一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架的制作方法

本发明涉属于煤矿巷道支护领域，特别是涉及一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架。

背景技术：

在煤矿深井开采的过程中，冲击低压煤矿中的重大动力灾害之一，近些年已造成大量的财产损失与人员伤亡事故。冲击地压发生时，破坏的围岩对支护体产生剧烈的冲击作用，使支护体上的荷载瞬间激增，超过静压的几倍、十几倍甚至更大，常导致支护体突发局部损伤、变形或整体的垮塌破坏，对矿下作业人员及生产设备的安全造成了严重威胁。

目前，应用最为广泛的巷道支护当属U 型钢支架，该种支架大多由三节、四节或六节弧形梁相互搭接而成，并组成拱形支架或者环形支护圈，且在相邻两弧形梁之间通过卡缆简单箍住，但是这种传统结构的U 型钢支架还存在着明显的缺陷，其中采用平滑型面的弧形梁韧性普遍很差，导致弧形梁的让位吸能性很差，且支架不具备快速让位吸能功能，一旦发生冲击地压，弧形梁的局部很容易发生折断或卡缆连接处崩开，最终导致支架的整体垮塌及支护失效，造成安全事故。

在公开号为CN103821542B的中国发明专利中公开了一种具有波折纹型面的防冲支架，其利用支架的波折纹型面来吸收冲击地压。虽然在实际应用中上述支架确实有一定的效果，但是其抗冲击和让位效果还是不能满足实际需求。另外上述支架的支撑刚度是固定的的，而冲击地压的强度是变化的。在实际应用中往往会出现一整段支架同时损坏严重，如果上述支架能够根据冲击地压适时调整自身或者附近的支架的支撑刚度，那么不但能够较好地吸收冲击地压，提高安全性；还能够减少支架的损失，降低开采成本。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架，其不但具备较好的抗冲击和吸能效果，而且还能够根据局部多处冲击地压的不同来实时调整自身或者附近支架的支撑刚度。

为实现上述目的，本发明提供了一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架，包括顶部支撑组件，所述的顶部支撑组件通过缓冲连接组件与支撑柱连接，所述的支撑柱底部通过缓冲支撑组件与底座装配固定；

所述的顶部支撑组件包括第一固定支撑板、活动支撑板，第二固定支撑板，所述的第一固定支撑板和第二固定支撑板分别设置在活动支撑板两侧；

所述的第一固定支撑板、第二固定支撑板两端均固定在连接座上；

所述的第二支撑板上设有支撑板安装腔，所述的支撑板安装腔中设置有气阀组件；

所述的活动支撑板下方还设有第一安装板和第二安装板，所述的第一安装板、第二安装板与第一固定支撑板、第二固定支撑板共同围成了气囊安装腔，所述的气囊安装腔中安装有高压气囊，所述的高压气囊内装有高压气体；

所述的高压气囊的出气口与第五气管一端连通，所述的第五气管另一端通过第四气管与第六气管一端连通，所述的第六气管另一端装入气阀组件的第二气阀主体部分中；

所述的气阀组件包括第一气阀主体部分、第二气阀主体部分，所述的第二气阀主体部分中设有第一气道，所述的第六气管与第一气道底部连通；

所述的第一气道顶部与第七气管一端连通，所述的第七气管另一端与第九气管连通，所述的第九气管与气杆连通，所述的气杆的伸出轴与活动支撑板内侧铰接。

作为本发明的进一步改进，所述的第二固定支撑板上设有面板，所述的面板用于封闭支撑板安装腔的开口端面。

作为本发明的进一步改进，所述的高压气体是高压氮气。

作为本发明的进一步改进，所述的第二气阀主体部分上还设有密封滑槽，所述的密封滑槽与密封滑块装配且所述的密封滑块能够在密封滑槽中滑动；

所述的密封滑块右端装入第一气阀主体部分的动力滑槽中，所述的动力滑槽右端与第二油管连接；

所述的密封滑槽将第一气道截断成两部分，且所述的密封滑块上设有开关通孔；初始状态时，所述的开关通孔不连通第一气道。

作为本发明的进一步改进，所述的第二气阀主体部分右侧设置有弹性带，所述的弹性带两端与第二气阀主体部分的右端面连接固定，中间部分与密封滑块右端接触顶紧或连接固定，所述的弹性带采用弹性材料制成，如橡胶、硅胶等。

作为本发明的进一步改进，所述的缓冲连接组件包括支撑块和缓冲板簧，所述的支撑块一端固定在连接座上，另一端装入支撑柱的缓冲槽中；

所述的支撑块底部设有密封滑板，所述的密封滑板与缓冲槽为密封装配，且所述的缓冲槽在密封滑板底面以下部分装有液压油；

所述的缓冲槽底部设有连接油道，所述的连接油道通过连接油管与第一油管一端连通，所述的第一油管另一端与第二油管连通；

所述的缓冲板簧包括两端的第一安装部分、板簧部分、第二安装部分；所述的所述的板簧部分为圆环形；

所述的连接座上设有第一固定槽和第一固定孔；

所述的支撑柱上设有第二固定槽；

所述的第一安装部分和第二安装部分分别装入第一固定槽和第二固定槽中，所述的第一固定槽中还装有固定块，固定销分别穿过第一固定孔、固定块和将固定块固定在第一固定槽中。

作为本发明的进一步改进，所述的缓冲支撑组件包括支撑底座，所述的支撑底座上设有密封槽，所述的密封槽与缓冲连接柱一端装配，所述的缓冲连接柱另一端固定在支撑柱底部；

所述的缓冲连接柱底面与密封槽底面之间装有液压油，且所述的密封槽底部设有第一高压油管，所述的第一高压油管将密封槽与第二高压油管一端连通，所述的第二高压油管另一端与另一支架的第一高压油管连通。

作为本发明的进一步改进，所述的第二高压油管上设置有压力阀；

所述的压力阀包括本体，所述的本体中设有第一油道、第二油道、开关滑槽；

所述的第一油道一端连通第二油道，另一端与开关滑槽端部连通；

所述的开关滑槽中安装有开关滑块，所述的开关滑块两端与开关滑槽两端面之间分别设有一复位弹簧，所述的复位弹簧两端分别与开关滑块端面和开关滑槽端面连接固定；

所述的第二油道开口端固定有油道连接管；初始状态时，所述的开关滑块将第二油道挡断；所述的油道连接管分别与第二高压油管连接。

作为本发明的进一步改进，所述的支撑底座还包括滑块安装腔和通槽，所述的滑块安装腔中安装有T形滑块，所述的T形滑块的滑块部分穿过通槽与通装配，所述的T形滑块的端部部分与滑块安装腔侧壁之间设有方簧；所述的滑块安装腔中还安装有凸轮杆，所述的凸轮杆包括凸轮部分、安装部分、杆体，所述的杆体一端与凸轮部分连接，另一端穿过支撑底座且伸出支撑底座；所述的安装部分装入安装盲孔中，且与安装盲孔通过螺纹旋合装配。

作为本发明的进一步改进，在凸轮部分将滑块部分顶出到最大位置时，安装部分与安装盲孔的螺纹完全旋合。

本发明的有益效果是：

1、本发明在顶部支撑组件上通过高压气囊、气杆支撑活动支撑板，在发生冲击地压时，可通过活动支撑板快速吸收冲击地压和让位，防止顶部支撑组件直接被压坏。另外在活动支撑板达到缓冲后，第一固定支撑板和第二固定支撑板能与活动支撑板一起支撑，大大提高顶部支撑组件的刚度。

2、本发明在缓冲连接组件处采用缓冲板簧和缓冲槽，形成两级吸能缓冲结构，不仅能够大大提高支架的抗瞬间冲击能力，还大大提高了缓冲连接组件的使用寿命。

3、本发明两两相邻的支架之间的缓冲支撑组件通过第二高压油管连接，当巷道顶部局部发生冲击地压时，能够瞬间提高与受冲击的支架连接的其它支架的支撑刚度，这既提高了支架的抗冲击能力，又提高了支架的支撑效果和安全性。

附图说明

图1是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的组合使用状态图。

图2是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的结构示意图。

图3是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的顶部支撑组件结构示意图。

图4是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的前视图。

图5是图4中缓冲支撑组件A-A剖面图。

图6是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的结构示意图。

图7是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的结构示意图。

图8是图7中F1处放大图。

图9是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的气阀组件结构示意图。

图10是图9中C-C剖面图。

图11是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的左视图。

图12是图11中B-B剖面图。

图13是图11中F2处放大图。

图14是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的缓冲支撑组件局部结构示意图。

图15是本发明一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架具体实施方式的压力阀结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见图1至图15，一种能够自动调整支撑刚度的矿用支架，包括顶部支撑组件100，所述的顶部支撑组件100通过缓冲连接组件200与支撑柱300连接，所述的支撑柱300底部通过缓冲支撑组件400与底座500装配固定。

所述的顶部支撑组件100包括第一固定支撑板101、活动支撑板102，第二固定支撑板103，所述的第一固定支撑板101和第二固定支撑板103分别设置在活动支撑板102两侧；

所述的第一固定支撑板101、第二固定支撑板103两端均固定在连接座104上；

所述的第二固定支撑板103上设有可拆卸的面板1031，所述的面板1031用于封闭设置在第二固定支撑板103内的支撑板安装腔1032的开口端面；

所述的支撑板安装腔1032中设置有气阀组件105；

参见图4，所述的活动支撑板102下方还设有第一安装板106和第二安装板107，所述的第一安装板106、第二安装板107与第一固定支撑板101、第二固定支撑板103共同围成了气囊安装腔110，所述的气囊安装腔110中安装有高压气囊111，所述的高压气囊111内装有高压气体，所述的高压气体可以是高压氮气。

所述的高压气囊111的出气口与第五气管1065一端连通，所述的第五气管1065另一端通过第四气管1064与第六气管1066一端连通，所述的第六气管1066另一端装入气阀组件105的第二气阀主体部分1052中；

所述的气阀组件105包括第一气阀主体部分1051、第二气阀主体部分1052，所述的第二气阀主体部分1052中设有第一气道1054，所述的第六气管1066与第一气道1054底部连通；

所述的第一气道1054顶部与第七气管1067一端连通，所述的第七气管1067另一端与第九气管109连通，所述的第九气管109与气杆108连通，所述的气杆108的伸出轴与活动支撑板102内侧铰接。

初始状态时，所述的活动支撑板102由气杆108支撑且所述的活动支撑板102的最高点要不比第一固定支撑板101和第二固定支撑板103低。这样在安装时，支架首先是通过活动支撑板102与巷道顶板接触支撑的。当发生冲击地压时，冲击压首先会对活动支撑板施压102，由于活动支撑板采用气杆108支撑，故所述的活动支撑板102能够通过气杆108吸收掉大部分冲击能，且具有较好的让位效果。

所述的第二气阀主体部分1052上还设有密封滑槽10521，所述的密封滑槽10521与密封滑块1055装配且所述的密封滑块1055能够在密封滑槽10521中滑动；

参见图9，所述的密封滑块1055右端装入第一气阀主体部分1051的动力滑槽10511中，所述的动力滑槽10511右端与第二油管1062连接，所述的第二油管1062中的油可以进入到动力滑槽10511中；

参见图10，所述的密封滑槽10521将第一气道1054截断成两部分，且所述的密封滑块1055上设有开关通孔10551。初始状态时，所述的开关通孔10551不与第一气道1054正对即不连通第一气道1054，此时高压气囊111内的高压气体无法通过第一气道1054，当第二油管1062向动力滑槽10511中充入高压液压油后，所述的高压液压油就能推动密封滑块1055向右滑动，直到开关通孔10551将第一气道1054连通。

为了在动力滑槽10511内的高压液压油降压后密封滑块能够复位以切断第一气道105，可以在第二气阀主体部分1052右侧（以图10为准）设置弹性带1053，所述的弹性带1053两端与第二气阀主体部分1052的右端面连接固定，中间部分与密封滑块1055右端（以图10为准）接触顶紧或连接固定。当动力滑槽10511内泄压后，密封滑块1055会在弹性带1053的作用下向左运动，直到恢复初始位置。

所述的缓冲连接组件200包括支撑块202和缓冲板簧201，所述的支撑块202一端固定在连接座104上，另一端装入支撑柱300的缓冲槽302中；

所述的支撑块202底部设有密封滑板2021，所述的密封滑板2021与缓冲槽302为密封装配，且所述的缓冲槽302在密封滑板2021底面以下部分装有液压油；

所述的缓冲槽302底部设有连接油道303，所述的连接油道303通过连接油管1063与第一油管1061一端连通，所述的第一油管1061另一端与第二油管1062连通。

所述的缓冲板簧201包括两端的第一安装部分2011、板簧部分2013、第二安装部分2012；所述的所述的板簧部分2013为圆环形；

所述的连接座104上设有第一固定槽1041和第一固定孔1042；

所述的支撑柱300上设有第二固定槽3011；

所述的第一安装部分2011和第二安装部分2012分别装入第一固定槽1041和第二固定槽3011中，所述的第一固定槽1041中还装有固定块800，固定销801分别穿过第一固定孔1042、固定块800和将固定块800固定在第一固定槽1041中。所述的固定块800用于将第一安装部分2011顶紧固定在第一固定槽1041中。

当冲击地压产生时，通过巷道顶板对顶部支撑组件100产生的冲击压力会传递到连接座104上，所述的连接座104会产生向下的冲击力和位移。此时，缓冲板簧201首先会缓冲掉大部分的冲击力，若是冲击力过大，支撑块202就会向下发生位移，使密封滑板2021向下移动并将缓冲槽302内的液压油通过第二油管、第一油管压至动力滑槽10511中，液压油进入动力滑槽10511中后就能推动密封滑块1055向右运动直到开关通孔与第一气道1054连通。所述的第一气道1054与开关通孔连通后，高压气囊111内的高压气体就会通过气阀组件进入气杆108中以提高气杆108中的气压，气杆108中的气压提高后其对活动支撑板提供的支撑力会增加，这就能够提高活动支撑板的支撑刚度，进一步增加活动支撑板102的抗冲击和吸收冲击能力。当然，所述的密封滑板2021与缓冲槽302形成了类似于油缸的结构，其能够大大提高缓冲连接组件200的抗冲击能力。

所述的缓冲支撑组件400包括支撑底座401，所述的支撑底座401上设有密封槽4011，所述的密封槽4011与缓冲连接柱304一端装配，所述的缓冲连接柱304另一端固定在支撑柱300底部；

所述的缓冲连接柱304底面与密封槽4011底面之间装有液压油（图中未画出），且所述的密封槽4011底部设有第一高压油管402，所述的第一高压油管402将密封槽4011与第二高压油管700一端连通，所述的第二高压油管700另一端与压力阀600连通，所述的压力阀600通过另一第二高压油管700与另一支架的第一高压油管402连通（参见图1）。

当产生冲击地压时，顶部支撑组件100所受的冲击力会通过支撑柱300传递到缓冲连接柱304上，此时，所述的缓冲连接柱304向下运动挤压密封槽4011内的液压油，所述的密封槽4011内的液压油会随着缓冲连接柱304的挤压进入另一与其通过第二高压油管700连接的支架的密封槽4011中，这就能够提高该支架的支撑刚度，使其以较高的刚度支撑巷道顶板，大大的提高了该支架的抗冲击能力和支撑效果以及对冲击地压的吸收、让位能力。

参见图15，为了防止两个支架间通过第二高压油管700直接连接而导致支架对压力反应太过灵敏而造成支撑不稳、影响缓冲支撑组件400的使用寿命，可在第二高压油管700上设置压力阀600；

所述的压力阀600包括本体601，所述的本体601中设有第一油道602、第二油道608、开关滑槽605；

所述的第一油道603一端连通第二油道608，另一端与开关滑槽605端部连通；

所述的开关滑槽605中安装有开关滑块607，所述的开关滑块607两端与开关滑槽两端面之间分别设有一复位弹簧606，所述的复位弹簧606两端分别与开关滑块607端面和开关滑槽605端面连接固定；

所述的第二油道608开口端固定有油道连接管602；初始状态时，所述的开关滑块607正好将第二油道608挡断，使第二油道608内的液压油无法流通。

所述的油道连接管602分别与第二高压油管700连接，当开关滑块607一侧的第二油道608中的油压增加时，该侧的液压油会通过第一油道603进入开关滑槽605中，并推动开关滑块607直到开关滑块607不再挡断第二油道608，此时高压端的液压油就会进入低压端，最后通过第二高压油管进入低压端的支架中提高该支架的刚性。

所述的支撑底座401还包括滑块安装腔4012和通槽4013，所述的滑块安装腔4012中安装有T形滑块404，所述的T形滑块404的滑块部分4042穿过通槽4013与通槽4013装配，所述的T形滑块404的端部部分4041与滑块安装腔4012侧壁之间设有方簧405；所述的滑块安装腔4012中还安装有凸轮杆403，所述的凸轮杆403包括凸轮部分4031、安装部分4032、杆体4033，所述的杆体4033一端与凸轮部分4031连接。另一端穿过支撑底座401且伸出支撑底座401；

所述的安装部分4032装入安装盲孔4014中，且与安装盲孔4014通过螺纹旋合装配。

使用时，转动杆体4033，所述的杆体4033带动凸轮部分4031转动，凸轮部分4032转动时会顶动端部部分4041，使滑块部分4042向外伸出。优选地，在凸轮部分将滑块部分4042顶出到最大位置时，安装部分4032与安装盲孔4014的螺纹正好旋合完，这样就能方便使用者判断滑块部分是否已经伸出到最大位置。

参见图1，当支架与底座500安装时，首先将缓冲支撑组件400的支撑底座401装入底座安装槽501中，然后转动杆体4033使凸轮部分将T形滑块404顶出，直到滑块部分4042与安装卡槽502装配、卡紧即可。本结构能够灵活调整支架在底座上的安装位置，同时安装起来非常的方便。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。