книги / Техника для выемки тонких пластов

се 1 начинает поступать рабочая жидкость с давлением р, по мере увеличения этого давления возрастает усилие N прижатия клапана 2 к седлу 3 и они вместе перемещаются, сжимая пружи­ ну 4.

Когда клапан и седло переместятся на расстояние с (началь­ ный зазор между буртиком клапана 2 и поверхностью корпуса /), клапан 2 упрется буртиком в корпус и остановится (точка В на графике), а седло 3 будет перемещаться, отрываясь от клапана и открывая проход рабочей жидкости через каналы в клапане 2 и седле 3 на слив (рис. 5.7, б).

При этом отрезок ОБ = С представляет совместное перемеще­ ние седла 3 и клапана 2, точка Б — момент остановки клапана 2, а линия BK = D — ход седла 3 при его дальнейшем перемещении

(зона открытия клапана).

Клапаны, построенные по такой схеме, называются клапанами нарастающего контактного давления с подвижным седлом. Основ­

ное их	преимущество — увеличивающиеся контактные давления
между	клапаном и седлом до момента открытия клапана, что

обусловливает хорошую герметичность клапана во всем диапазо­ не давлений, вплоть до давления настройки клапана на откры­ вание.

Недостатком такой схемы клапана является его относительно повышенная чувствительность к загрязнению рабочей жидкости. При попадании соринки между клапаном и седлом теряется гер­ метичность предохранительного клапана.

Клапан ГВТН10 (рис. 5.7, в) устроен и работает следующим образом. В корпусе 1 находится седло 2 клапана, кольцевая щель в котором заперта плоской пластмассовой диафрагмой 3, прижи­ маемой к седлу торцовой поверхностью резинового баллона 4.

Внутри баллона находится под давлением сжатый азот (отсюда и название такого предохранительного клапана — «газовый кла­ пан») .

Для зарядки резинового баллона сжатым азотом служит заряд­ ный обратный клапан 5, прижимаемый пружиной 6.

При подаче рабочей жидкости по центральному каналу А и

повышении ее давления до давления настройки клапана происхо­ дит отжим диафрагмы 3 от кольцевых щелей В между корпусом и седлом, и рабочая жидкость поступает на слив (см. рис. 5.7, г).

Основное преимущество такого клапана — относительно не­ большая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости и по­ вышенная надежность.

Недостатки — необходимость периодической подзарядки кла­ пана сжатым азотом из-за его диффузии.

Рабочая характеристика предохранительного клапана. Работа

предохранительного клапана определяется его рабочей характе­ ристикой, которая бывает статической и динамической.

Статическая характеристика показывает изменение давления в процессе работы предохранительного клапана (процесс откры­ тия — закрытия) при монотонном опускании пород кровли со сред-

	ней скоростью 3—5 мм/ч					(рис. 5.8).
	Она	состоит	из	двух		режимов:
	I — режим упругой				податливос­
	ти,	когда предохранительный						кла­
	пан закрыт, от него требуется аб­
	солютная герметичность,					а	опуска­
	ние	выдвижной	части		гидростойки
	происходит вследствие						упругого
	сжатия столба жидкости в ее порш­
	невой полости и упругих деформа­
	ций	(раздутие)	стенок			цилиндра;
	II — режим		постоянного					сопро­
	тивления, когда под действием мо­
	нотонно опускающихся				пород кров­
характеристика	предохранитель­ ли происходит		периодическое					чере­
ного клапана	дование открытия			и закрытия пре­
	дохранительного			клапана			с	про­

пуском части рабочей жидкости из поршневой полости стойки на слив. Величина опускания в этом режиме выдвижной части гид­ ростойки определяется количеством рабочей жидкости, стравлен­ ной через предохранительный клапан.

Отклонение давления ртах и Pmin в этом режиме от среднего

значения р п.к (номинальное давление настройки срабатывания предохранительного клапана) характеризует стабильность и чув­ ствительность его работы.

Величина ±Др отклонения давления срабатывания у хороших

предохранительных клапанов
i Др ^ ®>^Рп.к	(5.6)

Линия ВС на характеристике соответствует номинальному зна­ чению давления рп.к срабатывания нового предохранительного клапана. Следует иметь в виду, что номинальное значение давле­ ния срабатывания предохранительного клапана с течением време­ ни, независимо от того, находился клапан в работе или нет, изме­ няется.

При металлических пружинах в предохранительных клапанах это происходит в связи с изменением жесткости пружины с тече­ нием времени, а при газовых пружинах происходит из-за микро­ утечек газа, в том числе вследствие его диффузии.

Допустимое снижение давления срабатывания клапана (линия BiCi) должно быть не менее 0 ,8 р п.к. При большем снижении дав­ ления срабатывания предохранительный клапан подлежит замене.

Поэтому, учитывая сроки транспортирования и хранения обо­ рудования комплексов, необходима обязательная проверка перед спуском секций механизированной крепи в шахту фактического давления срабатывания предохранительных клапанов гидростоек. При фактическом давлении срабатывания Р ф <0,8р„.к клапаны подлежат замене, перенастройке или подзарядке сжатым азотом. Соблюдение этого правила является одним из важных условий

обеспечения нормальной эксплуатации механизированной крепи в ее начальный период.

Динамическая характеристика предохранительного клапана.

Работа предохранительного клапана характеризуется также его динамической характеристикой, которая является динамической характеристикой системы гидростойка — предохранительный кла­ пан — сливная магистраль и определяется характером изменения давления в поршневой полости гидростойки при динамических проявлениях горного давления (резком опускании пород кровли).

Примером проявления динамического режима является бросок давления в предохранительном клапане, который возникает при работе гидравлической стойки в условиях пород III и IV категории по классификации б. ВУГИ в момент резких осадок непосредст­ венной кровли, вызванных разломом и сдвижением пород основ­ ной кровли. В этом случае зарегистрированы мгновенные скоро­ сти опускания пород кровли до 450 мм/с, предохранительный кла­ пан не в состоянии пропустить весь объем жидкости, и возникает пик давления ртах (точка Б на рис. 5.8).

Динамическая характеристика предохранительного клапана показывает изменение давления в поршневой полости гидростойки при резких опусканиях выдвижной части гидростойки.

Для определения относительной динамической характеристики предохранительных клапанов в Гипроуглемаше и ВНИМИ созда­ ны специальные стенды, динамические испытания на которых за­ ключаются в нанесении удара определенной энергии по выдвиж­ ной части гидростойки с фиксированием при этом изменения дав­ ления рабочей жидкости в поршневой полости гидростойки и ско­ рости оседания выдвижной части гидростойки во времени.

Сравнительные динамические характеристики (осциллограммы изменения давления в поршневой полости гидростойки) предохра­ нительных клапанов ЭКП с гидростойками крепи «Донбасс» и ГВТН10 с гидростойками крепи 1МКЮЗ приведены на рис. 5.9. Из осциллограмм видно, что при равном динамическом нагруже­ нии ударом с силой 2200 кН, одинаковой настройке давления сра­ батывания клапанов — 34 МПа работа системы гидростойка — предохранительный клапан была различной. У системы с клапа­ ном ЭКП пик давления составлял 65,6 МПа, а с газовым клапа­ ном ГВТН10 — 62,6 МПа. При этом падение давления от макси­ мального до 33,5 МПа в системе с клапаном ЭКП продолжалось 0,48 с, а с клапаном ГВТН10 — не более 0,18 с.

Полученные динамические характеристики показали, что раз­ ные типы предохранительных клапанов с повышением давления имеют различную пропускную способность. В результате испыта­ ний предохранительных клапанов ЭКП и ГВТН10 при нагружении их давлением 42,5 МПа (1,25 номинального давления настройки 34 МПа) установлено, что их пропускная способность составляет соответственно 15 и 90 л/мин.

Динамические испытания предохранительных клапанов выяви­ ли у клапанов с металлическими пружинами заметное влияние на

Рис. 5.9. Динамические характеристики предохранительных клапанов:

а — ЭКП с гидростойкой крепи «Донбасс»; б — ГВТН10 с гидростойкой крепи 1МК103

а

Рис. 5.10. Осциллограммы расхода жидкости Q через клапан при давлении пе­ ред клапаном /?2 и давлении за клапаном рх:

а — клапан ЭКП; 6 — газовый клапан ГВТН10

их пропускную способность возникающего в сливной магистрали противодавления, а у газовых клапанов оно почти не влияет на пропускную способность, что является их преимуществом.

Так, у предохранительного клапана ЭКП при повышении дав­

ления в сливной магистрали до Pi =			14 МПа	(рис. 5.10)	при дав­
лении	перед клапаном	р2 = 43 МПа	пропускная способность кла­
пана	уменьшилась с	15 л/мин до	нуля. У	газового	клапана

ГВТН10 при повышении давления в сливной магистрали до pi =

= 15,5 МПа пропускная способность клапана £2=37,5 МПа оста­ лась неизменной — 90 л/мин.

Снижение пропускной способности у клапанов ЭКП до нуля при повышении давления в сливной магистрали до 14 МПа явля­ ется одной из причин наблюдающихся случаев раздутия гидроци­ линдров стоек.

Повышение давления в сливной магистрали может быть вы­

звано пережатием отдельных колен изогнутых патрубков или их засорений. Для предотвращения этого в случае применения пре­

дохранительных клапанов ЭКП необходимо контролировать дав­ ление в сливной магистрали, которое не должно быть больше 8 МПа. Действенной мерой является установка в сливной магист­ рали предохранительного клапана, рассчитанного на срабатыва­ ние при давлении не свыше 8 МПа.

Снятие динамических характеристик предохранительных клапа­ нов является определяющей мерой для обеспечения работоспособ­ ности гидростоек, перекрытий и оснований секций крепи.

Техническая характеристика предохранительных клапанов ЭКП и ГВТН10

	ЭКП	г в т н ю
Условный проход, мм . . .	3	5
Давление настройки, МПа:	32	32
номинальное
максимальное .	40	50
минимальное.....................................................................	25	25
Пропускная способность при давлении 42,5 МПа, л/мин .	15	90
Расход рабочей жидкости, л/мин:	0,03	0,03
номинальный.....................................................................
максимальный при давлении +25% от номинального . . .	30	40
Допускаемое отклонение давления от настроечного при номиналы	± 1	± 2
ном расходе, МПа . . .
Средний ресурс л (циклы),	700	700 (25 000)

Зарядное устройство для газо­ вых клапанов ГВТН10. Для за­

рядки предохранительных газовых клапанов сжатым азотом и на­ стройки их на заданное давление’

срабатывания	служит	специаль­
ное зарядное	устройство		конст­
рукции Гипроуглемаша,		гидропнев­
матическая схема которого			приве­

дена на рис. 5.11. От баллона 4 со

сжатым азотом через впускной об­ ратный клапан 2 сжатый азот по­

ступает в блок зарядки 7, где од­ новременно заряжаются два пре­ дохранительных газовых клапа­ на 6. Блок зарядки снабжен мано­

метром 5.

С напорной магистралью блока зарядки соединены два управ­

Рис. 5.11. Гидропневматическая схема зарядного устройства

ляемых обратных клапана: 1 — впускной и 3 — отсечный. Они свя­ заны напорной магистралью, включающей отсечный вентиль 12 с мультипликатором 9, предохранительным клапаном 10, дроссе­ лем 8 и манометром 11.

Техническая характеристика зарядного устройства
Газ для зарядки		Азот газообразный
		ГОСТ 9293—74
Число одновременно заряжаемых предохранительных клапанов		2
Давление настройки клапанов, МПа:		63
максимальное .
минимальное ......................................................................................		Без ограничения
Число клапанов, заряжаемых с одного наполнения мультиплика­
тора от баллона с давлением 11 МПа, на давление настройки:		120
26 МПа
32	МПа	100
40	МПа	80
50	МПа	60
63	М П а ..........................................................	50
Объем газовой камеры мультипликатора, см3		1700
Ход поршня, м м .....................		325
Коэффициент мультипликации		1:4

5.5. Разгрузочные клапаны

Разгрузочный клапан — это гидравлически управляемый об­ ратный клапан — односторонний гидрозамок, запирающий порш­ невую полость гидростойки и разгружающий ее. Однако два об­ стоятельства определили специфичность его конструкции, что обу­ словило отличие устройства разгрузочного клапана от обычного одностороннего гидрозамка.

1. При разгрузке гидростойки освобождается значительная энергия упруго сжатых рабочей жидкости и стенок цилиндра гид­ ростойки, вызывающая в ряде случаев явление гидравлического удара. Поэтому разгрузочному клапану стали предъявлять требо­ вания по устранению этого явления, что наложило отпечаток на его конструкцию.

2. В сливной магистрали механизированной крепи могут возни­ кать давления рабочей жидкости до 3 МПа. Поэтому потребова­ лось, чтобы разгрузочный клапан, когда он используется как об­ ратный клапан, через который осуществляется поступление рабо­ чей жидкости в поршневую полость гидростойки, открывался при давлении не менее 4 МПа. Это необходимо для исключения слу­ чаев самопроизвольного распора гидростоек секции крепи при ее передвижке давлением рабочей жидкости в сливной магистрали.

В гидравлических стойках секций механизированных крепей, работающих в условиях тонких пологих пластов, применяются два типа разгрузочных клапанов: ЭКОР конструкции Донгипроугле-

маша и КГУ3.020 ПР1 конструкции Гипроуглемаша.				конструкции
Разгрузочный	клапан	ЭКОР	патронной
(рис. 5.12, а) состоит из корпуса 1,			в котором	смонтированы

Рис. 5.12. Разгрузочные клапаны:

а — ЭКОР; б - КГУ3.020ПР1

пластмассовое седло 2, шариковый обратный клапан 5, направляющая 4 с пружиной 5, прижимающей клапан к седлу. Для при­

нудительного открывания обратного клапана в расточке корпуса 1 смонтирован поршень 6 с уплотнительным кольцом 7.

При подаче рабочей жидкости под давлением в отверстие 8 поршень 6 перемещается, принудительно открывая своим хвосто­ виком 9 шариковый обратный клапан 3. Возврат поршня в ис­ ходное положение осуществляется пружиной 10. Разгрузочный

клапан ЭКОР монтируется в гнездо. Уплотнение между стенками и корпусом 1 осуществляется уплотнительными кольцами 11 и 12.

Недостатками разгрузочных клапанов ЭКОР являются незна­ чительный ресурс вследствие эрозийного размывания пластмас­ сового седла и частые случаи потери герметичности при попада­ нии и внедрении металлической стружки в поверхность рабочей кромки седла.

6 Зак. 1345

137

Осциллограмма изменения давления в поршневой полости гид­ ростойки в процессе разгрузки при возникновении явления гид­ равлического удара приведена на рис. 5.13, а.

Институтами Гипроуглемаш и ИГД им. А. А. Скочинского про­ ведены совместно исследования этого явления, и в конструкцию разгрузочного клапана КГУ3.020 ПР1 введен ряд конструктивных решений, устраняющих явление гидроудара (рис. 5.13,6).

5.6. Индикаторы давления

Индикатор давления предназначен для контроля за фактиче­ ским сопротивлением гидравлической стойки. Это, по сути, затруб­ ленный манометр, приспособленный к тяжелым условиям эксплуатации в очистном забое, показывающий текущее и макси­ мально возникавшее давление в поршневой полости гидростойки.

В настоящее время серийно изготовляются индикаторы давле­ ния ИД13 конструкции ИГД им. А. А. Скочинского и ИДЗ конст­ рукции Гипроуглемаша.

Для правильных показаний обоих индикаторов необходимо после каждой разгрузки гидростойки до ее распора нажимом пальца возвратить в исходное положение половину индикаторно­ го стержня (индикатор ИД13) или внутренний индикаторный стержень (индикатор ИДЗ), иначе в индикаторе будут отсутство­ вать показания максимального давления, достигнутого в текущем цикле в поршневой полости гидростойки.

5.7. Гидроблоки стоечные

Стоечный гидроблок состоит из корпуса, в котором размеще­ ны и соединены гидрокоммуникациями предохранительный и раз­ грузочный клапаны и индикатор давления. Как правило, стоечный гидроблок выполняется для каждой гидравлической стойки в от­

дельности.

В отдельных механизированных крепях один стоечный гидроблок устанавливается на две гидравлические стойки, находящие­ ся в одном ряду параллельно линии забоя.

Основные данные стоечных гидроблоков механизированных крепей для тонких пластов приведены в табл. 5.4.

Типовую конструкцию гидроблока стоечного рассмотрим на примере гидроблока стоечного унифицированного ГСУ3.000, кото­ рый создан как единый унифицированный стоечный гидроблок для всех типов механизированных крепей. Впервые такой гидро­ блок применен в механизированной крепи 1МК103.

Гидроблок стоечный (рис. 5.14) состоит из корпуса 1, выпол­

ненного в форме параллелепипеда, в расточках которого смонти­ рованы газовый предохранительный клапан 2 патронной конст­ рукции, удерживаемый в корпусе специальной гайкой 3. Для

Та бл ица 6.4

Основные технические данные стоечных гидроблоков

		Механизированная крепь
Показатели		1МК97Д	МК98	1МКД
Стоечный гидроблок		1МК97Д	МКДП .15	2МКД
Клапан:		11.00.060	040СБ	1203.030
		э к п	ЭКП	ЭКП
предохранительный
разгрузочный		ЭКОР	ЭКОР	ЭКОР
Индикатор давления		—	—	—
Тип соединений гидрокоммуникаций		Резьбовый	Резьбовый	Резьбовый
Габаритные размеры,	мм:		140	140
длина		210
ширина		180	130	130
высота		75	76	130
Масса, кг		9,1	8,4	16,4
			Продолжение табл. 5.4
		Механизированная крепь
Показатели		КД80	1МКЮЗ	1М88
Стоечный гидроблок		1КД80	ГСУЗ.ООО	1М87УМ
Клапан:		11.10.020СБ		30.64.000
		э к п	КГУЗ.ОЮ	ЭКП
предохранительный
разгрузочный		ЭКОР	КГУ3.020	ЭКОР
Индикатор давления		—	и д з	ИДЗ
Тип соединений гидрокоммуникаций		Резьбовый	Безрезьбовый	Резьбовый
Габаритные размеры,	мм:	164	115	170
длина
ширина		140	110	128
высота		130	67	130
Масса, кг		19,9	4,35	7,1

устранения утечек служат уплотнительные кольца 4 круглого се­ чения с защитными кольцами 5.

На входном отверстии под седлом предохранительного клапа­ на смонтирован легкосъемный сетчатый фильтр 6.

При срабатывании предохранительного клапана рабочая жидкость сливается через отверстие 7 в корпусе на почву, не по­ ступая в сливную магистраль. Появление в этом месте капель ра­ бочей жидкости показывает, что гидравлическая стойка вышла на номинальное рабочее сопротивление и происходит срабатывание предохранительного клапана.

Во втором отверстии корпуса 1 смонтирован разгрузочный кла­ пан 8 типа КГУ3.020 ПР непатронной конструкции. Детали раз­ грузочного клапана удерживаются в корпусе гайкой 9 с уплот­ нительным кольцом 10 и защитным кольцом 11.

но