цилиндра 4. В диске 1 выполнены отверстия, в которых размещены стержни-индикаторы 6, выполненные с возможностью их контакта с торцовой поверхностью плунжера 3 и перемещения в отверстиях диска 1. Высота упоров 5 над поверхностью диска 1 выполнена большей высоты стержней-индикаторов 6 с тем, чтобы исключался контакт стержней-индикаторов 6 с торцом плунжера 3 при его выдвижении из цилиндра 4 при податливости второй ступени раздвижности в штатном режиме.
Работает устройство следующим образом.
На штоке 2 стойки из частей 11 и 12 собирают и устанавливают диск 1 и перемещают от руки диск 1 по штоку 2 к торцу плунжера 3. Стержни-индикаторы 6 диска 1 от руки перемещают в отверстиях диска 1, выдвигая их в направлении торца плунжера 3. Устройство готово к работе.
Устройство с разъемным диском 1 предназначено для установки на стойки, находящиеся в эксплуатации, либо испытываемые на стенде; понятно, что при сборке стойки на ее шток может устанавливаться устройство с цельным, неразъемным диском.
При штатной работе клапана второй ступени разрешенные относительные перемещения элементов выдвижной части стойки не приводят к перемещению стержней-индикаторов 6 в отверстиях диска 1.
При появлении неразрешенных относительных перемещений указанные перемещения будут индицированы стержнями-индикаторами 6, которые выдвинутся на противоположную сторону диска 1. Понятно, что перемещения стержней-индикаторов 6 относительно диска 1 могут быть преобразованы, например, в электрический сигнал для дистанционного контроля состояния клапана стойки.
Новый технический эффект предложения состоит в возможности диагностирования, в т.ч. дистанционного, состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления.
1. Способ диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления, включающей цилиндр, установленный в нем плунжер первой ступени с поршнем, снабженный поршнем шток второй ступени, установленный внутри плунжера, и клапан второй ступени, размещенный в поршне плунжера, при котором фиксируют перемещения выдвижной части стойки, отличающийся тем, что при податливости стойки под нагрузкой фиксируют перемещения штока относительно плунжера и плунжера относительно цилиндра и диагностируют штатную работу клапана, когда плунжер вдвигается в цилиндр вместе со штоком, не перемещающимся относительно плунжера, либо шток вдвигается в плунжер, полностью вдвинутый в цилиндр, а отказ клапана диагностируют при вдвижении штока в неподвижный относительно цилиндра плунжер, не полностью вдвинутый в цилиндр, либо в плунжер, выдвигающийся из цилиндра.
2. Устройство для осуществления способа диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки двойной раздвижности равного сопротивления, отличающееся тем, что оно выполнено в виде диска, установленного на штоке с возможностью перемещения диска по штоку под действием внешней силы, по периметру диск снабжен упорами, выполненными с возможностью их контакта с торцовой поверхностью цилиндра, в диске выполнены отверстия, в которых размещены стержни-индикаторы, выполненные с возможностью их контакта с торцовой поверхностью плунжера и перемещения в отверстиях диска под действием внешней силы.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что высота упоров диска выполнена большей высоты стержней-индикаторов.
