本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧装置及方法。
背景技术：
机械式恒阻单体支柱因具有支撑能力强，支护稳定，使用简便，使用成本低等特征，在煤矿工程支护领域应用广泛。如何施加预紧力是影响机械式恒阻单体支柱快速有效支撑顶板的关键因素。但在施加预紧力过程中，受巷道支护断面高度和油缸活塞杆伸出长度的限制，需要反复拆卸、安装升柱预紧装置，才能达到提供预紧力的目的，这种装置操作复杂，稳定性差。
因此，从提高单体支柱支护性能考虑，急需对单体支柱预紧装置进行改革。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得该装置既能够达到对单体支柱连续升柱施加预紧力的目的，又能够实现结构简单，操作方便的效果。
本发明解决上述问题的技术方案是：
本发明的目的是提供一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧装置，包括连续升柱器、加压系统、供油管路和监测单元；所述连续升柱器为核心部件，包括液压油缸、柱筒夹紧套环、柱杆夹紧套环，所述柱杆夹紧套环通过缸头座与液压油缸活塞杆固定连接，所述柱筒夹紧套环与液压油缸的缸体缸尾固定连接；所述加压系统为连续升柱预紧装置的一部分，可采用手动加压泵或动力加压泵加压；所述供油管路包括两根油管，油管两端分别与连续升柱器和加压系统油口相连，所述连续升柱器的两个油口均设置在液压油缸的缸体上；所述监测单元为设置在加压系统前端的压力表。
所述柱杆夹紧套环为开合套环，一侧通过转轴固定连接，另一侧设置有柱杆螺栓孔，通过柱杆夹紧螺栓和夹紧螺母与所述柱杆螺栓孔的连接与分离来控制所述柱杆夹紧套环的闭合与张开。
所述柱筒夹紧套环为开合套环，一侧通过转轴固定连接，另一侧设置有柱筒螺栓孔，通过柱筒夹紧螺栓和夹紧螺母与所述柱筒螺栓孔的连接与分离来控制所述柱筒夹紧套环的闭合与张开。
所述柱杆夹紧套环内部装配有可拆卸圆锥套，所述可拆卸圆锥套通过限位螺栓与柱杆夹紧套环滑动相连，即柱杆夹紧套环侧面中部有一宽度稍大于限位螺栓直径的凹槽，可实现圆锥套在柱杆夹紧套环内沿轴向运动。
所述圆锥套和柱筒夹紧套环内表面为凹凸相间螺纹结构设计，以增大圆锥套和柱筒夹紧套环与单体支柱之间的摩擦力。
本发明还提供一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧方法，包括以下步骤:
1)将两根油管两端分别与连续升柱器和加压系统油口相连；
2)取下柱杆夹紧螺栓和夹紧螺母及柱筒夹紧螺栓和夹紧螺母，使所述柱杆夹紧套环和柱筒夹紧套环处于张开状态；
3)分别将柱杆夹紧套环和柱筒夹紧套环的两叶套住单体支柱的柱杆和柱筒；
4)将所述柱杆夹紧螺栓和夹紧螺母及柱筒夹紧螺栓和夹紧螺母分别插入柱杆螺栓孔和柱筒螺栓孔内，将所述柱杆夹紧套环和柱筒夹紧套环闭合并锁死；
5)调节加压系统中油路控制开关至进油档，通过加压系统不断加压，活塞杆伸出，圆锥套被挤压，与柱杆抱合，从而使被两个套环夹紧的单体支柱柱杆上升，观察此时压力表示数在额定工作压力范围内；
6)若单体支柱达到预设预紧力，则施加预紧力工作结束，若单体支柱与所需支护顶板未接触，调节加压系统中油路控制开关至回油档，通过加压系统不断卸压，活塞杆回缩，圆锥套与柱杆分离，待活塞杆完全回缩，再次调节加压系统中油路控制开关至进油档，通过加压系统不断加压，活塞杆再次伸出，圆锥套被挤压，与柱杆抱合，从而又使被两个套环夹紧的单体支柱柱杆上升；
7)若单体支柱达到预设预紧力，则施加预紧力工作结束，若单体支柱与所需支护顶板仍未接触，则重复步骤6，直至达到预设预紧力。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明通过调节加压系统中油路控制开关至不同档位，来控制连续升柱器活塞杆伸出、停滞和回缩，从而控制单体支柱柱杆上升，实现单体支柱连续升柱施加预紧力的目的；
2、本发明圆锥套和柱筒夹紧套环内表面为凹凸相间螺纹结构设计，增大了圆锥套和柱筒夹紧套环与单体支柱之间的摩擦力。
3、该装置升柱范围不受升柱器活塞杆长度的限制，可实现多次升柱，操作简单迅速，适用面广。
附图说明
本实施例中加压系统以手动加压泵为例，具体说明连续升柱预紧装置的结构和方法
图1为本发明中连续升柱预紧装置的整体结构示意图；
图2为本发明中柱杆夹紧套环结构示意图；
图3为本发明中柱筒夹紧套环结构示意图；
图中：1液压油缸；2油管1；3油管2；4油路控制开关；5手动加压泵手柄；6手动加压泵油箱；7柱筒夹紧套环；8柱杆夹紧套环；9活塞杆；10转轴；11圆锥套；12限位螺栓；13夹紧螺栓；14夹紧螺母；15缸头座；16手动加压泵；17连续升柱器；18压力表。
具体实施方式
本发明公开了一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧装置及方法，包括油管、连续升柱器、手动加压泵。油管有两根，油管两端分别与连续升柱器和手动加压泵油口相连。连续升柱器包括液压油缸、柱筒夹紧套环、柱杆夹紧套环，柱杆夹紧套环通过缸头座与液压油缸活塞杆固定连接，柱筒夹紧套环与液压油缸的缸体缸尾固定连接。手动加压泵是提供支柱柱杆上升的动力装置。本发明通过调节手动加压泵中油路控制开关至不同档位，来控制连续升柱器活塞杆伸出、停滞和回缩，从而控制单体支柱柱杆上升，实现单体支柱连续升柱施加预紧力的目的。
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧装置，包括连续升柱器(17)、手动加压泵(16)、供油管路(2)、(3)和压力表(18)等。所述连续升柱器(17)为核心部件，包括液压油缸(1)、柱筒夹紧套环(7)、柱杆夹紧套环(8)，所述柱杆夹紧套环(8)通过缸头座(15)与液压油缸(1)活塞杆(9)固定连接，所述柱筒夹紧套环(7)与液压油缸(1)缸体固定连接；所述供油管路包括油管(2)、(3)，油管(2)、(3)两端分别与连续升柱器(17)和手动加压泵(16)油口相连，所述连续升柱器(17)的两个油口均设置在液压油缸(1)的缸体上；所述压力表(18)用于监测加压示数大小。
如图2所示，柱杆夹紧套环(8)为开合套环，一侧通过转轴(10)固定连接，另一侧设置有柱杆螺栓孔，通过柱杆夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)与所述柱杆螺栓孔的连接与分离来控制所述柱杆夹紧套环(8)的闭合与张开。
如图3所示，柱筒夹紧套环(7)为开合套环，一侧通过转轴(10)固定连接，另一侧设置有柱筒螺栓孔，通过柱筒夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)与所述柱杆螺栓孔的连接与分离来控制所述柱筒夹紧套环(7)的闭合与张开。
柱杆夹紧套环(8)内部装配有可拆卸圆锥套(11)，圆锥套通过限位螺栓(12)与柱杆夹紧套环(8)滑动相连，即柱杆夹紧套环侧面中部有一宽度稍大于限位螺栓直径的凹槽，可实现圆锥套在柱杆夹紧套环内沿轴向运动。
圆锥套(11)和柱筒夹紧套环(7)内表面为凹凸相间螺纹结构设计，以增大圆锥套和柱筒夹紧套环与单体支柱之间的摩擦力。
手动加压泵(16)包括油路控制开关(4)、压力表(18)、手动加压泵油箱(6)、手动加压泵手柄(5)。所述油路控制开关(4)包括进油档、空档和回油档，通过调节油路控制开关(4)位置可实现连续升柱器(17)活塞杆(9)伸出、停滞和回缩；所述手动加压泵油箱(6)提供供油和储油空间；所述加压泵手柄(5)是给整个装置提供动力的外在辅助结构。
监测单元为布置在手动加压泵前端的压力表(18)，所述压力表(18)用于监测加压示数大小。
本发明还提供一种机械式恒阻单体支柱连续升柱预紧方法，包括以下步骤:
1)将油管(2)两端、油管(3)两端分别与连续升柱器(17)和手动加压泵(16)油口相连；
2)取下柱杆夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)及柱筒夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)，使柱杆夹紧套环(8)和柱筒夹紧套环(7)处于张开状态；
3)分别将柱杆夹紧套环(8)和柱筒夹紧套环(7)的两叶套住单体支柱的柱杆和柱筒；
4)将柱杆夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)及柱筒夹紧螺栓(13)和夹紧螺母(14)分别插入柱杆螺栓孔和柱筒螺栓孔内，将柱杆夹紧套环(8)和柱筒夹紧套环(7)闭合并锁死；
5)调节手动加压泵(16)中油路控制开关(4)至进油档，通过手动加压泵手柄(5)不断加压，活塞杆(9)伸出，圆锥套(11)被挤压，与柱杆抱合，从而使被两个套环夹紧的单体支柱柱杆上升，观察此时压力表(18)示数在额定工作压力范围内；
6)若单体支柱达到预设预紧力，则施加预紧力工作结束，若单体支柱与所需支护顶板未接触，调节手动加压泵(16)中油路控制开关(4)至回油档，通过手动加压泵手柄(5)不断卸压，活塞杆(9)回缩，圆锥套(11)与柱杆分离，待活塞杆(9)完全回缩，再次调节手动加压泵(16)中油路控制开关(4)至进油档，通过手动加压泵手柄(5)不断加压，活塞杆(9)再次伸出，圆锥套(11)被挤压，与柱杆抱合，从而又使被两个套环夹紧的单体支柱柱杆上升；
7)若单体支柱达到预设预紧力，则施加预紧力工作结束，若单体支柱与所需支护顶板仍未接触，则重复步骤6，直至达到预设预紧力。
本发明在某煤矿8216工作面回撤支护技术中起到了关键作用。8216工作面撤退过程中，采用机械式单体支柱与木垛相配合的支护方式，通过连续升柱器及时快速的对机械式单体支柱施加高恒定预紧力，既保证了掩护支架安全回撤，还使支架回撤一定距离后，顶板完全垮落。
8216回撤工作面高4m，单体支柱初始安装长度3.5m，连续升柱器活塞杆最大伸出长度0.4m，单次升柱完成后，单体支柱柱杆与顶板尚未接触，通过调节加压系统使活塞杆回缩后再次伸出，使单体支柱柱杆与顶板接触施加预紧力。预紧力大小通过监测单元进行监测，在实际施加预紧力过程中，控制预紧力大小在100kn左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。