专利名称：预警液压支柱装置的制作方法
预警液压支柱装置技术领域
本发明属于液压支柱技术领域，具体涉及一种预警液压支柱装置。
背景技术：
目前，国内外在采煤、采矿及隧道施工中，其工作面多采用单体液压支柱进行支护，主要存在以下缺点①现有技术的液压支柱支撑高度受液压缸长度限制，对于煤矿巷道在采煤区高度有变化时，需要采用不同高度的液压支柱进行支撑，其通用性差；②现有技术的液压支柱出现液压系统故障后，便失去支撑能力，安全性差；③当支柱受到矿顶来压时， 无预警功能，工作人员安全防护应急能力弱；④在重载冲击来压时，现有技术三用阀泄流量有限，会造成液压系统损坏，安全性差；⑤现有技术没有针对巷道岩层顶部和底部复杂形状设计支柱顶盖和底脚摩擦面，容易发生倾倒事故，安全性差现有技术未针对巷道采动过程中岩层振动和采掘冲击影响，容易使液压缸活塞振动发热造成内泄，液压系统寿命较短。发明内容
本发明目的是提供一种预警液压支柱装置，可有效地克服现有技术存在的缺点。
本发明是这样实现的，其结构特征如图1所示，它包括有顶盖组件1、支柱体I1、 机械卡盘II1、空心液压缸IV、液力弹簧卡盘V、空心底座VI及预警液囊组件νπ。顶盖组件I 的下部通过螺纹与支柱体II上端相连接，机械卡盘III套装在支柱体II上部，其底端法兰通过螺栓与空心液压缸IV的上端法兰相连接，空心液压缸IV的下端法兰通过螺栓与液力弹簧卡盘V上端法兰相连接，液力弹簧卡盘V的下端法兰通过螺栓与空心底座VI上端法兰相连接，支柱体II贯穿在上述各件的中空腔内，预警液囊组件VD的刺针通过安装架安装在空心液压缸IV的外壁上，气味囊通过安装盘安装在空心液压缸IV上端法兰上。
所述的顶盖组件I如图2、3、4、5所示，顶盖底座I上端面为盘状，盘底部依次装有阻尼层2和分形几何层3、并通过螺钉5与顶盖底座I相连接，顶盖底座I上端面上装有橡胶防倾刺4，在顶盖底座I上端周壁上制有多个楔孔6与楔体拉环7相连接。顶盖底座 I的下部是阶梯状的圆柱体，圆柱体底端中心制有圆孔10，圆孔10底端制有螺纹孔8 ;把手 9连接在顶盖底座I圆柱体的外壁上；楔体拉环7的结构是楔口柱体11通过楔子14与楔孔6固定连接在一起，拉环12通过开口销13与楔口柱体11连接在一起。所述的阻尼层2 是根据岩层地质振动类型，选取相应的铜-锌-铝系或铁-铬-钥系或锰-铜系合金制造的；所述的分形几何层3是根据岩层结构形状，用石膏制模拓出岩层表面结构形状后，采用高强度、耐磨损金属制造。
所述的支柱体II的结构为图6、7、8、9、10所示，上半截由多个锥体15通过螺纹连接在一起，下半截由多个微锥体16通过螺纹连接在一起，上、下半截通过螺纹连结成一体， 微锥体16的锥角为1° 7°。
所述的机械卡盘III的结构采用的是机床夹具中带通孔的两爪自动定心通用卡盘， 卡爪夹持面的锥度是根据支柱体II中锥体15的锥度设计的。
所述的空心液压缸IV的结构如图11所示，中空的活塞22上端通过其上面圆周布 设的螺钉与法兰20相连接，下端安装在由内缸筒25与缸体23形成的圆环形腔内，缸盖21 与缸体23通过螺钉连接，缸体23的底部与底部法兰26通过圆周布设的螺钉相连接。在活 塞22的外周上套装有泄液弹簧28 ;在缸体23下部外壁上安装有三用阀27与缸体23内液 压腔H连通，在缸体23的中部外壁面上安装有压力传感器显示仪表24。
所述的液力弹簧卡盘V的结构是如图12、13、14、15、16所示，其中间是一个中部 制成为套管的上盖法兰盘29，通过其上面圆周形布设的螺钉与内制有圆台的套筒30连接， 套筒30的底端通过圆周布置的螺钉与底座法兰盘41连接，在上盖法兰盘29的套管壁与套 筒30之间安装有活塞31，缸底32通过密封圈套装在活塞31与套筒30之间。活塞31的 底端通过梯形螺纹连接34与环形压紧套35连接。环形压紧套35的底端通过圆周布置的 螺钉36与夹持爪37连接，环形压紧套35与夹持爪37之间留有间隙，夹持爪37上部法兰 的下面安装有压紧套38，在压紧套38底面与锥孔座40之间安装有蝶形弹簧42，在锥孔座 40上面、蝶形弹簧42孔内安装有薄壁锥管39，锥孔座40安装在底座法兰盘41上面，在活 塞31上面的缸体内形成上液腔E，活塞31下面缸体内形成下液腔F，在套筒30壁上开设有 与上液腔E连通的夹紧进液孔45及与下液腔F连通的松开进液孔44，在缸底32下面的套 筒壁上开设有通气孔43。
所述的空心底座VI的构造如图17所示，在底座法兰盘50下面通过螺钉53依次与 阻尼层51和分形几何层52相连接，底座法兰盘50上面分别安装有左右把手49、49 '，在 底座法兰上端装有压力传感器48。
所述的预警液囊组件Vn的结构如图18、19、20、21所示半圆盘中心制成上小下大 的梯形圆孔的安装盘54，通过螺栓连接59与空心液压缸IV的法兰20相连接，在阶梯型圆 孔内自上往下依次安装有紧急气味液体囊55、气味液体囊56及铝箔壳57，其下端通过环形 组装圈58内螺纹固定。刺针61安装在安装盘54的下方位设定的距离处，制有轴向沟槽的 刺针61通过安装座60安装在缸体23的外壁上。
所述三用阀27的原理如图22所示，三用阀27包括有卸载阀62、单向阀63、安全 阀64，将其连接在空心液压缸IV的外壁上与液压腔内液体接通。
本发明与现有技术相比具有以下优点及效果①由于运用机械卡盘III和液力弹簧卡盘V夹持支柱体II，突破了传统液压支柱支撑高 度受液压缸体长度限制的局限，通过组合螺纹连接的锥体的长度，支柱体能够更好的适应 矿井高度的变化，适用性强。
②由于支柱体II由上部多个锥体和下部多个微锥体组成，在岩顶初来压时，液力 弹簧卡盘V仅防止支柱体偏心，当达到一定行程时，液力弹簧卡盘V和微锥体形成摩擦支 柱作用，当出现液压系统故障时，如液压缸爆缸或阀体出现故障时，液压支柱失去支撑能 力，液力弹簧卡盘和微锥体形成摩擦支柱仍能提供支撑力，实现了双机容错的功能，安全性更高。
③为了防止死柱，采用机械卡盘III与液力弹簧卡盘V机构，若发生死柱，通过扳手 卸开机械卡盘III或将液体从松开进液口注液，使液力弹簧卡盘V退回夹持爪即可，简单易 行。
④通过在顶盖组件I和空心底座VI中采用了阻尼层结构，能吸收岩层及采掘过程中造成的冲击与振动的能量，可有效提高液压系统使用寿命，克服了现有技术中依赖于液压缸体活塞的阻尼减振作用的不足，改善了现有技术中，缸体活塞振动造成密封发热、易产生泄漏、造成液压支柱的使用寿命短，安全性差的缺点。
⑤本发明由于采用分形几何摩擦学原理，通过在顶盖组件I和空心底座VI中采用分形几何层，可增加液压支柱顶盖、底座与岩层的摩擦力，防止液压支柱倾倒事故的发生， 安全性更高。
⑥本发明由于采用液囊气味报警技术，当出现不可预测的危险时，如地震等情况， 现场人员第一时间通过气味预警，可快速应急逃离，减少生命安全事故。
⑦本发明在重载和大冲击下，可合理组合多层液压缸，实现多个安全溢流阀溢流， 增大溢流量，有效减少单个液压缸由于溢流流量小，造成憋缸，损坏液压缸体；为增加稳定性也可组合多部机械夹持卡盘和液力弹簧卡盘；提高预警液压组合支柱安全性。
⑧本发明在空心底座上，设有本安型压力传感器实现二次报警和校验气味囊报警有效性，运用现有网络远程监测技术，可提高液压支柱支撑系统整体安全性。
图1是本发明结构示意图；图2是顶盖组件结构示意图；图3为图2中A-A剖视示意图； 图4为图3中K部放大图；图5是图2的俯视图；图6是支柱体结构示意图；图7是锥体正视图；图8是图7的俯视图；图9为微锥体正视图；图10是图9的俯视图；图11是空心液压缸结构不意图；图12是液力弹簧卡盘结构示意图；图13是薄壁锥管正视图；图14是图13的俯视图；图15是夹持爪剖视图；图16是图15的俯视图；图17是空心底座结构不意图；图18是预警液囊组件示意图；图19是安装盘结构剖视示意图；图20是图19的俯视不意图；图21是刺针的俯视图；图22是二用阀回路系统意图；图中I 一顶盖组件，II 一支柱体，III一机械卡盘，IV —空心液压缸，V—液力弹簧卡盘，VI—空心底座，νπ —预警液囊组件；I 一顶盖底座，2 —阻尼层，3 —分形几何层，4 一橡胶防倾刺，5 一螺钉，6 一楔孔， 7 一楔体拉环，8 一螺纹孔，9 一把手，10 —圆孔，11 一楔口柱体，12 —拉环，13 —开口销， 14 一模子，15 —维体，16 —微维体，20 —法兰,21 —缸盖,22 —活塞,23 —缸体,24 —显不 仪表，25 —内缸筒，26 —底部法兰，27 —三用阀，28 —弹簧,29 —上盖法兰盘,30 —套筒， 31 一活塞,32 —缸底,33 —螺钉,34 —梯形螺纹连接，35 —环形压紧套，36 —螺钉,37 —夹 持爪，38—压紧套，39—薄壁锥管，40—锥孔座，41 一底座法兰盘，42—蝶形弹簧，43 — 通气孔，44 一松开进液口，45 —夹紧进液口，47 —法兰，48 —压力传感器，49、4V —把手， 50 一底座法兰盘，51 —阻尼层，52 —分形几何层，53 —螺钉，54 —安装盘，55 —紧急气味液 体囊，56 —气味液体囊，57 —铝箔壳，58 —环形组装圈，59 —螺栓，60 —安装座，61 —刺针， 62 一卸载阀，63 —单向阀，64 —安全阀，65 —注液枪，K1 一上开缝，K2 —下开缝，K3 —开缝， H 一液压腔，E 一上液压腔，F 一下液压腔。
具体实施方式
下面结合附图通过较佳实施例对本发明做详细说明。
如图1所示，将本发明的装置运装在隧道内，根据岩层情况选装迎三角为3%_4%的 斜面的阻尼层，适应岩层倾斜的情况；如图6所示，根据隧道实际支撑高度，紧固支柱体II的长度，通过使用力矩扳手紧固机 械卡盘III夹紧丝杠使机械卡盘夹持爪夹持紧锥体15 ；如图12所示，通过液压泵向夹紧进液口 45注液，松开进液口 44回液，使液力弹簧卡盘 夹持爪37轻微接触到微锥体16，实现机械卡盘III和液力弹簧卡盘V自动定心控制；如图1、22所示，将通用的注液枪65插入三用阀27注液孔中，打开注液枪65，高压液体 将单向阀63钢球推开，进入液压腔H内使活塞22升高；当顶盖组件I的分形几何层3紧贴 工作面后，注液枪65停止操作，这时液压腔H压力为泵站压力，顶盖组件I得到了初撑力； 根据升柱高度，再使用液压泵通过夹紧进液口 45注液，松开进液口 44出液，使液力弹簧卡 盘夹持爪37向内微进，预设支柱体II中的微锥体16向下移动与液力弹簧卡盘V锁紧的行 程；支柱体II中的微锥体16向下移动超过预设行程后，实现摩擦支撑的安全保护；如图18、19、20、21安装预警液囊组件VL通过丝杠机构螺母调整刺针61高度，使刺针 61接触铝箔壳57表面，紧固螺母使其自锁，实现现场液囊预警系统的安装调试；如图11、17安装液压缸IV外壁上通用本安型压力传感器显示仪表24，并与本安型压力 传感器48链接，调试显示单元显示压力示值，设置压力报警上限，启动报警蜂鸣器，实现压 力传感器检测；如图3、4所示，采用楔体拉环7实现与相邻柱体通过网、绳等快速安装连接，防止单个 预警液压支柱装置倾倒事故；随着采煤工作面的推进和支设时间的延长，工作面反作用在预警液压支柱装置上载重 增加，当顶盖组件压力超过预警液压支柱装置额定工作载荷时，预警液压支柱装置的液压 腔H内的高压液体将三用阀27中的安全阀64打开，液体外溢、预警液压支柱装置下缩，内 腔H压力降低，预警液压支柱装置承受载荷减小，安全阀64关闭，内腔H液体停止外溢，因 此，预警液压支柱装置始终保持着额定的工作载荷，形成恒阻式支柱；如图12所示，当液压系统出现故障时，支柱体II向下移动超过预设行程后，支柱体II中的微锥体16与液力弹簧卡盘卡爪37形成摩擦，微锥体16若继续下降，卡爪37受摩擦力 向下移动，受锥孔座40作用使卡爪37向内加紧，若微锥体16进一步下落，卡爪37带动压 紧套38向下运动挤压蝶形弹簧42，蝶形弹簧42受力变形挤压薄壁锥管39向内变形，使卡 爪37受锥孔座40作用进一步向内加紧；进而实现微锥体16向下滑行越多，夹持爪37夹持 力越大，形成被动锁紧摩擦支撑力强度越大，实现摩擦支撑的安全保护；回柱时，关闭压力传感器48，拆卸传感器显示仪表24 ;拆卸预警液囊组件VII。通过液压 泵松开进液口 44注液，夹紧进液口 45出液，打开液力弹簧卡盘V的夹持爪37，打开三用阀 中的卸载阀62，预警液压支柱装置内的液体经卸载阀62排出，液压缸在弹簧28和卸载阀 62作用下自动复位。
显然，本领域的技术人员可以对其进行改动和变形，倘若这些改动和变形不脱离 本发明的原理，属于本发明的权利要求及其等同技术的范围，则本发明的保护范围包含这 些改动和变形在内。
权利要求
1.一种预警液压支柱装置，其结构特征是它包括有顶盖组件(I )、支柱体(II )，机械卡盘(III)、空心液压缸(IV)、液力弹簧卡盘(V)、空心底座(VI)及预警液囊组件(νπ) ，在顶盖组件(I )下部通过螺纹与支柱体(II )上端连接，机械卡盘(III)套装在支柱体(II )上部位，其底端法兰通过螺栓与空心液压缸(IV)的上部法兰相连接，空心液压缸 (IV)下端法兰通过螺栓与液力弹簧卡盘(V )上端法兰相连接，液力弹簧卡盘(V )的下端法兰通过螺栓与空心底座(VI)上端法兰相连接，支柱体(II )贯穿在上述各件的中心空腔内，预警液囊组件(νπ)的刺针通过安装架安装在空心液压缸(IV)的外壁上，气味胶囊通过安装盘安装在空心液压缸(IV )上端法兰上；所述顶盖组件(I )的结构是顶盖底座(I)上端面为盘状，盘底部依次装有阻尼层(2) 和分形几何层(3)，并通过螺钉(5)与顶盖底座(I)相连接，顶盖底座(I)上端面上安装有橡胶防倾刺(4)，其周壁上制有多个楔孔(6)与楔体拉环(7)相连接，顶盖底座(I)的下部是阶梯状的圆柱体，圆柱体顶端中心制有圆孔(10)，圆孔(10)底端制有螺纹孔(8)，把手 (9)连接在顶盖底座⑴的外壁上；楔体拉环(7)的结构是楔口柱体(11)通过楔子(14)与楔孔(6)固定连接在一起，拉环(12)通过开口销(13)与楔口柱体(11)连接在一起，所述的阻尼层(2)是根据岩层地质振动类型，选取相应的铜-锌-铝系或铁-铬-钥系或锰-铜系合金制造的；所述的分形几何层(3)是根据岩层结构形状，用石膏制模拓出岩层表面形状后，利用高强度、耐磨损的金属制造的；所述的支柱体(II )的结构是上半截是由多个锥体(15)通过螺纹连接在一起，下半截是由多个微锥体(16)通过螺纹连接在一起，再将上下半截通过螺纹连接在一起；所述微锥体(16)的锥角为1° 7° ；所述的空心液压缸(IV)的结构是中空的活塞(22)上端通过其上面圆周布设的螺钉与法兰(20)相连接，下端安装在内缸筒(25)与缸体(23)形成的圆环腔体内，缸盖(21)与缸体(23)通过螺钉连接，缸体(23)的底部与底端法兰(26)通过圆周布设的螺钉相连接， 在活塞(22)的外周上套装有泄液弹簧(28)，在缸体(23)下部外壁上安装有三用阀(27)与缸体(23)内第一液压腔(H)连通，在缸体(23)的中部外壁面上安装有压力传感器显示仪表(24)；所述的液力弹簧卡盘(V)的结构是中间为一个中部制成套管的上盖法兰盘(29)通过其上面圆周形布设的螺钉与内制有圆台的套筒(30)连接，套筒(30)的底端通过圆周布设的螺钉与底座法兰盘(41)连接，在上盖法兰盘(29)的套管壁与套筒(30)之间安装有活塞 (31)，缸底(32)通过密封圈套装在活塞(31)与套筒(30)之间，活塞(31)的底端通过梯形螺纹连接(34)与环形压紧套(35)连接，环形压紧套(35)的底端通过圆周布置的螺钉(36) 与夹持爪(37)连接，环形压紧套(35)与夹持爪(37)之间留有间隙，夹持爪(37)上部法兰的下面安装有压紧套(38)，在压紧套(38)底面与锥孔座(40)之间安装有蝶形弹簧(42)， 在锥孔座(40)上面、蝶形弹簧(42)孔内安装有薄壁锥管(39)，锥孔座(40)安装在底座法兰盘(41)上面，在活塞(31)上面的缸体内形成上液腔(E)，活塞(31)下面缸体内形成下液腔(F)，在套筒(30)壁上开设有与上液腔(E)连通的夹紧进液孔(45)及与下液腔(F)连通的松开进液孔(44)，在缸底(32)下面的套筒壁上开设有通气孔(43)；所述的空心底座(VI)的结构是在底座法兰盘(50)下面通过螺钉(53)依次与阻尼层 (51)和分型几何层(52)相连接，底座法兰盘(50)上面分别安装有左右把手(49、49丨)，在底座法兰上端装有压力传感器(48)； 所述的预警液囊组件(νπ)的结构是半圆盘中心制成上小下大梯形圆孔的安装盘 (54)通过螺栓(59)与空心液压缸(IV)的法兰(20)相连接，在梯形圆孔内自上往下依次安装有紧急气味液体囊(55)、气味液体囊(56)及铝箔壳(57)，梯形圆孔下端通过环形组装圈(58)加以固定；刺针(61)安装在安装盘(54)的下方位设定的距离处，制有轴向沟槽的刺针(61)通过安装架(60)安装在缸体(23)的外壁上。
全文摘要
一种预警液压支柱装置，属于液压支柱技术领域。特征是它包括有顶盖组件、支柱体、机械卡盘、空心液压缸、液力弹簧卡盘、空心底座及预警液囊组件。顶盖组件的下部通过螺纹与支柱体上端相连接，机械卡盘套装在支柱体上部，其底端法兰通过螺栓与空心液压缸的上端法兰相连接，空心液压缸的下端法兰通过螺栓与液力弹簧卡盘上端法兰相连接，液力弹簧卡盘的下端法兰通过螺栓与空心底座上端法兰相连接，支柱体贯穿在上述各件的中空腔内，预警液囊组件的刺针通过安装架安装在空心液压缸的外壁上，气味囊通过安装盘安装在空心液压缸上端法兰上。优点是高度可调节，适应性强；增大了与岩层的摩擦力，增强了安全性；采用了预警装置，减低了事故的危害性。
文档编号E21D15/44GK102996146SQ20121058295
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者李昕涛, 王爱玲 申请人:太原科技大学