一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架的制作方法

本发明涉及一种煤矿用超前液压支架，尤其涉及一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架，可以有效提高超前液压支架对巷道顶板凹凸不平等复杂条件的适应性。

背景技术

《煤矿安全规程》规定工作面两端头巷道超前20m范围内必须加强支护，传统支护方法主要采用木立柱、单体液压支柱等，这种支护方式存在支护强度低、可靠性差、工人劳动强度大等问题。随着支护技术与装备的发展，工作面超前支护由单体液压支柱演变为超前液压支架，超前液压支架主要分为两大类，一类为采用四连杆或套筒式稳定机构的超前液压支架，这种支护设备大大降低了工人劳动强度，提高了支护效率与效果，但这种设备对复杂顶底板条件适应性差，当巷道顶、底板存在凹凸不平时，则支架的接顶效果差，且这种支架存在对顶板的反复支撑破坏问题；另一类超前支架为不设计稳定机构的单元式超前液压支架，这种支架解决了上述超前液压支架对顶底板反复支撑破坏的问题，但由于支架的立柱和顶梁采用销轴固定连接，这种结构形式仍然存在接顶效果差的问题。

中煤北京煤矿机械有限责任公司申请号为201410757835.1名称为无反复支撑连续支护超前液压支架，这种超前液压支架属于第二类无反复支撑的单元式超前液压支架，可以实现超前液压支架移架时按后架变前架的方式，可以有效避免对巷道顶板的反复支撑。目前，无反复支撑超前液压支架的立柱与顶梁均采用销轴进行刚性连接固定，当巷道顶板平面与巷道底板平面处于非平行状态时，这种支架的顶梁与顶板岩层的接触效果则很差，不仅降低了支架对顶板的支护效果，而且支架很容易产生偏载，导致支架立柱与顶梁连接销轴发生断裂，甚至发生顶梁断裂脱落等安全事故。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统超前液压支架对巷道顶板变形适应性差的技术问题，提供一种可以根据顶板变形进行顶梁自适应角度旋转的超前液压支架，并且当液压支架支护完成后，支架进行降架操作时，顶梁的旋转角度可以自动复位至原来的正常状态。本发明针对上述问题，主要从高可靠性自适应旋转与自复位机构、立柱主体与球头分体式设计、整体结构螺旋卡扣式安装及供液系统三个方面进行了创新性发明设计。

本发明提供一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架，包括：底座、立柱、顶梁、立柱与底座固定卡扣、顶梁可旋转自复位机构。

所述底座通过与巷道底板岩层进行有效接触，为超前液压支架对顶板岩层形成有效支护力提供支点。

所述立柱用于对巷道顶板提供有效支护力。

所述顶梁用于与巷道顶板岩层进行接触，并通过立柱对巷道顶板岩层形成有效支护。

所述立柱与底座固定卡扣用于将立柱与底座进行固定，防止立柱出现水平方向移动。

所述顶梁可旋转自复位机构用于将立柱与顶梁进行铰接，并满足当巷道顶板平面与巷道底板平面处于非平行状态时，支架顶梁可以围绕立柱球头进行旋转；当支架进行降架操作后，支架顶梁可自动旋转复位至正常状态。

更进一步的，所述的底座包括底座主体、立柱左侧压块、立柱右侧压块；其中，通过立柱左侧压块与立柱右侧压块可以有效限制立柱上下移动。

更进一步的，所述的立柱包括立柱缸体、伸缩杆体、立柱球头，立柱球头与伸缩杆体采用分体式设计，立柱球头的直径应大于伸缩杆体的直径，立柱球头通过球头内的螺纹与伸缩杆体上的螺杆连接固定；立柱球头设置左侧弹性卡槽与右侧弹性卡槽，用于放置复位弹性体，并在安装过程中为安装扳手提供紧固卡位。

更进一步的，所述的顶梁包括顶梁主体、立柱柱窝、顶梁可旋转自复位机构限位板、顶梁可旋转自复位机构固定销孔、销轴固定卡槽。

更进一步的，所述的顶梁可旋转自复位机构包括立柱球头限位环、复位弹性垫圈，二者均采用圆环形整体设计。

更进一步的，所述的立柱球头限位环包括限位环与顶梁固定卡孔、复位弹性垫圈固定孔、复位弹性垫圈卡块、复位弹性垫圈卡槽。

更进一步的，所述的复位弹性垫圈包括立柱球头限位环连接孔、弹性垫圈与顶梁固定卡孔。

更进一步的，所述的一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架，其两根立柱的进液系统采用串联设计，但两根立柱分别设计安全阀。

更进一步的，所述支架立柱与顶梁采用特殊的安装工艺，包括：首先将立柱球头限位环放置于立柱的伸缩杆体上，然后将立柱球头与立柱杆体通过球头内的螺纹与伸缩杆体上的螺杆连接固定；然后将复位弹性垫圈置于立柱球头限位环内，并采用螺栓通过复位弹性垫圈固定孔、立柱球头限位环连接孔将复位弹性垫圈与立柱球头限位环连接固定，此时，复位弹性垫圈与立柱球头紧密接触；将立柱球头限位环的长边与顶梁的长边平行放置，将立柱球头放置于顶梁的柱窝内，并按顺时针或逆时针方向旋转90°，采用销轴通过顶梁可旋转自复位机构固定销孔、限位环与顶梁固定卡孔、弹性垫圈与顶梁固定卡孔将顶梁与立柱进行连接固定，并利用u型卡子通过销轴固定卡槽将销轴固定，完成顶梁与立柱的安装。

一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架的支护工艺为，首先通过立柱进液孔采用大流量供液方式向立柱内注入乳化液，两根立柱同时升起；当支架顶梁与顶板初始接触时，采用小流量供液方式，由于两根立柱采用串联进液方式，支架两根立柱的供液压力相同，可以实现沿顶梁长边方向支架顶梁与巷道顶板的充分接触，此时顶梁可以沿顶梁长边方向绕两根立柱进行旋转，保证顶梁与巷道顶板的充分接触；然后继续采用小流量供液方式，实现支架顶梁沿顶梁短边方向与顶板岩层表面充分接触，此时支架顶梁为了适应顶板岩层变形后的平面角度变化，顶梁短边方向将围绕立柱发生旋转，旋转过程中立柱球头横向挤压复位弹性垫圈的两侧，导致复位弹性垫圈内储存一定的横向挤压力；当支架顶梁与巷道围岩表面充分接触后，则采用大流量供液方式对巷道顶板岩层进行充分支护；当超前液压支架完成支护后，首先采用小流量泄液的方式降低支架高度，此时复位弹性垫圈将释放对立柱球头的横向挤压力，促使支架顶梁缓慢自动回复至正常状态；最后采用大流量泄液，进行快速降架，完成超前液压支架的一个支护循环。

本发明提供的一种可旋转自复位的超前液压支架，可以实现支架顶梁围绕立柱进行大幅度旋转与自动复位；可旋转自复位机构采用整体式设计保证了该机构的高可靠性；通过发明特殊旋转、卡扣式安装方式，实现了该机构结构可靠、安装方便，能够很好的解决现有超前液压支架难以适应巷道复杂的围岩条件，而导致支架销轴断裂、顶梁掉落、围岩失稳等问题。

附图说明

图1为本发明一种可旋转自复位的超前液压支架主体结构示意图。

图2为顶梁可旋转自复位机构结构位置示意图。

图3为可旋转自复位超前液压支架支护状态及正常状态示意图。

图4为底座主体结构示意图。

图5为立柱主体结构示意图。

图6为顶梁主体结构示意图。

图7为立柱球头限位环结构示意图。

图8为复位弹性垫圈结构示意图。

图9为可旋转自复位机构安装结构剖面图(顶梁正常支护状态)。

图10为可旋转自复位机构安装结构剖面图(顶梁大角度旋转状态)。

图11为可旋转自复位机构不同安装状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1～3所示为本发明一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架的主体结构及支护状态示意图，包括：底座1、立柱2、顶梁3、立柱与底座固定卡扣4、顶梁可旋转自复位机构5。

所述底座通过与巷道底板岩层进行有效接触，为超前液压支架对顶板岩层形成有效支护力提供支点。

所述立柱用于对巷道顶板提供有效支护力。

所述顶梁用于与巷道顶板岩层进行接触，并通过立柱对巷道顶板岩层形成有效支护。

所述立柱与底座固定卡扣用于将立柱与底座进行有效固定，防止立柱出现水平方向移动。

所述顶梁可旋转自复位机构用于将立柱与顶梁进行铰接，并满足当巷道顶板平面与巷道底板平面处于非平行状态时，支架顶梁可以围绕立柱球头进行旋转，即处于支架接顶后顶梁大角度旋转状态6，保证顶梁与巷道顶板有效接顶；当支架进行降架操作后，支架顶梁可自动旋转复位至正常状态，即自动旋转复位后的状态7。

所述底座1包括底座主体11、立柱左侧压块12、立柱右侧压块13；其中，通过立柱左侧压块与立柱右侧压块可以有效限制立柱上下移动；立柱与底座固定卡扣4、底座主体11相连，可以有效限制立柱在前、后、左、右四个方向移动，即通过底座固定卡扣4、立柱左侧压块12、立柱右侧压块13将立柱牢牢的固定在底座主体上。

所述立柱2包括立柱缸体21、伸缩杆体22、立柱球头23，立柱球头与立柱杆体采用分体式设计，立柱球头的直径应大于立柱伸缩杆体的直径，立柱球头通过球头内的螺纹24与伸缩杆体上的螺杆25连接固定；立柱球头设置左侧弹性卡槽26与右侧弹性卡槽27，用于放置弹性材料，实现顶梁围绕立柱球头可旋转并可以实现自动复位的效果。

所述顶梁3包括顶梁主体31、立柱柱窝32、顶梁可旋转自复位机构限位板33、顶梁可旋转自复位机构固定销孔34、销轴固定卡槽35。

所述顶梁可旋转自复位机构5包括立柱球头限位环51、复位弹性垫圈52，其中，立柱球头限位环上设计限位环与顶梁固定卡孔53、复位弹性垫圈固定孔54、复位弹性垫圈卡块55、复位弹性垫圈卡槽56；复位弹性垫圈上设计立柱球头限位环连接孔57、弹性垫圈与顶梁固定卡孔58；将复位弹性垫圈52放置于立柱球头限位环51的复位弹性垫圈卡块55、复位弹性垫圈卡槽56内，并通过立柱球头限位环连接孔57、复位弹性垫圈固定孔54将立柱球头限位环51与复位弹性垫圈52进行连接固定；通过顶梁可旋转自复位机构固定销孔34将顶梁可旋转自复位机构5与顶梁可旋转自复位机构限位板33连接固定；立柱球头限位环51的内环设计为圆弧型，可以对立柱球头23进行紧密包裹，限制立柱球头的水平移动，同时允许立柱球头绕顶梁柱窝旋转；复位弹性垫圈52的内环设计为直墙拱形，直墙侧与立柱球头的左侧弹性卡槽、右侧弹性卡槽紧密接触；当超前支架顶梁与巷道顶板岩层发生接触时，超前支架顶梁可适应顶板岩层表面角度绕立柱球头发生旋转，在旋转过程中立柱球头横向挤压两侧的复位弹性垫圈52，促使复位弹性垫圈52发生弹性变形；当超前支架完成对顶板岩层的支护后，对超前支架进行降架操作，此时复位弹性垫圈恢复弹性变形，复位弹性垫圈52对顶梁产生的横向作用力促使支架顶梁恢复至正常状态，从而实现了超前液压支架顶梁的可旋转与自复位功能。

所述顶梁可旋转自复位机构5采用圆环形整体设计，提高了该机构的可靠性；由于采用立柱伸缩杆体22与立柱球头23分体式设计，立柱球头直径大于立柱杆体，而且取消了传统立柱球头的销轴连接孔，因此传统安装方式将不适用于本发明，需要采用特殊的安装工艺。

所述特殊的安装工艺为，首先将立柱球头限位环51放置于伸缩杆体22上，然后将立柱球头23与立柱杆体22通过球头内的螺纹24与伸缩杆体上的螺杆25连接固定，此时左侧弹性卡槽26与右侧弹性卡槽27可作为安装扳手的卡槽；然后将复位弹性垫圈52置于立柱球头限位环内，并通过复位弹性垫圈固定孔54、立柱球头限位环连接孔57将复位弹性垫圈52与立柱球头限位环51连接固定；此时，复位弹性垫圈52与立柱球头23紧密接触；将立柱球头限位环的长边与顶梁的长边平行放置，此时处于顶梁安装前状态8，将立柱球头放置于顶梁柱窝内，并按顺时针或逆时针旋转90°，利用销轴通过顶梁可旋转自复位机构固定销孔34、限位环与顶梁固定卡孔53、弹性垫圈与顶梁固定卡孔58将顶梁与立柱进行连接固定，并利用u型卡子通过销轴固定卡槽35将销轴固定，完成顶梁与立柱的安装，此时处于顶梁安装后状态9。

一种顶梁可旋转自复位的超前液压支架的支护工艺为，将超前液压支架的两根立柱的进液系统采用串联设计，但两根立柱分别设计安全阀。

首先通过立柱进液孔采用大流量供液方式向立柱内注入乳化液，两根立柱同时升起，由于两根立柱采用串联进液方式，则支架顶梁的长边先接触顶板。

当支架顶梁长边接触顶板时，采用小流量供液方式，由于两根立柱采用串联进液方式，支架两根立柱的供液压力相同，支架顶梁则根据巷道顶板平面沿顶梁长边方向进行自动调整，实现沿顶梁长边方向支架顶梁与巷道顶板的充分接触，此时顶梁可以沿顶梁长边方向绕两根立柱进行旋转，保证顶梁与巷道顶板的充分接触。

继续采用小流量供液方式，实现支架顶梁沿顶梁短边方向与顶板岩层表面充分接触，此时支架顶梁为了适应顶板岩层变形后的平面角度变化，顶梁将沿短边方向围绕立柱发生旋转，从而实现顶梁与巷道顶板岩层充分接触，提高支架对顶板的支护效果，防止出现传统超前液压支架受到偏载、立柱销轴切断、顶梁掉落等问题，旋转过程中立柱球头横向挤压复位弹性垫圈的两侧，导致复位弹性垫圈内储存一定的横向挤压力。

当支架顶梁与巷道围岩表面充分接触后，则采用大流量供液方式对巷道顶板岩层进行充分支护。

当超前液压支架完成支护后，首先采用小流量泄液的方式降低支架高度，此时复位弹性垫圈将释放对立柱球头的横向挤压力，促使支架顶梁缓慢自动回复至正常状态。

最后采用大流量泄液，进行快速降架，完成超前液压支架的一个支护循环。