一种液压支架立柱主被动快速卸载装置

1.本发明属于液压支架快速卸载技术领域，具体涉及一种液压支架立柱主被动快速卸载装置。


背景技术：

2.煤矿液压支架对顶板进行支撑管理，时常承受顶板的冲击载荷，顶板快速下沉时，由于现有的卸载安全阀不能快速及时地将立柱下腔液体排出，导致压力急剧升高，有时甚至因立柱下腔压力过高导致立柱胀缸、爆缸、穿顶等严重威胁生产安全的问题出现。现有卸载安全阀在结构与原理上存在开启和关闭响应慢的问题，且安全阀卸载属于被动承压卸载，由于液压支架立柱容腔横截面积大，压力传递有一个过程，当顶板压力传递到安全阀时，立柱下腔局部压力已超过安全阀调定压力。因此，急需一种能够快速开启和关闭的卸载装置，并具有提前主动卸载功能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是降低甚至消除液压支架因冲击负载带来的胀缸、爆缸、穿顶等事故。
4.本发明提供了如下技术方案：一种液压支架立柱主被动快速卸载装置，包括安全阀、无线应力应变片、控制器、电磁开关阀；安全阀包括阀体、主阀部件、先导阀部件；主阀部件包括主阀芯和主复位弹簧；主阀芯滑动密封装配在阀体内，主复位弹簧以阀体为支撑推动主阀芯封堵阀体上的进液口与出液口之间的通路；主阀芯内部空心，先导阀部件装配在阀体上并与主阀芯的内腔滑动密封，主阀芯、阀体和先导阀部件之间构成主阀芯控制腔；先导阀部件内设置有一条主流道和一条次流道，进液口通过主阀芯的内腔和主流道后与阀体外连通，主流道包括一截直孔道段，直孔道段的上端口装有上球阀、下端口装有下球阀，直孔道段内装有顶杆，上球阀、下球阀和顶杆三者沿同一轴线布置，上球阀和下球阀分别由弹簧推向直孔道段，顶杆的长度大于直孔道段的长度，进液口处压力低于设定压力时，上球阀封堵上端口，顶杆推动下球阀打开下端口；次流道位于上球阀和下球阀之间，次流道与直孔道段交叉连通，进液口通过主阀芯的内腔、主流道和次流道后与主阀芯控制腔联通；主阀芯上的卸油孔道、阀体上的卸油孔道、主阀芯和阀体接合处的容腔构成连通主阀芯控制腔和阀体外的游动通路；无线应力应变片上设置有数据无线发射装置，无线应力应变片用于监测液压支架立柱应力，并能够与控制器通讯，控制器能够对电磁开关阀发出通断指令，控制器用于接收无线应力应变片发送的应力值数据，并判断应力值数据是否大于预设值，进而控制电磁开关阀通、断，电磁开关阀的进液口与阀体上的卸油孔道相连、出液口与回液管路相连。
5.进一步地，主阀芯的上设置有横向孔道，横向孔道的一端与主阀芯控制腔相通，另一端与阀体内壁面上的环形槽道相连，环形槽道的长度大于主阀芯上下移动时横向孔道的行程；环形槽道的底与阀体外之间设置孔道。
6.进一步地，先导阀部件包括先导阀套，先导阀套的下端与主阀芯的内腔滑动密封、上端与阀体由紧固螺钉紧固连接，主复位弹簧套在先导阀套的下端，主复位弹簧两端分别与先导阀套的上端端面和主阀芯内腔的台阶面抵接；主流道和次流道集成在先导阀套内。
7.进一步地，先导阀套内部上端设置有单级阶梯孔、下端设置有两级阶梯孔；单级阶梯孔和两级阶梯孔贯通；单级阶梯孔的第一阶孔内装有上球阀、导向弹簧座、调压弹簧、调节螺钉，调节螺钉与第一阶孔螺纹连接，导向弹簧座的下端面开设有凹槽，上球阀置于该凹槽内，导向弹簧座的外周设置台阶，调压弹簧置于调节螺钉与导向弹簧座的台阶之间；第一阶孔内调节螺钉以内的腔体与外部连通；两级阶梯孔内从下往上依次安装有锁紧套和先导阀座，锁紧套的机械限位面紧贴两级阶梯孔的第一级台阶面，锁紧套的上端面紧贴先导阀座的下端面，锁紧套内部设置有通孔，通孔内从上往下依次安装下球阀和先导复位弹簧；先导阀座的上端面与单级阶梯孔的台阶面平齐，先导阀座的机械限位面与两级阶梯孔的第二级台阶面贴合；先导阀座内部沿竖直方向开有中心孔，顶杆置于该竖直方向中心孔内，该竖直方向中心孔的两端是上、下阀口，上球阀与先导阀座的上阀口配合，下球阀与先导阀座的下阀口配合，先导阀座的中部沿水平方向开设小孔，该小孔与先导阀套上横向贯通的孔道对齐。
8.进一步地，锁紧套内部的通孔是阶梯孔，下球阀和先导复位弹簧位于上端大孔内，下端小孔为阻尼孔。
9.进一步地，锁紧套通过外螺纹与先导阀套下端的螺纹孔连接。
10.进一步地，还包括过滤器，过滤器从主阀芯下端插装于主阀芯内。
11.进一步地，主阀芯下端与阀体内部相接触处为锥形或圆弧形，对应的构成锥阀或球阀结构。
12.与现有技术相比，本发明的优势在于：现有的先导型安全阀在开启卸载时，主阀芯控制腔均与p口连通，阻碍了控制腔液体经上球阀向外排出，从而降低了主阀芯上移开启速度。本发明的安全阀主阀芯开启过程中将上端控制腔（即主复位弹簧所在容腔）与p口隔断，能够加快控制容腔向外排液，加快主阀芯的上移开启速度。关闭时不仅依靠主复位弹簧的弹簧力，更加依靠p口压力，高压液加快了主阀芯向下的关闭速度。本发明使安全阀主阀芯开启和关闭过程均呈现正反馈促进作用，开启和关闭过程都得到了加快，整体提高了安全阀的响应速度，降低甚至消除液压支架因承受冲击载荷出现立柱胀缸、爆缸、穿顶的事故率，保证煤矿综采工作面的安全生产。
13.主动式快速卸载方法相较于被动式快速卸载，其探测点应力变化早于立柱下腔压力变化，缩短了顶板来压到开启卸载之间的响应时间；与无线测量、传输与控制相结合，提高了智能化水平。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图中：1-阀体；2-过滤器；3-主阀芯；4-先导复位弹簧；5-锁紧套；6-下球阀；7-顶杆；8-先导阀座；9-上球阀；10-主复位弹簧；11-紧固螺钉；12-先导阀套；13-导向弹簧座；14-调压弹簧；15-调节螺钉；16-无线应力应变片；17-控制器；18-电磁开关阀。
具体实施方式
16.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.如图1所示：一种液压支架立柱主被动快速卸载装置，包括安全阀、无线应力应变片16、控制器17、电磁开关阀18；安全阀包括阀体1、主阀部件、先导阀部件；先导阀部件集成在主阀部件中；阀体1上均匀布置有出液口o，阀体1的下部是进液口p。
18.主阀部件包括主阀芯3和主复位弹簧10；主阀芯3滑动密封装配在阀体1内，主复位弹簧10以阀体1为支撑推动主阀芯3封堵阀体1上的进液口与出液口之间的通路；主阀芯3内部空心，先导阀部件装配在阀体1上并与主阀芯3的内腔滑动密封，主阀芯3、阀体1和先导阀部件之间构成主阀芯控制腔。
19.先导阀部件内设置有一条主流道和一条次流道，进液口通过主阀芯3的内腔和主流道后与阀体外连通，主流道包括一截直孔道段，直孔道段的上端口装有上球阀9、下端口装有下球阀6，直孔道段内装有顶杆7，上球阀9、下球阀6和顶杆7三者沿同一轴线布置，上球阀9和下球阀6分别由弹簧推向直孔道段，顶杆7的长度大于直孔道段的长度，进液口处压力低于设定压力时，上球阀9封堵上端口，顶杆7推动下球阀6打开下端口；次流道位于上球阀9和下球阀6之间，次流道与直孔道段交叉连通，进液口通过主阀芯3的内腔、主流道和次流道后与主阀芯控制腔联通。
20.主阀芯3上的卸油孔道、阀体1上的卸油孔道、主阀芯3和阀体1接合处的容腔构成连通主阀芯控制腔和阀体1外的游动通路；无线应力应变片16上设置有数据无线发射装置，无线应力应变片16用于监测液压支架立柱应力，并能够与控制器17通讯，控制器17能够对电磁开关阀18发出通断指令，控制器17用于接收无线应力应变片16发送的应力值数据，并判断应力值数据是否大于预设值，进而控制电磁开关阀18通、断，电磁开关阀18的进液口与阀体1上的卸油孔道相连、出液口与回液管路相连。
21.具体的，主阀芯3下端设有螺纹孔，过滤器2从主阀芯3下端插装于主阀芯3内部，依靠过滤器2下端外螺纹与主阀芯3下端螺纹孔安装连接，设置过滤器3的原因是因为液压支架立柱内部会由于往复运动磨损存在大量铁屑杂志，容易堵塞先导球阀阀口，需进行精密过滤。
22.主阀芯3外壁面与阀体1内壁面相接触，主阀芯3内壁面与先导阀套12外壁面相接触，主阀芯3可沿阀体1内壁面和先导阀套12外壁面在竖直方向滑动，控制p-o阀口的开启和关闭；主阀芯3上端设置有环形容腔，环形容腔内设置有主复位弹簧4；主阀芯3上端面、阀体1内壁面、先导阀套12壁面构成主阀芯控制腔；主阀芯3下端与阀体内部相接触处为锥形或
圆弧形，构成锥阀或球阀结构。
23.具体的，先导阀部件由先导阀套12、先导复位弹簧4、锁紧套5、下球阀6、顶杆7、先导阀座8、上球阀9、导向弹簧座13、调压弹簧14、调节螺钉15组成；上球阀9与下球阀6的尺寸完全相同，上球阀9、下球阀6、顶杆7三者沿同一轴线布置。
24.先导阀套12内部上端设置有单级阶梯孔、下端设置有两级阶梯孔；单级阶梯孔和两级阶梯孔贯通。单级阶梯孔的第一阶孔内装有上球阀9、导向弹簧座13、调压弹簧14、调节螺钉15；单级阶梯孔的第一阶孔的上部加工有螺纹，调节螺钉15通过该螺纹结构与第一阶孔连接。单级阶梯孔的上端设置有斜孔道d使第一阶孔与外部连通；导向弹簧座13下端面开设有凹槽，将上球阀9置于该凹槽内部，弹簧座13外侧设置台阶，弹簧座13外侧与先导阀套12内壁面形成环形容腔，调压弹簧14置于调节螺钉15与弹簧座13之间的环形容腔，调压弹簧14的两端分别与调节螺钉15和导向弹簧座13的台阶抵接。
25.先导阀套12的两级阶梯孔内从下往上依次安装有锁紧套5和先导阀座8。
26.锁紧套5的机械限位面紧贴两级阶梯孔的第一级台阶面，锁紧套5的上端面紧贴先导阀座8的下端面，锁紧套5通过外螺纹与先导阀套12下端螺纹孔连接，锁紧套5内部设置有阶梯孔，上端大孔内从上往下依次安装下球阀6和先导复位弹簧4，下端小孔为细小阻尼孔a，用来防止系统主油路压力波动对先导阀和主阀稳定性造成影响。
27.先导阀座8的上端面与单级阶梯孔的台阶面平齐，先导阀座8的机械限位面与两级阶梯孔的第二级台阶面贴合，先导阀座8中部沿水平方向开设小孔，该小孔与先导阀套12上的孔道c对齐；先导阀座8内部沿竖直方向开有中心孔，该竖直方向中心孔的两端是上、下阀口，上球阀9与先导阀座8的上阀口配合，下球阀6与先导阀座8的下阀口配合，上小球9在调压弹簧14的作用下紧压在先导阀座8的上阀口上，将上球阀9阀口关闭；下小球6在先导复位弹簧4的作用下紧压在先导阀座8的下阀口上，顶杆7置于先导阀座8内部竖直方向中心孔内，顶杆7的长度必须保证上球阀9在关闭状态时，下球阀6阀口处于打开状态，顶杆7与先导阀座8内部竖直方向中心孔之间形成环形间隙孔道b，环形间隙孔道b与水平横向孔道c交叉连通。
28.阀体1内壁面上端设置有环形槽道e和主动控制孔口f，环形槽道e和主动控制孔口f保持连通，主阀芯3上端设置横向孔道d，横向孔道d左端与主阀芯控制腔相通，右端与阀体1内壁面上的环形槽道e相连，且主阀芯在上下移动时横向孔道d右端都不超过环形槽道e的上下覆盖范围，保证横向孔道d和环形槽道e一直处于连通状态。
29.无线应力应变片16贴在液压支架立柱上端与顶板相邻的位置，无线应力应变片16上设置有蓝牙或wifi等数据无线发射装置，能够与控制器17通讯；控制器17内部设置有芯片，芯片上集成有蓝牙或wifi等数据无线接收装置，能够接收到无线应力应变片16发送的数据，芯片内部存贮着逻辑运算和判断程序，控制器17能够对电磁开关阀18发出通断指令；电磁开关阀进液口与阀体1上的主动控制孔口f相连，出液口与回液管路相连或直接裸露，电磁开关阀18刚开始处于常闭位置。
30.本发明的一种液压支架立柱主被动快速卸载装置；具有被动正反馈式快速卸载和主动式快速卸载两种方式，正常情况下执行主动式快速卸载方式，当无线应力应变片或电磁开关阀等电气控制系统发生故障时，依靠被动式快速卸载方式卸载。
31.主动式快速卸载方式：当顶板来压时，负载压力通过液压支架立柱传递到立柱下腔液体，液压支架立柱上端与顶板相连的位置的应力变化早于安全阀处的压力变化。事先通过试验建立液压支架立柱上端应力与立柱下腔压力的一一对应关系，将这种一一对应关系做成数据表存贮在控制器中。当顶板来压时，通过无线应力应变片16探测立柱上端应力变化，通过无线应力应变片16的无线发射装置将数据发送给控制器17，控制器17对应力进行判断，当接收到的应力值大于立柱下腔卸载压力值对应的应力值时，控制器17立马给电磁开关阀18发送接通指令，电磁开关阀18由关闭状态迅速转换成开启状态。主阀芯控制腔中油液经过主阀芯3上的横向孔道d和阀体1上的环形槽道e和主动控制孔口f，再经过电磁开关阀18将油液排出，同时p口油液同样也会经过过滤器2过滤
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阻尼孔a
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孔道b
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孔道c
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孔道d
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环形槽道e
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主动控制孔口f，再经过电磁开关阀18将油液排出。此时，主阀芯控制腔中压力降低，主阀芯3打破原来的平衡，迅速上移，p-o卸载通道开启卸载。卸载后，当接收到的应力值小于立柱下腔卸载压力值对应的应力值时，控制器17立马给电磁开关阀18发送断电指令，电磁开关阀18由开启状态迅速转换成关闭状态，主阀芯控制腔液体不能再向外排，而p口油液经过过滤器过滤，经过阻尼孔a进入下球阀阀口，再经过环形间隙孔道b和水平横向孔道c，达到充满主阀芯3上端控制容腔，控制容腔压力上升，主阀芯3迅速下移，主卸载通道p-o随即关闭，停止卸载。这样就完成一个完整的卸载过程。
32.被动式快速卸载方式：p口连接于液压支架立柱下腔，当p口压力低于调压弹簧14的调定压力时，上球阀9在调压弹簧14的作用下，靠导向弹簧座将上球阀9压紧在先导阀座8上端面，将环形间隙孔道b上端封死，而下球阀6在顶杆7的作用下处于打开状态。油液由进油口p进入，经过过滤器过滤，经过阻尼孔a进入下球阀阀口，再经过环形间隙孔道b，到达上球阀9，环形间隙孔道b与水平横向孔道c交叉连通，油液也充满主阀芯3上端控制容腔，全部油液处于静止状态。主阀芯3上端面与下端面压力相等，在主复位弹簧的作用下处于关闭状态，即卸载通道p-o关闭。当p口压力高于调压弹簧14的调定压力时，上球阀9在液压力的作用下，克服调压弹簧14的调定力，将上球阀9向上推，上球阀阀口打开，同时，下球阀6在先导复位弹簧4的作用下向上移动，将下球阀阀口关闭。主阀芯3上端控制腔（即主复位弹簧所在容腔）液体经由横向孔道c和环形间隙孔道b，再经过上球阀阀口，到达调压弹簧所在容腔，经孔道d排出，造成主阀芯3上端控制腔液体压力降低，打破主阀芯原来的压力平衡，主阀芯3向上移动，此时卸载通道p-o连通，液压支架立柱下腔开始卸载。当立柱下腔压力再次低于调压弹簧14的调定压力时，上球阀9再次关闭，下球阀6再次打开，主阀芯3上端控制腔（即主复位弹簧所在容腔）停止向外排液，p口高压液体再流经孔阻尼孔a、环形间隙孔道b和横向孔道c，到达主阀芯3上端控制腔，高压液和主复位弹簧10的共同作用，使主阀芯3向下移动，将卸载通道p-o关闭，立柱再次开始正常承载顶板负载。
33.本发明的一种液压支架立柱主被动快速卸载装置；具有被动正反馈式快速卸载和主动式快速卸载两种方式；先导阀部件集成在主阀部件中，使结构紧凑，集成化程度高，开启和关闭过程均呈现正反馈促进作用，使被动卸载响应速度加快；通过无线应力应变片探测液压支架立柱上端应力，其探测点应力变化早于立柱下腔压力变化，缩短了顶板来压到安全阀开启卸载之间的响应时间，还与无线测量、传输与控制技术相结合，提高了智能化水
平。本发明使液压支架立柱卸载装置兼具主动、被动双重快速卸载功能，具有双保险作用，保证煤矿综采工作面的智能安全高效生产。
34.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。