专利名称：具有内装式安全阀和钉固的管子的支柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于井下工作面和巷道的支柱，它包括可相互滑动的柱体和内柱以及与其相连的顶盖、手把体和底座，还有内装在柱头里的安全阀和装在内柱上的注液-放液阀。
在井下采矿和隧道工程中单体支柱用于支护开挖出的硐室。常见的支柱型式为单伸缩式或多伸缩式，多用乳化液(水、油)作工作介质。通过位于工作面之外或离工作面有一定距离的泵将乳化液经相应的胶管输送到各个支柱。用所谓的注液枪使支柱内腔与泵接通并注液使支柱升起在顶底板之间撑紧。在已有的支柱中，其柱体和内柱的直径不同，但与顶盖以及与手把体和底座都分别用焊接连接。因为目前大多使用调质钢管，即冷作硬化钢管，因此当焊接顶盖、手把体和底座时就会损伤甚至破坏金属组织，而且又无法对变化的性质进行精确的核验。此外，所用的注液-放液阀成本较高，通常注液-放液阀从外面固定在内柱上并与安全阀相连通，这样可以将各个动作即升柱、降柱和过载保护等通过该集成阀相互连系起来。这些阀尤其是安全阀的流量较小，因此实际过载时的溢流下沉速度太慢。为此将具有大流量的安全阀装在柱头里(DE-OS 4035 874.7)，这样，过流量就较大，可达每分钟1000升。但其缺点与过去一样还是需要成本较高的、装在内柱外面的注液-放液阀。
本发明的任务是提供一种用冷作硬化的钢管制作的支柱，加工时保持其调质状况，并且可在溢流下沉速度要快的情况下使支柱可靠、快速地升、降。
按本发明，解决这些问题的方案在于，将柱体、底座、内柱和顶盖钉固，内柱以及在柱体内滑动的活塞则制有相应的螺纹，并且注液-放液阀为带双注液枪接头的卸载式单向阀结构。
采用这种结构的支柱的优点首先是用抗剪力钢丝有效而永久地连接支柱的各个部分。
将钢丝插入相应的孔或槽内，因而最终的制造成本可以减少。尤其有利的是钢管的调质状况得以保持，因为实际上加工是在没有升温的情况下进行的。另外一个优点是，通过众所周知地将注液-放液阀与安全阀两者分开，可以采用很大流量的安全阀。根据所需调定的压力和出现的具体情况可以达到每秒3米或更快的下沉速度。因此，这种阀可用于有冲击地压的情况。最后，注液-放液阀也简化了，因而使注液和降柱过程更容易，尤其是在降柱时可以将释放的压力收集起来，并经相应的胶管排出，可以实现压力介质的回收。这大大减少了环境污染，而且对生产也是有利的，因为这样在一定程度上就不再要连续不断地向泵站补充新的乳化液了。总的来说，这种支柱最佳地满足了现场生产和其它方面的条件。
按照本发明的一个相宜的结构，活塞具有一个用铝制成的并钉固的活塞头，该活塞头装有对柱体内壁密封的密封圈，与底座相连的支柱底也用铝制成。所用的铝制零件都放在支柱内部，因而根据德国采矿界通常的巷道标准这些铝制零件可以认为是无危险的。因为这涉及到体积较大的零件，由于采用了铝材而大大减轻了支柱的总重量。此外，使用了相应的活塞头，从而在柱体与内柱之间的摩擦区内形成了一种可以大大减小摩擦的材料付。这样，一方面寿命长，另一方面工作条件也好。
对于所述的活塞头与柱体内壁之间较小的摩擦还可以加以改善，其条件在于，根据发明，将密封圈布置在活塞头的远离支柱底的一端，这样，活塞头就似乎在一个相应的水膜上浮动，因而不仅使活塞头运行时摩擦较小，而且动作也均匀。
所述型式的支柱内装有复位弹簧，由于支柱底上有一个带钩子的螺纹接头，因此弹簧就方便地固定在支柱底上。在铝制的支柱底里可以使用由相应的钢材或类似材料制成的螺纹接头并在相应的螺纹接头上挂吊弹簧，这样就不必担心会过载尤其是破断了。此外，这种连接方法尤其便于在接头上做出内六方孔，因而可以用通常的板手拆装。
活塞头由减少摩擦的铝制成，而活塞本身由钢，即冷作硬化钢制成。为了避免这里不必要的摩擦，按本发明，活塞头有一个较大的、并与柱体内径相配合的直径，而活塞则在柱体和活塞外壁间保持形成了一个环形通道。在相应的支柱型式中该环形槽与外界空气相通，因而在升降柱时都有空气补偿。就所述支柱型式而言，支柱内装有复位弹簧，前面已对比作了说明。按本发明，如果环形通道一直达到手把体处，在环形通道的上方对着内柱处用一个密封圈密封，并有一个卸载式单向阀，该阀通过一个孔与环形通道相连，那么就可以不再需要这种复位弹簧而用液压降柱，因而可通过卸载式单向阀输入压力液实现降柱，而且在第一个单向阀打开时就使支柱全液压降下。对比所需的费用是很小的。
为了能够在液压降柱时不单另对这二个单向阀施加影响，本发明规定，将手把体上的卸载式单向阀与用作注液-放液阀的卸载式单向阀通过胶管相互连接起来，因而可以相互用控制压力液体实现卸载。这样例如在降柱时就可能向装在手把体里的卸载式单向阀相应充液，同时也打开了用作注液-放液阀的卸载式单向阀，因而由支柱内腔压出的液体也就排出并可以通过胶管输出。反过来，在注液和升柱时，打开位于手把体的卸载式单向阀，环形腔内的液体就流出，支柱就能无阻碍地伸出。
为了在活塞头范围内保证必要的密封，除了在活塞头上缘的密封之外也可在下缘有一个槽，内装二级密封圈作为附加密封。这样，在活塞头的两个方向上都能够有效密封。同时，上下缘的密封都可以作成紧凑槽形密封圈。因而通过这些密封圈相应的形状和长度在阀门开启时尤其是发生过载时就不会出现颤动、歪斜等现象。
采用上述在活塞头上、下缘的密封结构时，如按本发明在上下缘密封之间的活塞头上作成空槽，并在空槽内旋转聚四氟乙烯制成的密封带，那么就可以保证均匀润滑。采用聚四氟乙烯密封带的优点是保证活塞头，从而也保证整个内柱的均匀动作。
对于所使用的卸载式单向阀的合理型式已经作了简要的讨论。所述的这些优越功能尤其是在以下情况时才可以实现，即卸载式单向阀的阀体分成三部分，阀体内有一个克服阀弹簧力的可滑动的带有顶杆和控制活塞的柱塞，柱塞的密封面使连接支柱内腔的阀腔与顶杆中间腔密闭，而控制活塞使顶杆中间腔与控制活塞腔密闭，并且顶杆中间腔与一个注液枪接头相连，而控制活塞腔则与另一个注液枪接头相连。这样就能简便而符合目的地打开单向阀，因而降柱时就只要施加控制压力，以便从控制活塞腔作用而使控制活塞移动，使控制活塞由其密封面上抬起，压力介质就能从支柱内腔流出。压力介质流回的路径与先前用注液枪和泵注入支柱内腔时相同，这样，不仅使液控单向阀构造简单，而且也保证使流出的压力介质可靠地排至循环回路或者回收区。
安全阀的弹簧力可以用一个安装在柱头的调整板来移动调整。已有的调整板都用内六方，这种结构的加工费用较高。为了对此进行简化，在安放于柱头内可转动的安全阀调整板上钻几个与板中心偏置的轴向孔，因而可用较简单的工具来调整阀，从而可靠地保证所规定的开启压力。
本发明的明显特点是，支柱由冷作硬化钢管组装而成，加工时不影响材料性能，因此仍完全保留了调质结果。由于这种支柱质量好，其工作压力可达420巴，相应的支柱的初撑力可达40吨。由于采用了集成装于支柱内的安全阀和简化的注液-放液阀，所以溢流下沉速度可以达到3米/秒甚至更多，这样，支柱甚至可以承受冲击地压的作用。采用卸载式单向阀的特殊型式的注液-放液阀就可能在降柱时回收释放的压力介质并排回循环回路。除此之外，由于采用特殊的结构从而保证了快速的可靠的升、降柱。
本发明的主题的其它细节和优点在下面叙述附图时加以说明。附图中表示了一个优选的实施例以及有关的细部结构和零件。图示为
图1 注液-放液阀的支柱纵断面图，图2 注液-放液阀的断面放大图，
图3 液压降柱的支柱纵断面图，图4 液压降柱所需的二个卸载式单向阀。
图1所示的支柱1由柱体2、用抗剪钢丝连在柱体上的底座3和支柱底4以及内柱10组成。支柱底4装在支体2里面用抗剪钢丝连接。此外，底座3和支柱底4都用开口销5与柱体2锁住。要松开底座3时只要很方便地将开口锁5敲入空腔6，此时它也可用于其它场合。
支柱底4里面有一个螺纹接头7，上面有个钩子9用于连接复位弹簧8。该螺纹接头可用钢制成，而其余的支柱底4由铝制成，因而可以相应地减轻重量。
柱头11与顶盖12也用开口销13相连。
为了在突然过载时能使支柱内腔14中的压力降低，在柱头11里装了一个安全阀15。该阀有一个直径较大的柱塞16，它在轴向和径向都有对应的孔，因此当安全阀15开启时在排油孔43的方向上就可以放出大量压力液。相应的开启压力用弹簧17和18来调定，弹簧一端支在弹簧座19上，另一端则支于调整板20上。调整板20用螺纹装在柱头11内，可以移动，这是由相应的轴向孔21来实现的，轴向孔21从盘状空腔22处伸展至弹簧17、18。用简单的工具就可以准确地调定安全阀的开启压力。
支柱1的所有重要零件都用抗剪钢丝26相互连接，只是在活塞25和内柱10之间采用了螺纹24，因为即使能用钢丝的话成本也很高。
活塞头27也是用钢丝26与活塞25相连，该活塞头27是由铝制成的。这样就形成了一个具有低摩擦的良好的材料付。在柱体2的内壁29和活塞头27的对应外壁之间无法进入液体，因为那里在远离底座3的一端30有一个密封圈31，把密封圈31设在端部30的槽32内的优点是，整个活塞头27在一个水膜上运行，从而进一步减小了可能出现的摩擦。空槽33则有利于形成并保持该水膜。支柱内腔14对该处则由密封圈28保证密封。
活塞头27紧贴在柱体2的内壁29上，而在活塞25范围内，在其外壁36和柱体2的内壁29之间则形成了一个环形通道35，并一直通到手把体37，此外还用一个密封圈38使这里密封。与此无关的是，环形通道35与外壁相连，因此当内柱10升降时不会在环腔35处形成一个压力垫。
内柱10的侧面是注液-放液阀40，它由通道39与支柱内腔14相连。该注液-放液阀作成卸载式单向阀41，其细节将在后面详细讨论。单向阀41有两个注液枪接头42和53，其阀体很坚固。
卸载式单向阀如图2所示。在坚固的阀体44里面安有一个克服弹簧45的力可以滑动的柱塞46，与阀体44对应，该柱塞46有一个密封面47和一个长顶杆48，其端部装有一个控制活塞49。阀体44的内腔分成三部分，也即阀腔50、顶杆中间腔51和控制活塞腔52。
在支柱1注液或初撑时，注液枪接头42与泵连通。然后液体就通过注液枪接头42注以入相应的孔54、55至顶杆中间腔51。柱塞46由密封座上，也就是密封面47上抬起，压力液体即进入阀腔50并由此经一个未标明的孔到达支柱内腔14。
若支柱1又要降下，那么用相同的注液枪并经接头53施加控制压力，通过一个这里未标明的孔作用到控制活塞腔52。控制活塞49则相应发生移动，并通过顶杆48使柱塞46离开密封面47，从而压力液体就能够从支柱内腔14经由如前所述相应的通路，通过卸载式单向阀41流出，也就是通过注液枪接头42。该接头用一根软管无压地与一个容器相连(此外并未标明)，从而使压力液体流到容器里，然后排回至循环回路里。
图3表示一种液压降柱的支柱1。为此支体2和内柱10(或活塞25)之间的环形通道35则通过一个连接孔56与第二个卸载式单向阀57相连。因而通过此卸载式单向阀57就能使压力液体挤入环形空腔35里，这样活塞头27就推向了支柱底4。用一个附加的密封圈58就可以使该处也能有效地在向上面方向上密封。
支柱内腔14在图3所示型式中则用二道密封圈密封，一道就是已经提到过的装在上缘60的密封圈31，另一道就是在活塞头27下缘59的沟槽61里的付密封圈62。为了保证在此处所需和希望的较小摩擦，活塞头27上作了一个空槽63，里面放上聚四氟乙烯制成的密封带64。这两道密封62和31都作成紧凑型槽形密封圈，因而当活塞头27移动时，即使很突然移动时也不会出现振动和歪斜。
图3所示的支柱型式中保证了释放的压力液体的排出，因而不会使支柱内的压力液体相互产生阻碍。为此将二个卸载式单向阀42，57用胶管相互交叉连接起来。据此可做到当通过注液枪接头42充注压力液时，就经过位于对面的第二接头67和连在那里的胶管使压力液体也到达第二个单向阀57的第二个注液枪接头53′。这样第二个单向阀57就卸载，而且环形腔35里的压力液体就能够通过打开的单向阀57而流出，而不妨碍支柱1的升柱过程。
与此相反，当支柱1用液压降柱时，那么就由注液枪接头42′供给压力液体，因此压力液体可以流入环形通道35。同时通过第二接头68和连到控制接头，即第二个注液枪接头53的胶管使第一个卸载式单向阀41卸载。这样支柱内腔14的压力液体就能够通过打开的单向阀41流出，因此通过环形通道35里的压力液体就加速了降柱过程。
所述的所有特征，包括单独由图中可以得到的特征，其单个的和组合一起的都看作为发明的要点。
权利要求
1.用于井下工作面和巷道的支柱具有可以相互滑动的柱体和内柱以及与其连接的顶盖、手把体、底座和装在柱头里的安全阀及装在内柱上的注液-放液阀，其特征为将柱体(2)、底座(3)、内柱(10)和顶盖(12)钉固，内柱和在柱体内滑动的活塞(25)则制有相应的螺纹(24)，而且注液-放液阀(40)为有二个注液枪接头(42，53)的卸载式单向阀(41)结构。
2.按权利要求1的支柱，其特征为活塞(25)有一个由铝制成并钉固的活塞头(27)，其上有密封圈(31)紧贴柱体(2)的内壁(29)，与底座(3)相连接的支柱底(4)同样也由铝制成。
3.按权利要求2的支柱，其特征为密封圈(31)布置在活塞头(27)的远离支柱底(4)的一端(30)上。
4.按权利要求1的支柱，其特征为支柱底(4)有一个带钩子(9)的螺纹接头(7)。
5.按权利要求12的支柱，其特征为活塞头(27)有一个较大的、与柱体(2)的内径相配合的直径，而活塞(25)则在柱体和活塞(25)的外壁(36)之间形成一个环形通道(35)。
6.按权利要求5的支柱，其特征为环形通道(35)一直到手把体(37)，该环形通道(35)在环形通道上方对着内柱(10)用一个密封圈(38)密封，而且有一个卸载式单向阀(57)，该阀通过孔(56)与环形通道(35)相连。
7.按权利要求5和6的支柱，其特征为手把体(37)上的卸载式单向阀(57)与用作注液-放液阀(40)的卸载式单向阀(41)用胶管相互连接，从而可以相互用控制压力液体卸载。
8.按权利要求5至7的支柱，其特征为除了在活塞头(27)的上缘(60)有密封圈(31)之外，还在下缘(59)有一个槽(61)装上第二道密封圈(62)。
9.按权利要求5至8的支柱，其特征为在上缘(60)上的密封(31)和第二道密封(62)之间，在活塞头(27)中有一个空槽(63)，槽内放上聚四氟乙烯密封带(64)。
10.按权利要求2和6的支柱，其特征为上缘(60)上的密封(31)和第二道密封(62)都为紧凑型槽形密封圈结构。
11.按权利要求1的支柱，其特征为卸载式单向阀(51，57)有一个分成三部分的阀体(44)，在该阀体中有一个克服弹簧(45)的力可以滑动的、带有顶杆(48)和控制活塞(49)的柱塞(46)，柱塞的密封面(47)将与支柱内腔(14)相连的阀腔(50)与顶杆中间腔(51)密封，而控制活塞(49)则将顶杆中间腔(51)与控制活塞腔(52)密封，而且顶杆中间腔(51)与一个注液枪接头(42)相连，控制活塞腔(52)与另外一个注液枪接头(53)相连。
12.按权利要求1的支柱，其特征为安全阀(15)的调整板(20)放在柱头(11)内可以转动，该调整板有偏置于调整板中心的轴向孔(21)。
全文摘要
一种结构很紧凑而且具有流量很大的安全阀15的支柱1把柱头11用作阀体44，因此安全阀15可以有利地装在柱头11内。由此并通过整个支柱1的特殊设计可以达到溢流下沉速度超过3米/秒。一个或必要时二个卸载式单向阀51，57用作注液-放液阀，它们可以装在内柱10的外侧面上，成本不高，而且这样可以排放所释放的压力液体，因而使升柱和降柱速度加快。降柱时释放的压力液体经过卸载式单向阀41的相应作为注液枪接头42，53结构的接头排出，并且可以排放到循环回路中。
文档编号E21D15/00GK1112369SQ9419049
公开日1995年11月22日 申请日期1994年7月9日 优先权日1993年7月14日
发明者R·福斯 申请人:理查德福斯古鲁宾劳斯包股份有限公司