一种静动复合加载快速冲击液压缸的制作方法

本发明属于煤矿防冲支护试验装备的技术领域，尤其涉及一种静动复合加载快速冲击液压缸。

背景技术：

冲击地压是煤矿最严重的灾害之一，近年来深部资源开采逐渐增加，具有冲击地压特征的矿井数量逐年增多。原来的高强度支护技术已经不适用于冲击地压矿井的支护，目前正由高强度支护向刚-柔耦合支护技术发展，具有吸能装备的防冲液压支架是一种有效的刚-柔耦合支护装备。支护装备的实际受力是在未发生冲击地压时承受围岩的静载荷，即初撑力；当冲击地压来压时，支护装备在初撑力的基础上又受到了冲击载荷的作用，即静-动复合加载。

为了研究吸能防冲液压支架的支护特性，需要对防冲支架进行静-动复合加载冲击试验，通过研究支护装备在静载荷、冲击动载荷、静-动复合载荷等作用下的支护特性，并根据该特性总结动力冲击载荷作用下的支护装备设计准则，解决冲击地压矿井的支护难题。急需研发一种具有静-动复合加载高速大吨位试验装备。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种静动复合加载快速冲击液压缸，能够进行静-动复合加载冲击试验，研究支护装备在静载荷、冲击动载荷、静-动复合载荷等作用下的支护特性，并根据该特性总结动力冲击载荷作用下的支护装备设计准则，解决冲击地压矿井的支护难题。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种静动复合加载快速冲击液压缸，包括冲击缸，在冲击缸上方通过螺栓连接有连接管，所述连接管的上方通过螺栓连接有阀芯组件，所述阀芯组件上方设有控制缸；

所述阀芯组件内设有阀芯，用于打开或关闭阀芯组件的大流量快速进液口；

所述控制缸的控制缸活塞杆的底部设有与所述阀芯连接的阀芯连接件，用于带动所述阀芯在阀芯组件内上下移动；

当阀芯关闭阀芯组件的大流量快速进液口时，液压油通过阀芯组件的静压进液口流入冲击缸，调节冲击缸的静载压力；通过高压油快速打开阀芯，随后通过阀芯组件的大流量快速进液口向冲击缸内部输入高压液压油，形成高压冲击载荷。

进一步的，所述阀芯的下端外侧设有阀芯密封结构，该阀芯密封结构包括固定环，所述固定环套接并固定于阀芯上，所述固定环的下面均匀固定连接有多根导向柱，所述固定环的下方密封连接有密封保护套且套装于阀芯上；

所述密封保护套的上部均匀开设有多个安装腔，所述安装腔与导向柱一一对应且导向柱插入安装腔内，在导向柱外侧套有弹簧，所述导向柱的下方设有通孔连通密封储油腔；

在密封保护套下方设有主密封件，所述主密封件通过螺钉与阀芯的底端连接，在主密封件外侧与下阀体接触处设有主密封圈，在主密封件外侧与阀芯的侧面接触处设有内密封圈。

可选的，所述控制缸包括控制缸体，该控制缸体的上方设有控制缸上体，且其下方设有控制缸下体，所述控制缸上体、控制缸体以及控制缸下体组成整个控制缸缸体，在控制缸缸体内部设有控制缸活塞杆，且控制缸活塞杆能够在控制缸缸体内滑动；

所述控制缸活塞杆包括控制缸上活塞杆，所述控制缸上活塞杆的下方一体成型有控制缸活塞，所述控制缸活塞与控制缸体之间密封连接，所述控制缸活塞的下方一体成型有控制缸下活塞杆；所述控制缸上活塞杆穿过控制缸上体，且密封连接，所述控制缸下活塞杆穿过控制缸下体，且密封连接。

进一步的，所述控制缸上体上设有控制缸上腔油口，所述控制缸上腔油口与控制缸活塞之间形成控制缸上腔；在控制缸下体上设有控制缸下腔油口，控制缸下腔油口与控制缸活塞之间形成控制缸下腔。

可选的，所述阀芯组件包括第一连接环，所述第一连接环装卡在所述控制缸下活塞杆上，并与控制缸下活塞杆形成一体同步运动，所述第一连接环外侧上方设有第一连接板，其外侧下方设有第二连接板；

所述第一连接板与第二连接板通过螺栓对称连接成一体并夹紧在第一连接环两侧，在第一连接板和第二连接板与阀芯接触处设有第二连接环，所述第二连接环固定卡装在阀芯内侧且被第一连接板与第二连接板夹紧。

进一步的，所述阀芯组件包括上阀体和下阀体，所述控制缸下体与上阀体连接，且控制缸上体与控制缸下体通过辅助螺杆与上阀体连接成一体；

所述下阀体位于所述上阀体的下方，且通过螺栓进行连接，所述上阀体上侧面设有静压进液口，所述下阀体外侧均匀对称设置有多个大流量快速进液口；

在所述上阀体和下阀体内部设有所述阀芯，且阀芯与上阀体之间密封连接；阀芯内部连接有所述阀芯连接件，所述阀芯连接件内部与控制缸下活塞杆连接，在所述静压进液口与阀芯连接件之间形成阀芯上腔，阀芯连接件的下方为阀芯下腔；

所述第一连接板与第二连接板均对应开有多个过流孔，所述过流孔将所述阀芯上腔与阀芯下腔连通。

可选的，所述冲击缸包括冲击缸缸体和设置于冲击缸缸体内部的冲击缸活塞杆，所述连接管的下方通过螺栓与冲击缸缸体连接，所述连接管的上方与所述下阀体通过螺栓连接，所述冲击缸缸体内部下侧固定连接有固定件，所述固定件的上方通过螺钉连接有固定缓冲件，且固定缓冲件为阶梯形圆环；

所述冲击缸活塞杆的上方固定设有活动缓冲件，且活动缓冲件的内径小于固定缓冲件上端阶梯处的内径，在活动缓冲件上方固定连接有冲击缸活塞，所述冲击缸活塞与冲击缸缸体的内壁密封连接；

所述冲击缸活塞杆位于冲击缸缸体外的下端设有冲击头，用于对待试件进行加载冲击力，当冲击缸活塞接近完全伸出时，活动缓冲件将进入固定缓冲件内。

进一步的，所述固定缓冲件的下端外表面与冲击缸缸体内壁贴合，所述固定缓冲件的上端外表面与冲击缸缸体形成缝隙，且与冲击缸下腔连通；在冲击缸缸体侧壁上的缝隙处开设有冲击缸下腔油口，冲击缸下腔油口通过螺钉和法兰连接有下腔油管；

在冲击缸下腔油口对侧设有注气口，所述注气口连接有注气管，所述下腔油管和注气管均与冲击缸下腔连通，在进行动载冲击时，先向冲击缸下腔通入空气将液压油排尽。

由上，本发明的静动复合加载快速冲击液压缸至少具有如下有益效果：

(1)、通过控制缸和阀芯组件的设计，能够通过高压油快速打开阀芯，随后通过设置的大流量快速进液口向冲击缸内部输入高压液压油，形成高压冲击载荷。

(2)、将控制缸和阀芯组件设置于冲击缸上方，能够在短时间内为冲击缸提供更多流量的高压液压油，避免传统管道连接带来的反应慢与管阻大等缺陷。

(3)、在阀芯下侧设置有主密封件和主密封圈，能够高效保证阀芯关闭的可靠性，同时，设置有固定环、导向柱、安装腔、弹簧、密封保护套、密封储油腔以及内密封圈，能够防止在阀芯打开时主密封圈受高压高速液压的冲刷而损坏。

(4)、通过固定缓冲件和活动缓冲件的设计，能够有效的缓解冲击缸活塞杆对固定件及冲击缸的冲击损坏。

(5)、大流量快速进液口和过流孔对称均匀设有多个，在保证为冲击缸提供足够流量的同时，避免对阀芯、阀芯连接件以及控制缸活塞杆等结构带来径向力。

(6)、通过注气口、注气管、空气单向阀、固定缓冲件的阶梯形等结构的设计，能够最大限度的将冲击缸下腔液体排出，减少冲击时的冲击阻力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的静动复合加载快速冲击液压缸的外形结构示意图；

图2为本发明的静动复合加载快速冲击液压缸的剖面结构示意图；

图3为图2中的连接管及以上结构的放大示意图；

图4为图3中a处的放大图；

图5为图3中b处的放大图；

图6为图2中的连接管及以下结构的放大示意图；

图7为图6中c处的放大图；

图8为本发明的静动复合加载快速冲击液压缸的阀芯关闭冲击缸完全伸出状态的剖面结构示意图；

图9为图8中d处的放大图；

图10为本发明的液压控制原理图。

其中：1、控制缸；11、控制缸活塞杆；111、控制缸上活塞杆；112、控制缸活塞；113、控制缸下活塞杆；12、控制缸上体；13、控制缸体；14、控制缸下体；15、辅助螺杆；16、控制缸下腔油口；17、控制缸下腔；18、控制缸上腔油口；19、控制缸上腔；2、阀芯组件；21、上阀体；22、静压进液口；23、阀芯上腔；24、阀芯下腔；25、阀芯；26、下阀体；27、大流量快速进液口；3、连接管；4、冲击缸；41、冲击缸缸体；42、固定缓冲件；43、固定件；44、冲击缸下腔油口；45、下腔油管；46、注气口；47、注气管；48、冲击缸下腔；49、缝隙；5、阀芯连接件；51、第一连接环；52、第一连接板；53、第二连接环；54、第二连接板；55、过流孔；6、阀芯密封结构；61、固定环；62、导向柱；63、安装腔；64、弹簧；65、密封保护套；66、密封储油腔；67、主密封圈；68、主密封件；69、内密封圈；7、冲击缸活塞杆；71、冲击缸活塞；72、活动缓冲件；73、冲击头；8、主泵；81、主回路单向阀；82、主回路溢流阀；83、动载蓄能器；84、空气阀；85、控制泵；86、控制回路单向阀；87、控制回路蓄能器；88、快开阀；89、慢开慢关阀；90、静载泵；91、静载回路单向阀；92、静载回路溢流阀；93、冲击缸慢升慢降阀；94、空气单向阀；95、快开液控单向阀。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1-9所示，本发明的静动复合加载快速冲击液压缸包括冲击缸4，在冲击缸4上方通过螺栓连接有连接管3，连接管3上方通过螺栓连接有阀芯组件2，阀芯组件2上方设有控制缸1。

如图3所示，控制缸1包括控制缸体13，控制缸体13的上方设有控制缸上体12，且控制缸体13的下方设有控制缸下体14，控制缸上体12、控制缸体13以及控制缸下体14组成整个控制缸缸体，在控制缸缸体内部设有控制缸活塞杆11，且控制缸活塞杆11能够在控制缸缸体内滑动。

控制缸活塞杆11包括控制缸上活塞杆111，控制缸上活塞杆111的下方一体成型有控制缸活塞112，控制缸活塞112与控制缸体13之间密封连接，控制缸活塞112的下方一体成型有控制缸下活塞杆113；控制缸上活塞杆111穿过控制缸上体12，且密封连接，控制缸下活塞杆113穿过控制缸下体14，且密封连接。

在控制缸上体12上设有控制缸上腔油口18，控制缸上腔油口18与控制缸活塞112之间形成控制缸上腔19；在控制缸下体14上设有控制缸下腔油口16，控制缸下腔油口16与控制缸活塞112之间形成控制缸下腔17，由于控制缸活塞112与控制缸体13之间密封连接，因此，控制缸上腔19和控制缸下腔17被隔离开。

本发明的阀芯组件2包括上阀体21，控制缸下体14与上阀体21连接，且控制缸上体12与控制缸下体14通过辅助螺杆15与上阀体21连接成一体；上阀体21下方设有下阀体26，且通过螺栓进行连接，上阀体21上侧面设有静压进液口22，下阀体26外侧均匀对称设置有多个大流量快速进液口27。

在上阀体21和下阀体26内部设有阀芯25，且阀芯25与上阀体21之间密封连接，以确保不会发生漏流情况，阀芯25内部连接有阀芯连接件5，阀芯连接件5内部与控制缸下活塞杆113连接，在静压进液口22与阀芯连接件5之间形成阀芯上腔23，阀芯连接件5的下方为阀芯下腔24，在阀芯25的下端外侧设有阀芯密封结构6。

如图4所示，本发明的阀芯连接件5包括第一连接环51，第一连接环51装卡在控制缸下活塞杆113上，并与控制缸下活塞杆113形成一体同步运动，第一连接环51外侧上方设有第一连接板52，其外侧下方设有第二连接板54，第一连接板52与第二连接板54通过螺栓对称连接成一体并夹紧在第一连接环51两侧，在第一连接板52和第二连接板54与阀芯25接触处设有第二连接环53，第二连接环53固定卡装在阀芯25内侧且被第一连接板52与第二连接板54夹紧，如此设置，当控制缸下活塞杆113动作时，阀芯25将跟随一起运动，第一连接板52与第二连接板54均对应开有多个过流孔55，过流孔55将阀芯上腔23与阀芯下腔24连通。

如图5和图9所示，本发明的阀芯密封结构6包括固定环61，固定环61套接并固定于阀芯25上，固定环61的下面均匀固定连接有多根导向柱62，固定环61的下方密封连接有保护套65且套装于阀芯25上，密封保护套65的上部均匀开设有多个安装腔63，安装腔63与导向柱62一一对应且导向柱62插入安装腔63内，在导向柱62外侧套有弹簧64，导向柱62的下方设有通孔连通密封储油腔66；在密封保护套65下方设有主密封件68，主密封件68通过螺钉与阀芯25的底端连接，在主密封件68外侧与下阀体26接触处设有主密封圈67，在主密封件68外侧与阀芯25侧面接触处设有内密封圈69，确保阀芯25关闭时，能够阻止高压油从大流量快速进液口27入流缸体内部，此外，密封储油腔66的设置，避免在密封保护套65和主密封件68之间形成负压腔；如图5所示，当阀芯25向上移动时，在弹簧力的作用下密封保护套65向下移动，将主密封圈67盖住，避免高压油对其进行冲刷；如图9所示，当阀芯25关闭到一定程度时，密封保护套65被下阀体26阻挡，迫使密封保护套65不能随阀芯25持续向下移动，此时，密封储油腔66将开始形成，阀芯25完全关闭后，主密封件68与下阀体26之间的主密封圈67将大流量快速进液口27中的液体与冲击缸4的上腔隔离，确保阀芯25关闭具有更高的可靠性。

如图6所示，冲击缸4包括冲击缸缸体41和设置于冲击缸缸体41内部的冲击缸活塞杆7，连接管3的上方与下阀体26通过螺栓连接，连接管3的下方通过螺栓与冲击缸缸体41连接，冲击缸缸体41内部下侧固定连接有固定件43，固定件43的上方通过螺钉连接有固定缓冲件42，固定缓冲件42为阶梯形圆环，且下端外表面与冲击缸缸体41内壁贴合，如图7所示，固定缓冲件42的上端外表面与冲击缸缸体41形成缝隙49，且与冲击缸下腔48连通；在冲击缸缸体41侧壁上的缝隙49处开设有冲击缸下腔油口44，冲击缸下腔油口44通过螺钉和法兰连接有下腔油管45，在冲击缸下腔油口44对侧设有注气口46，注气口46连接有注气管47，下腔油管45和注气管47均与冲击缸下腔48连通，在进行动载冲击时，先向冲击缸下腔48通入空气将液压油排尽，有助于动载冲击过程的顺利完成。

冲击缸活塞杆7设置于冲击缸缸体41内部，其上方固定设有活动缓冲件72，且活动缓冲件72的内径小于固定缓冲件42上端阶梯处的内径，在活动缓冲件72上方固定连接有冲击缸活塞71，冲击缸活塞71与冲击缸缸体41内壁密封连接，避免冲击缸活塞71上下两腔连通，冲击缸活塞杆7位于冲击缸缸体41外的下端设有冲击头73，用于对待试件进行加载冲击力，当冲击缸活塞71接近完全伸出时，活动缓冲件72将进入固定缓冲件42内，由于活动缓冲件72的内径小于固定缓冲件42上端阶梯处的内径，因此，固定缓冲件42与冲击缸活塞杆7之间的液体能够被排出，该排液过程可对冲击缸活塞杆7进行缓冲减速。

工作过程：

如图1-10所示，本发明将结合如图10所示的液压系统进行工作过程的介绍。

在进行试验时，首先需确保阀芯25处于关闭状态，关闭阀芯25的过程如下：

如图10所示，阀芯25的开与关由控制回路完成，启动控制泵85，液压油将通过控制回路单向阀86向控制回路蓄能器87进行储能，当存储一定液压能后，启动慢开慢关阀89，并使其工作在慢开慢关阀89右位，液压油通过液控单向阀从g1进入控制缸上腔油口18流入控制缸1内部，如图3所示，使得控制缸活塞杆11向下移动，同时通过阀芯连接件5带动阀芯25向下移动，同时，控制缸下腔17内的液压油将从控制缸下腔油口16流出，如图10所示，控制缸下腔油口16外侧连接g2，液压油将通过液控单向阀流回油箱；如图9所示，当阀芯25关闭到一定程度时，密封保护套65被下阀体26阻挡，迫使密封保护套65不能随阀芯25持续向下移动，此时，密封储油腔66将开始形成，阀芯25完全关闭后，主密封件68与下阀体26之间的主密封圈67将大流量快速进液口27中的液体与冲击缸4的上腔隔离，确保阀芯25关闭具有更高的可靠性；整个过程即为关闭阀芯25的过程，开启阀芯25的过程与之类似，区别在于，慢开慢关阀89工作在左位，且液压油流向相反。

当需要进行静载加载试验时，具体过程如下：

如图10所示，静载加载试验由静载回路完成，启动静载泵90，同时，使冲击缸慢升慢降阀93工作在右位，液压油通过静压进液口22流入，如图8所示，再经过阀芯上腔23、过流孔55流入阀芯下腔24，经过连接管3流入冲击缸4的上腔，推动冲击缸活塞71以及冲击缸活塞杆7向下运动，由于过流孔55均匀对称设置，因此不会对阀芯25产生径向力，同时，冲击缸4的下腔液压油将通过冲击缸下腔油口44流回油箱，此外，可通过调节静载回路溢流阀92的输入量来调节管路液压油压力，从而调节冲击缸4的静载压力，当将冲击缸慢升慢降阀93工作在左位时，冲击缸活塞71将被抬起；在此过程中，由于空气单向阀94的存在，液压油不会从注气口46流出。

当需要进行动载冲击试验时，具体过程如下：

如图10所示，启动主泵8，液压油将通过主回路单向阀81流入动载蓄能器83，此时，可通过主回路溢流阀82的输入量来调节管路液压油压力，同时，可给予空气阀84信号，使其工作在上位，空气阀84的一端接有压缩空气，此时，压缩空气通过空气单向阀94经过注气管47从注气口46流入冲击缸下腔48，由于空气比液压油轻，因此空气将浮于冲击缸下腔48的上部，迫使液压油从冲击缸下腔油口44经过下腔油管45和液控单向阀流入油箱；当达到目标压力时，启动控制泵85，液压油将通过控制回路单向阀86向控制回路蓄能器87进行储能，当存储一定液压能后，即已准备完成待进行冲击试验；冲击试验时，给予快开阀88信号，快开阀88将在右位工作，快开液控单向阀95被打开，动载蓄能器83中的高压液压油从控制缸下腔油口16快速进入控制缸下腔17，使得控制缸活塞杆11快速上移，带动阀芯25快速上移，由于动载蓄能器83中的高压液压油压力很高，因此能够在很短的时间内使得阀芯25上移，此时，由于大流量快速进液口27通过管道连通动载蓄能器83，因此，阀芯25打开时，动载蓄能器83中的高压液压油将快速从大流量快速进液口27经过连接管3进入冲击缸4的上腔，由于大流量快速进液口27对称设有多个，不会对阀芯25产生径向力的作用，如此将使得冲击缸活塞杆7产生瞬间冲击，冲击头73传递给待试件，冲击结束后，先通过控制回路控制阀芯25关闭，再通过静载回路控制冲击缸活塞杆7的升降。

进行静-动复合加载时，先通过静载回路对试件施加一定的静载力，再进行动载蓄能冲击即可。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。