一种液压支架顶梁载荷分布的监测方法及装置与流程

本发明涉及矿山生产设备监测技术领域，具体涉及一种液压支架顶梁载荷分布的监测方法及装置。

背景技术：

液压支架是综合机械化长壁采煤工作面最重要的生产装备之一，主要作用是支护工作面顶板，为煤炭采出提供可靠稳定的工作空间。液压支架主要结构包括顶梁、掩护梁、立柱、底座及各类液控单元。其中，顶梁是支架承受顶板载荷、创造安全生产空间的最重要结构，其承载顶板载荷的分布规律主要表征着支架受力的合理与否，会直接影响液压支架整体工作性能，进而影响液压支架对工作面围岩稳定性的控制效果，所以对支架顶梁工作中载荷分布的监测反馈具有重要的实际意义。

现有液压支架顶梁实际顶梁受力分布主要有直接测量法和间接计算法。液压支架顶梁载荷的直接测量法主要是在支架顶梁与顶板岩层间安设压力盒，进行顶板来压数据的采集。但是这种方法有如下不足：一是安装时需要从侧护板之间间隙安装，工人安全系数低；二是安装时对顶板形成扰动，需要应力重新稳定后观测数据，数据监测可靠性和稳定性低；三是压力盒处于无保护状态且数据导出线缆与顶板直接接触易损坏，设备损坏率高；四是在移架过程中，压力盒位置会产生变化，不能精确测得顶梁固定位置的压力值，亦不能精确测得液压支架正常生产工作循环中降柱、移架、支撑各工序顶板压力变化。液压支架顶梁载荷的间接计算法是通过立柱压力值和支架工作位态计算推理确定，即：利用支架立柱与顶梁接触形式为柱窝式点接触，测定立柱压力值(只能反映立柱—顶梁接触位置的局部受力)和支架位态参数，通过力学计算推导出顶梁载荷分布的理论值。此种方法存在如下不足：一是对于顶梁载荷实际受力值大小与位置等更加细致具体的分布无法获取。二是支架位态的测定受到人为因素和现场环境因素干扰较大，存在不确定性，而且支架位态信息的较小误差对计算顶梁载荷分布可能产生较大的差异。实际上，液压支架顶梁载荷分布由于受到开采工艺和空间的不同呈现出明显的动态变化，而其分布的规律直接影响到支架承载能力，关系到工作面端面顶板和煤壁的稳定性。

以上两种方法表明现阶段对液压支架顶梁承载特性的实际分析仅仅停留在简单测量和理论分析的阶段，也没有一种能够提供顶板实际详细受力的监测方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有方法的不足，本发明提供了一种液压支架顶梁载荷分布的监测方法。该监测方法在不破坏支架顶梁整体结构的前提下，对其进行改造升级，方法简单、使用方便。在现场生产中能够对顶梁受力进行长期监测，获取支架随工作面回采时降架、移架、升架和正常工作各个工序中顶板载荷数据，用于分析液压支架不同工序时的顶梁载荷受力分布，指导现场生产，同时为液压支架优化设计提供实测数据支持。本发明实用性强、数据真实有效，有利于及时调整支架位态使其处于正常工作状态，保障工作面顶板安全，便于推广使用。另外，本发明还提供能够实现上述监测方法的监测装置。

为实现本发明的上述目的，本发明的用于液压支架顶梁载荷分布的监测方法，包括如下顺序进行的步骤：

在液压支架顶梁与顶板的直接接触区域设置监测装置定位孔；

以定位孔圆心为轴心在支架顶梁箱体底板内部固定并安装监测装置；

在支架顶梁箱体底板上设置线缆槽，将顶板压力数据导出并传输到数据采集器。

其中，所述液压支架顶梁与顶板的直接接触区域为顶梁上表面除去侧护板覆盖的矩形区域；或者，所述定位孔为穿过支架顶梁箱体上部钢板的圆形孔；或者，所述定位孔布置方式为在液压支架顶梁上与顶板接触区域内均匀布置；或者，所述线缆槽为设置于顶梁箱体底面上的圆形孔。

其中，在液压支架顶梁与顶板的直接接触区域沿支架顶梁纵向和横向等间距布置定位孔，在沿顶梁长度方向布置4～8排，在沿顶梁宽度方向布置2～3排，布置密度以不破坏顶梁承载能力为前提，以能够反映顶梁全范围内的载荷分布。

此外，本发明还提供一种液压支架顶梁载荷分布实时监测装置，包括传压柱、压力盒、限位器；其中，所述液压支架顶梁载荷分布监测装置通过限位器与支架顶梁进行固定；所述传压柱、压力盒、限位器三者同轴心组装；所述压力盒通过限位器控制其径向运动；

所述传压柱与工作面顶板接触，可沿定位孔轴线方向上下运动；所述限位器一侧留有压力盒线缆接出口。

其中，所述传压柱由定位孔、限位器控制其径向运动，可沿限位器内壁及定位孔在其轴线方向上下运动并向压力盒传递顶板压力。

其中，所述传压柱的直径、压力盒的外径、限位器内径与定位孔直径相互匹配，大小由压力盒最大水平截面圆直径确定；传压柱高度根据支架顶梁箱型体高度确定，传压柱超出支架顶梁顶面5～10mm，做圆角处理，圆角半径与超出高度相等。

其中，所述传压柱与限位器均为不低于液压支架顶梁硬度的材料制成。

其中，所述限位器位置由定位孔轴线位置确定，与箱型体底板内部固定，在顶梁非箱型体结构处，将限位器与定位孔同轴心对正后，将限位器顶部与顶梁顶板进行固定，所述限位器留设压力盒线缆槽。

与现有技术相比，本发明的液压支架顶梁载荷分布的监测方法及装置具有如下有益效果：

1)采用本发明的监测方法监测液压支架顶梁载荷分布时，能够在不扰动顶梁上方顶板的情况下直接监测液压支架顶梁实际载荷分布数据，避免了现有直接监测法直接安装时需从支架之间安装，对顶板形成扰动、载荷数据不可靠的缺点，从而获取液压支架原始工作状态时的更加真实有效的数据。

2)采用本发明的监测方法监测液压支架顶梁载荷分布时，能够监测液压支架的各个工作工序时的顶梁实际载荷分布数据，相比于直接监测法的监测点不固定、数据不可靠和间接计算法不能反映顶梁实际真正载荷分布的弊端，本方法能够提供顶梁固定监测点的可靠数据，反映顶梁的实际载荷分布。

3)采用本发明的监测方法能够监测得到液压支架顶梁箱体上表面除去侧护板覆盖的矩形区域在纵向和横向的载荷分布，相比于直接监测法的测点位置多位于侧护板上方且不能反映顶梁中部载荷和间接计算法把支架作为平面问题理论计算分析载荷分布的缺点，本方法可测得顶梁与顶板直接接触区域范围内载荷数据的实际值。

附图说明

图1为本发明液压支架顶梁载荷分布监测装置与支架顶梁装配示意图

图2为本发明液压支架顶梁载荷分布监测装置结构示意图

附图标记说明：1-传压柱；2-压力盒；3-限位器；4-载荷监测装置；5-液压支架顶梁；6-定位孔；7-线缆槽。

具体实施方式

如图1示，本发明提供一种液压支架顶梁载荷分布的监测方法，包括如下顺序进行的步骤：

首先，在液压支架顶梁1与顶板2的直接接触区域3设置监测装置定位孔4；

其次，以定位孔4的圆心为轴心在支架顶梁箱体5底板内部固定并安装监测装置6；

最后，在支架顶梁箱体5底板上设置线缆槽7，利用监测装置6的线缆12将顶板压力数据导出并传输到数据采集器。

其中，液压支架顶梁与顶板的直接接触区域3为顶梁上表面除去侧护板覆盖的矩形区域8；或者，定位孔4为穿过支架顶梁箱体5上部钢板的圆形孔；或者，定位孔布置方式为在液压支架顶梁1与顶板2接触区域8内均匀布置；或者，线缆槽7为设置于支架顶梁箱体5底面上的圆形孔。

其中，在液压支架顶梁与顶板的直接接触区域8沿支架顶梁纵向和横向等间距布置定位孔4，在沿顶梁长度方向布置4～8排，在沿顶梁宽度方向布置2～3排，布置密度以不破坏顶梁承载能力为前提，以能够反映顶梁全范围内的载荷分布。

采用本发明的监测方法能够在不扰动液压支架顶梁1上方顶板2的情况下直接监测液压支架顶梁实际载荷分布数据，避免了现有直接监测法直接安装压力盒时需从支架之间安装，对顶板形成扰动、载荷数据不可靠的缺点，从而获取液压支架原始工作状态时的更加真实有效的数据。

采用本发明的监测方法能够监测各个工作工序时的液压支架顶梁1实际载荷分布数据，相比于直接监测法的监测点不固定、数据不可靠和间接计算法不能反映顶梁实际真正载荷分布的弊端，本方法能够提供顶梁固定监测点的可靠数据，反映顶梁的实际载荷分布。

采用本发明的监测方法能够监测得到液压支架顶梁1上表面除去侧护板覆盖的矩形区域8在纵向和横向的载荷分布，相比于直接监测法的测点位置多位于侧护板上方且不能反映顶梁中部载荷和间接计算法把支架作为平面问题理论计算分析载荷分布的缺点，本方法可测得顶梁与顶板直接接触区域8范围内载荷数据的实际值。

此外，如图2所示，本发明还提供一种实现上述的监测方法的液压支架顶梁载荷分布监测装置，包括传压柱9、压力盒10、限位器11；其中，液压支架顶梁载荷分布监测装置通过限位器11与支架顶梁箱体5底板进行焊接固定，将压力盒10安装入限位器11，从线缆出口13引出线缆12，经箱体线缆槽7导出，再将传压柱9安装入限位器11内的压力盒10之上；顶板2作用于液压支架顶梁1的载荷经传压柱9传到压力盒10，压力盒10测得载荷数据并经线缆12导出到数据采集器。

其中，传压柱9、压力盒10、限位器11三者同轴心组装；压力盒10通过限位器11控制其径向运动；传压柱9与工作面顶板2接触，可沿定位孔轴线方向上下运动；限位器11一侧留有压力盒线缆12的接出口。

其中，传压柱9由定位孔4、限位器11控制其径向运动，可沿限位器11内壁及定位孔4在其轴线方向上下运动并向压力盒10传递顶板压力。

其中，传压柱9的直径、压力盒10的外径、限位器11内径与定位孔4直径相互匹配，大小由压力盒10最大水平截面圆直径确定；传压柱9高度根据支架顶梁箱体5高度确定，传压柱9超出液压支架顶梁1顶面5～10mm，做圆角处理，圆角半径与超出高度相等。

其中，传压柱9与限位器11均为不低于液压支架顶梁1硬度的材料制成。

其中，限位器11位置由定位孔4轴线位置确定，与支架顶梁箱体5底板内部焊接固定，在顶梁非箱型体结构14处，将限位器11与定位孔4同轴心对正后，将限位器11顶部与液压支架顶梁1进行焊接固定，压力盒线缆12由限位器11的线缆出口13直接导出。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。