一种液压支柱的制作方法

本发明涉及矿井支护设备技术领域，更具体地说，涉及一种液压支柱。

背景技术

单体液压支柱具有灵活性好的特点，适用于地质条件比较复杂的采煤工作面。目前液压支柱的柱体大多采用钢铁材料制成，导致液压支柱重量大，不方便操作人员进行移动和支设，尤其是部分大规格的液压支柱的重量可超过100kg，更加剧了不易移动的问题。目前市场上也存在玻璃钢支柱，该种支柱的重量较轻，但其额定工作阻力较小，远低于钢制支柱的额定工作阻力。

综上所述，如何提供一种重量轻、工作阻力高的液压支柱，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种液压支柱，其重量较轻，能够降低工人的劳动强度；同时具有良好的抗冲击性和抗压性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液压支柱，包括油缸和活柱，所述活柱套接于所述油缸内部、且能够沿轴向伸缩，所述活柱为采用第一碳纤维材料制成的碳纤维活柱，所述油缸包括防渗层和包覆于所述防渗层外部的第二碳纤维层。

优选的，所述防渗层的端部比中部厚。

优选的，所述防渗层为钢制内胆。

优选的，所述液压支柱的底座通过钢丝槽与所述钢制内胆连接。

优选的，所述液压支柱的手把通过钢丝槽与所述钢制内胆连接。

优选的，所述液压支柱的注液阀通过粘结剂与所述油缸固定连接。

优选的，所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂。

优选的，以重量百分比计，所述第一碳纤维材料包括60～65％网状碳纤维，30～35％的石墨烯改性韧化环氧树脂基体，1～3％阻燃剂，1～5％防静电剂。

优选的，以重量百分比计，所述第二碳纤维层包括60～65％的网状碳纤维，30～35％的环氧树脂基体，1～3％的阻燃剂，1～5％的防静电剂，3～5％的粘结剂。

本发明提供的液压支柱包括油缸和活柱，活柱套接在油缸的内部、且能够沿轴向伸缩，活柱采用第一碳纤维材料制成，油缸采用第二碳纤维材料制成，且油缸内侧壁设有防渗层。

本申请提供的液压支柱，活柱和油缸采用碳纤维复合材料制成，相比于钢制的活柱和油缸，碳纤维能够减轻液压支柱的重量，在使用过程中降低工人的劳动量；同时由于碳纤维强度高，能够使液压支柱具有较高的抗压性和抗冲击性。实现了在保障液压支柱工作阻力的基础上，减轻液压支柱重量的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的液压支柱的结构示意图；

图2为本发明所提供的油缸的防渗层的侧剖图。

图1～2中的附图标记为：

顶盖1、活柱2、手把3、油缸4、活塞5、注液阀6、底座7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种液压支柱，其重量较轻，能够降低工人的劳动强度；同时具有良好的抗冲击性和抗压性。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的液压支柱的结构示意图；图2为本发明所提供的油缸的防渗层的侧剖图。

本发明提供一种液压支柱，包括油缸4和活柱2，活柱2套接于油缸4内部、且能够沿轴向伸缩，活柱2为采用第一碳纤维材料制成的碳纤维活柱，油缸4包括防渗层和包覆于防渗层外部的第二碳纤维材料。

具体的，液压支柱通常包括顶盖1、手把3、注液阀6、活塞5、复位弹簧和底座7等部件，液压支柱的工作原理和上述各部件的具体结构可参考现有技术。

活柱2是承载类杆件，采用第一碳纤维材料制成。活柱2与油缸4连接并在活柱的下端形成密封腔体，通过向该腔体中填充油液，可使活柱2向远离油缸4的方向抬升，对上方进行支撑。

油缸4采用第二碳纤维材料制成，考虑到碳纤维的防渗透性较差，在活柱2抬升状态下，油缸4的内壁需要与油液接触，为了避免油液的泄漏，提升油缸4的密封性，油缸4第二碳纤维材料的内侧壁设置防渗层。因此油缸4为双层结构，内层为防渗层、外层为第二碳纤维材料。

需要说明的是，第一碳纤维材料和第二碳纤维材料均以碳纤维为主要原料，二者的具体化学成分及配比存在差异。

相比于现有技术中的钢制活柱和钢制油缸，碳纤维材料能够减轻液压支柱的重量，从而减少工人搬运和支设液压支柱的劳动量；同时碳纤维材料的强度较高，能够保障液压支柱具有一定的抗压性和抗冲击性。同时，碳纤维是一种无毒无害的复合材料，自身不易锈蚀，制作管材时无需进行电镀或涂漆处理；且碳纤维在生产加工和后期处理均不会对环境造成污染。

需要说明的是，液压支柱整体采用碳纤维材料会导致产品成本过高，降低推广价值，活柱2和油缸4为液压支柱的主体结构，二者采用碳纤维材料可大幅度降低液压支柱的重量。而对于顶盖1、手把3、底座7等小部件，其制造工艺复杂，难以批量化生产，因此除活柱2和油缸4外，液压支柱的其他部件均可采用27simn钢材作为加工材料。

本发明采用碳纤维材料制作活柱2和油缸4，在保障液压支柱工作阻力的基础上，减少了现有液压支柱的重量，降低了工人的劳动量。尤其对于3.8米以上的大规格液压支柱，更能大幅度减少液压支柱的自重，从而方便工人的操作。

可选的，防渗层可以为钢制内胆。具体可采用27simn钢材或其他钢材作为防渗层的材料，可选的，为了减轻油缸4的重量，可将油缸4中部的厚度控制在3mm之内。可以理解的，钢制内胆的材料、厚度及高度需要结合实际需求具体选择。

可选的，液压支柱的底座7通过钢丝槽与钢制内胆连接。考虑到在工作过程中，底座7需要承受较大的轴向力，在使用过程中应尽量避免其受力脱落，因此采用钢丝槽连接的方式对底座7进行固定。

可选的，为了方便工人的操作和搬运，液压支柱通常设置有手把3，手把3通过钢丝槽与钢制内胆连接。考虑到手把3也需承受轴向力，因此需要保障手把3与油缸4连接的牢固性。具体的，钢质内胆和手把3对应设置有钢丝槽。

可选的，液压支柱的注液阀6通过粘结剂与油缸4固定连接。液压支柱的注液阀6主要用于向油缸4内部填充液体，在使用过程中无需承受轴向作用力，因此可采用粘接的方式与碳纤维材料的油缸4进行连接。在液压支柱的制作过程中，可具体选择环氧树脂类的粘结剂对注液阀6进行固定。

进一步的，为了保障液压支柱各部件间连接的稳定性，在上述任意一个实施例的基础上，防渗层的端部比中部厚。具体的，参考图2，油缸4的下端需要与底座7连接、上端需要与手把3连接，且底座7和手把3通过钢丝槽与油缸4固定，防渗层需要开设钢丝槽结构。因此可将油缸4端部的防渗层适当加厚，以保障底座7和手把3的正常连接。

进一步的，本申请提供的一种具体实施例中，以重量百分比计第一碳纤维材料包括60～65％网状碳纤维，30～35％的石墨烯改性韧化环氧树脂基体，1～3％阻燃剂，1～5％防静电剂。

具体的，第一碳纤维材料可采用热固性树脂、环氧树脂作为主要基体材料。然而考虑到热固性树脂基体韧性较差，会造成第一碳纤维材料抗冲击损伤能力较低，特别是在制造或使用中遭受意外冲击时，其内部易出现不易观测到的分层损伤。

因此本申请优选采用石墨烯改性韧化环氧树脂基体，从而有效提升第一碳纤维材料的界面粘结性能。同时采用热熔法预浸料制备工艺，在复合材料成型过程中，通过树脂体系中的增韧组分向复合材料层间的转移、富集，从而达到对复合材料抗损伤能力薄弱的层间增韧的目的，得到综合性能优异的强韧化碳纤维复合材料。在保证了碳纤维复合材料强度的同时，大大提高了第一碳纤维材料的韧性及抗冲击性。

在加工活柱2的过程中，可将碳纤维材料浸入树脂胶液中并进行充分混合，制备加工原料。而后按照编制的程序利用四维数控缠绕机组将加工原料缠绕在模具表面，直至加工原料的铺设厚度达到要求；其中模具的外径应等于需要加工的活柱2的内径；另外，由于碳纤维材料的各向异性，其轴向和径向的抗拉强度相差较大，因此在缠绕过程中需要按照实际需求合理选择缠绕的角度、速度等具体参数。加工原料铺设完成后，将工件放置在定型架上进行常温固定，该过程通常需要24小时，具体时间以实际需求为准。工件定型后进行脱膜处理，使工件和模具分离，获得初始管材。最后根据活柱2的几何尺寸，对初始管材进行机加工，并对其表面进行抛光等处理，完成活柱2的加工过程。

进一步的，本申请提供的一种具体实施例中，以重量百分比计第二碳纤维材料包括60～65％的网状碳纤维，30～35％的环氧树脂基体，1～3％的阻燃剂，1～5％的防静电剂，3～5％的粘结剂。

具体的，考虑到油缸4需要承受一定的压力，而无需承受外界冲击，因此制作油缸4的碳纤维复合材料无需额外增韧。在制作油缸4的过程中，以环氧树脂为基体，采用缠绕成型工艺，将碳纤维浸入树脂胶液中并充分混合，制备加工原料，而后将加工原料缠绕在防渗层的外表面。在缠绕过程中需要预留注液孔，当加工原料缠绕至一定直径时，将注液阀6套设在预留的注液孔处，并利用粘结剂进行固定。而后对工件中除注液阀6所在区域的其他位置继续缠绕加工原料，直至工件厚度满足要求。工件成型后进行固化定型和抛光处理，获得油缸4的初始管材。最后在管材两端加工钢丝槽和密封面，完成油缸4的加工。

可以理解的，阻燃剂可以具体为氢氧化铝，防静电剂可以为聚氧化乙烯，粘结剂可以为环氧树脂。可以理解的，阻燃剂、防静电剂、粘结剂可以根据需求具体选择。另外，本申请对第一碳纤维材料和第二碳纤维材料所使用的原料来源不做限定，各成分均可以为市售品，各组分的化学配比视具体情况而定，以满足强度需求为准。

可选的，以重量百分比计，本申请优选第一碳纤维材料由60～65％网状碳纤维、30～35％的石墨烯改性韧化环氧树脂基体、1～3％阻燃剂、1～5％防静电剂组成。可选的，第二碳纤维材料由60～65％的网状碳纤维、30～35％的环氧树脂基体、1～3％的阻燃剂、1～5％的防静电剂、3～5％的粘结剂组成。当然，第一碳纤维材料和第二碳纤维材料中也可根据需求添加其他成分。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的液压支柱进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。