CN1021354C - 钢制矿井液压支架 - Google Patents

Abstract

一种钢制矿井液压支架，包括主要由一端为缸底、另一端为套圈的外缸筒构成的下支柱和由套圈一端出发通过至少一个导向圈在下支柱上可同轴心移动地导向的上支柱以及一个伸缩控制阀、一个设在内部的限制装置和一个复位弹簧。其上支柱主要由一个内缸筒构成，其一端为在外缸筒内壁上密封并导向的活塞，另一端是支柱顶部。这种支柱造价低，搬运方便，重量轻，并可减少因污染造成的故障。

Description

本发明涉及一种钢制矿井液压支架，该支架包括主要由一端为缸底、另一端为套圈的外缸筒构成的下支柱和由套圈一端出发通过至少一个导向圈在下支柱上可同轴心移动地导向的上支柱以及一个伸缩控制阀、一个设在内部的外伸限制装置和一个复位弹簧。其上支柱主要由一个内缸筒构成，其一端为在外缸筒内壁上密封并导向的活塞，另一端是支柱顶部。

上述类型的矿井支架已在DE-OS    35    41    871专利中公开。在功能方面，这类矿井支架已经完全经受住了考验。这类钢制矿井支架的为数繁多的派生结构已为人们所公知。但轻金属结构的矿井液压支架仍然不能在有瓦斯危险的矿井应用，因为只要轻微撞击轻金属管就会生成火花导至瓦斯爆炸。此外，轻金属结构的矿井液压支架要比钢制矿井液压支架贵约一倍。

在已公开的类型的钢制矿井支架中，外缸筒与缸底或与支柱的支腿焊在一起。由于外缸筒是做为内缸筒的内活塞的缸筒使用，所以要对其进行镗、磨或珩磨等精切削加工。此外，还应用譬如镉或锌进行表面处理。在外缸筒的顶部车一个槽，以便通过一个嵌入相应的槽中的卡箍来固定设在该处的、带手提把柄的套圈。套圈的任务是做为内缸筒伸出限位挡块。为了确定伸出长度，在内缸筒和外缸筒之间设置了挡套，在内缸筒的活塞进行伸出运动时带动该挡套一起伸出。根据该挡套的长度，当内缸筒伸出一定长度时，该挡套顶在做为内缸筒的第二个导向装置的 套圈的截止面上，使内缸筒不能再继续伸出。然而，套圈须承受支柱生成的全部轴向力并通过卡箍把该力传递到外缸筒上。但由于外缸筒与缸底焊在一起，所以外缸筒必须用可焊性好的材质制作，从而不能采用高强度合金钢。由于外缸筒承受的负荷很大（出现的压力为400巴），因此外缸筒须增大其壁厚并从而增大重量。而在实践中，这种矿井支架的运输和安装完全是手工劳动，这一点也必须加以考虑。

伸缩控制阀的阀壳焊在适宜的部位上。但和外缸筒与缸底的焊接作业一样，这种焊接作业会产生焊接变形，一方面对阀壳的密封性有不良影响，另一方面会损伤缸筒上的、前面提到的保护层。

此外，在外缸筒上加工套圈卡箍用槽会消弱外缸筒的强度，因此须相应增加缸筒的厚度，这一点也须加以考虑。

内部的挡套会轻易起皮，从而使与缸筒的共同移动变为不可能。此外，由于该挡套在内缸筒的伸缩过程中随同运动，所以不可避免地也会损伤外缸筒的内表面保护层。

从上述结构特征可看出，这种公开的钢制矿井支架结构很沉重，并且显而易见的是，在没有专业技术人员和优质加工机床的条件下修理这种支柱是不可能的。既便具备这些条件，在修理过程中起码总会损伤支柱缸筒的表面保护层。此外，由于需支护的高度不同，需要各种不同长度的钢制矿井支柱，因此，总需库存一定数量的、各种不同的所需长度的支柱。按需要在现场的地面车间制造这些矿井支柱是不可能的。按DE-OS    35    41    871专利所述，根据实际上要求的支护高度，需生产“只有”8种不同长度的矿井支柱，已可视为一大进步。

基于这种情况，本发明的目的在于，就改进这种钢制矿井液压支架提出建议。改进后的矿井支架的造价低、搬运也更为方便。这种支架便于维修，又可降低仓库费用。此外，在支撑力和长度相同的条件下，支柱的重量有所减轻，并且可减少因污染造成的故障。此外，还能按具体 需求的长度在现场生产支柱。

按照本发明，上述目的的解决方案在于，外缸筒和内缸筒两者的端部分别在套圈和活塞的挡肩处以及在支柱顶部和缸底上的槽中固定，并至少在活塞、支柱顶部和缸底的固定部位加以密封;在支柱顶部和活塞之间设置一个在上述两者之间承受拉力的构件;另一个与缸筒同轴线设置的抗拉构件固定在缸底上并做为固定杆穿过活塞向上伸展并在其自由端有一个固定构件，此外，还有一个做为复位弹簧使用的压力弹簧与抗拉构件同轴线设置，弹簧钢丝断面呈矩形或正方形，该弹簧的一端支承在固定构件上，其另一端支承在承受拉力的构件上或支承在活塞上或支承在与上述抗拉构件或活塞相连的结构件上;伸缩控制阀与压力腔的连接通过支柱顶部或缸底来实现。发明建议的支柱结构完全不需要焊接。因此毋须再选用可焊性好的材料，而可选用高强度钢，譬如用以制作缸筒。这样可以缩小缸筒的壁厚，从而减轻支柱的重量。缸筒只需以其端部插入相应的挡肩处或与其对应的槽内，连接处毋须焊接，只要求简单的密封。这种密封譬如只设在内部，需要时，再加一个外部O形密封圈。最好用目前公知的高效液体密封进行内密封，这种密封在室温下固化，在高压下也能保持绝对密封。之所以能把这种简单密封用于缸筒，其原因在于，在发明的支柱中，缸筒毋须再承受太大的轴向拉伸力。此外，在支架交货时，可能不包括缸筒在内的支架。做为缸筒，提交的是经过粗加工和根据需要经过表面处理的、按来价论价的管材，做为贮备。当根据某一支护高度制造一个钢制矿井支架时，只须把做为来货贮备的缸筒锯出相应长度，去掉锯口处的毛刺，与相应端面的部位连接固定并用液体密封。不需要任何焊接作业，因此，可避免焊接变形，也可防止损伤表面保护层。锯切口部位所受的损伤消失在密封之中，因此是无害的。

上述外缸筒和内缸筒的端部分别固定在套圈和活塞的挡肩处以及支柱顶部和缸底的槽中，并至少在活塞、支柱顶部和缸底的固定部位加以 密封;在支柱顶部和活塞之间设置一个在这两者之间承受拉力的构件;另一个与缸筒同轴线设置的抗拉构件固定在缸底上并做为固定杆穿过活塞向上伸展，并且在其自由端有一个固定构件。此外，还有一个做为复位弹簧使用的压力弹簧与抗拉构件同轴线设置。该弹簧的一端支承在固定构件上，另一端支承在承受拉力的构件上或支承在活塞上，或支承在与上述抗拉构件或活塞相连的结构件上。伸缩控制阀与压力腔的连接通过支柱顶部或缸底来实现。

图1所示的钢制矿井支架主要由一个外缸筒1构成，该外缸筒以其下端插入缸底14′的相应端面槽中并在该处用液体密封5进行密封。需要时，在该处还可设横向固定螺栓23，做为简单的机械保险。但是，这些螺栓不能也不应该传递太大的机械力。缸底14′以一般的方式座入所谓的支柱底25中，支柱底25譬如通过夹紧套来固定缸底14′。在图中只示出了夹紧套的孔46。

套圈16通过一个简单的中心凹座座落在外缸筒1的另一端上。该套圈也可为组合结构。套圈16上有一个为内缸筒2而设的内导向圈12和一个污物刮除器17。内缸筒2通过设在套圈16上的导向圈12导向并在外缸筒1中进行纵向移动。在外缸筒1之内，内缸筒2在其端部有一个活塞9。该活塞上有一圈在图上表示得不够清楚的挡肩。活塞通过上述挡肩插到内缸筒2之内。缸筒2的端部则与活塞9的挡肩的底部靠贴。内缸筒2与活塞9的这一连接部位最好也用液体密封5进行简单密封。在外缸筒1内，活塞9通过导向圈12′进行导向并通过活塞密封圈10密封。

内缸筒2以其另一端插入阀壳24的一个没有标示得很清楚的端部环形槽中并在该处也最好用液体密封5进行密封。通过公知的方式把公知的控制阀21装入阀壳24。按常规，阀壳24上侧的构形设计应能固定支柱顶部4，能使支柱顶部以通常方式与阀壳24相连并可支承在阀壳24上，使支承力可通过支柱顶部4和阀壳24传至内缸筒2。

在阀壳24的里面有一个标示得不很清楚的孔，其走向与钢制矿井支架的纵向轴线同心。该孔与控制阀21用的孔相连，并且在其朝向缸筒的内部的一端设有螺纹。管子3拧入该螺纹，在该螺纹部位对管子3进行密封（图中未加详细标示），使在管子3内建立的压力不会延续到管子外侧。

管子3的另一端穿过活塞9的一个相应同心的、未加详细标示的孔并拧入一个螺母13（带槽螺母或带孔螺母）。螺母13的内端面支承在活塞9的凹陷部位的相应对应面上，并且在该处也要进行密封，使在压力腔26中建立的压力不会从此区域延续到管子3的外侧。管子3在与螺母13相接的一端的内侧有一个挡圈11。螺旋压力弹簧6的端面支承在该挡圈上。该螺旋压力弹簧伸展到管子3的内部。因此，也可把管子3称为弹簧导向管。从结构布置可以看出，管子3把阀壳24，从而也把支柱顶部4与活塞9连在一起，结果使这些部件之间出现的拉力由管子3承受。但管子3不承受压力。压力由缸筒2承受。

螺旋压力弹簧6的另一端支承在设在拉杆7的内自由端的固定件8上。拉杆7的另一端穿过缸底14′上的相对应的孔并通过安全环47固定，以防抽出。设在内侧的密封48的功能在于，使压力腔26中的压力不会从该部位向外延续。

根据螺旋压力弹簧的上述结构设置，螺旋压力弹簧力求向缸底14′方向运动。进行这种运动的条件在于，伸缩控制阀21须处于相应的、人们公知的作用位置，即收缩位置。在此条件下，压力腔26中的液体在螺旋压力弹簧6的弹力作用下受到活塞9的排挤，液体通过其体积足能容下这些液体的管子3的内腔向上流向阀21并通过阀向外压。

方向相反时，即为了支撑顶板支柱应当伸出时，阀21切换到伸出位置，使通常为水的压力介质得以通过阀21进入管子3的内腔并经过该内腔流入压力腔26。结果，活塞9和缸筒2及其上部结构向上伸出，直至 支柱顶部4触顶板为止。如因某种缘故，立柱设计得过短，则只会出现压力弹簧6压贴现象，通过这种现象，阻止伸出运动连续。作用在外缸筒1或套圈16的拉伸力不会出现。在内缸筒2和外缸筒1之间不需要设止动套。因此也不存在止动套损伤缸筒表面的问题。

设在外缸筒1的外表面27上的搬运手柄装置18′是以图中没加详细标示的但为人们公知的方式组装的结构，因此可以卡在外表面27上或在此外表面上移动。

图2所示的实施例的内部结构几乎与图1所示的实施例的完全相同。因此，可参阅对图1的上述描述。但在图2所示的实施例中，支柱顶部4是一整体结构，在其下没设图1所示的阀壳24。然而，按照图2所示之实施例，阀21的阀壳系由设在外缸筒1的外表面27上的搬运手柄装置18′构成。这也是公知的。在图2所示的实施例中，阀21通过一条与手柄装置18′密封连接的高压软管19与连接件20相连，该连接件是缸底14上的外凸肩。通过连接件20和缸底14的与连接件相邻的部分，以及孔22通入压力腔26内。孔22在固定外缸筒1的、标示得不很清楚的环形槽的下方通过，因此碰不到密封5构成的密封区。支柱的功能原理和其他结构与对图1的描述相同。其结构设置的优点在于，既使在支柱伸出长度大的情况下也能轻易接触到伸缩控制阀;在支柱伸出或缩入过程中，控制阀的高度位置不变。

图3示出了一种支架，其主要结构特征与图1所示支架的相同。就此，也可参阅对图1所示支架的描述。但在图3所示的实施例中，活塞9′上有一个往往做为工作阀的泄压安全阀15，其入口通过孔30与压力腔26相连，其出口通过孔31与外缸筒1和内缸筒2之间的中间腔28相连。孔31通入中间腔28的入口设在活塞密封圈10的上方，因此，通入中间腔28没有障碍。

同时，套圈16上至少有一个泄压孔29，该孔的一端与中间腔28相通， 其另一端通往大气。

在一般情况下，活塞9′上的上述泄压安全阀15的功能在于，在支柱过载时，可使内缸筒2收缩消除过载所需的一段长度。其具体降压过程为，借助于泄压安全阀15，通过从压力腔26中泄出相应的压力介质来降低压力介质的压力。根据图3所示的特殊设置和连接结构，可把压力腔26的过压经过孔道30、泄压安全阀15和出口孔道31排入中间腔28，做为压力介质使用的、一般的水也被充入中间腔28，同时把中间腔中的污物冲刷走。来自孔道31的水然后可通过泄压孔道29离开中间腔28。这种清洗过程不仅在支柱过载时进行，而且也可通过让压力介质故意造成过载来强制实现清洗过程。支架投入使用前的首次主动清洗中间腔28就能够这样进行。

图4所示支架的结构与图2所示的相同。但在图4所示的实施例中，与图3所示的实施例一样，在活塞9′上有一个泄压安全阀15，其设置结构及功能与对图3的相应描述相同。

图5所示的矿井支架的主要结构与上述各支架结构有差别。但这种结构差别仅指内部构件。外缸筒1和内缸筒2两者的端部均有按图1-4描述的装置。在支柱顶部范围内，做为弹簧导向管使用的管子3，和按图1-4描述的一样，也以同样方式固定在该支柱顶部4上或阀壳24上。但在图5的实施例中，与内缸筒2相连的内活塞27设有安全阀32。在图5所示的实施例中，活塞37在横向分为两个部分。其中，一部分为管子的端板39，并且与活塞9和9′一样，该端板的端部与内缸筒2相连，其中间设有密封5。管子端板39中有一带螺纹的中心孔，管子3以标示得不清楚的相应螺纹拧入上述中心孔螺纹并加以密封。

在朝向压力腔26的一端，通过螺栓49把做为真正的活塞使用的支承件40紧固在上述管子端板39上。对螺栓连接部位当然也要进行密封，使压力腔26中的压力不会延续到管子3的外侧并从而进入内腔38。压力延 续出来，原则上虽无损害，但这意味着一般为水的压力介质进行内腔38，不必要地增加了总重量。

支承件40有一中心孔45，该孔的孔径比管子3的内径小一些，因此，设在管子3内的螺旋压力弹簧的端部可以支承在支承件40的中心孔区域。

支承件40有一个带有底42的凹穴41。安全阀32插入底42的、没标示清楚的孔中，其插入深度应以安全阀不超出凹穴41的上缘43为限。这样才能保证，在活塞37到下方接触缸底14′时，其相应负载不由安全阀32承受。

安全阀32通过孔道33与中间腔28相连。为此，通道33应在支承件40的导向圈12和活塞密封圈10的上方通入中间腔28，使液态压力介质能没有障碍地流出。安全阀32与压力腔26相连的进水侧没有标示清楚，该进水侧设在阀的本体上。

安全阀32有一个凸轮34，用于操纵该安全阀，该凸轮有一个贴靠在杆状或管状拉杆7′上的、图中未加详细标示的小叶轮。小叶轮在该贴靠位置时，安全阀32闭合。拉杆7′的结构基本与图1-4所示的拉杆7的结构相同。但是，在图1-4的实施例中，当支柱完全伸出时，螺旋压力弹簧6压缩到紧贴状态，支柱的全部支撑力变为拉杆7的拉伸负荷。而在图5的实施例中，作用在拉杆7′和螺旋压力弹簧6的这种负荷则不会出现，因为拉杆7′上有一个轴向布置的环形槽35。环形槽35的位置选定准则在于，当支柱伸出一定高度时，即当螺旋压力弹簧快到紧贴位置时，凸轮34落入环形槽35内并使安全阀32打开。压力腔26因此而卸压，压力介质经过孔道33进入中间腔28并从中间腔譬如经过套圈16上的泄压孔道29排出。结果，内缸筒不可能再继续向外伸出，并且拉杆7′只承受螺旋压力弹簧6的较小的弹力造成的拉伸负荷。因此，拉杆7′也可以做成管状，其朝向缸底14′的一端座入缸底14′的相应凹槽之中并对该处进行密封。在该部位有图中中没标示清楚的内螺纹。用一个带螺纹的堵头44 由外面穿过缸底14′拧入上述内螺纹，用以对拉杆7′进行轴向固定。

如果需要，管形拉杆7′的自由端也可以是敞开的并且管形拉杆上设横向通道36，以避免压力腔26中的压力介质的压力作用在拉杆7′上。

图6所示的实施例是一种派生结构，与图1-5的实施例中的压力弹簧相反，在这种派生结构中用的是复位弹簧。就其基本结构而言，这种实施例与图5所示的支柱结构一致。在图6的实施例中，用管子51取代图5中的拉杆7′。和图5中的拉杆7′一样，管子51透过活塞37插入管子3中。除了弹簧之外，图6所示支柱的其他结构与图5所示支柱的结构相同。但在图6中，做为复位弹簧采用的是螺旋拉力弹簧50。该弹簧既伸展到管子3内，又伸展到管子51内，其一端以适宜和公知的方式固定在支柱顶部4上或附设的阀壳24上，另一端用带螺纹的堵头44固定。通过这种设置结构，弹簧在拉力负荷作用下缩短，因此，支柱顶部4和缸底14′相向移动，支柱则在无压力状态下按要求收缩。

在图6所示的结构中，管子51同时也做为安全阀32的控制杆，其原因在于，当支柱伸至允许极限位置时，安全阀32的凸轮34侧达到管子51的端头52，这时凸轮可没有障碍地移出并可把安全阀32打开。虽有这种功能存在，但想要采用更长些的管子51自然也是可能的，条件是，在位置52处需设切口或沟槽或凹陷。

Claims (19)

1、一种钢制矿井液压支架，设有下支柱、上支柱和一个伸缩控制阀、支柱外伸内限制装置以及一个复位弹簧，其下支柱主要由一端为缸底、另一端为套圈的外缸筒构成，其上支柱由套圈一端出发通过至少一个导向圈在下支柱上可同轴心移动地导向，该上支柱主要由一个内缸筒构成，其一端为在外缸筒内壁上密封并导向的活塞，另一端为支柱顶部，其特征在于，外缸筒和内缸筒(1，2)两者的端部分别在套圈(16)和活塞(9、9′、37)的挡肩处以及在支柱顶端(4、24)和缸底(14、14′)上的槽中固定，并且至少在活塞(9、9′、37)、支柱顶部(4、24)和缸底(14、14′)的固定部位加以密封，在支柱顶部(4、24)和活塞(9、9′、37)之间设置一个在这两者之间承受拉力的构件(3)，另一个与缸筒(1、2)同轴线设置的抗拉构件(7、7′)固定在缸底(14、14′)上，并做为固定杆穿过活塞(9、9′、37)向上伸展，并且在其自由端有一个固定构件(8)，此外，还有一个做为复位弹簧使用的压力弹簧(6)与抗拉构件(7、7′)同轴线设置，该弹簧的一端支承在固定构件(8)上，其另一端支承在承受拉力的构件(3)上，或支承在活塞(9、9′、37)上，或支承在与上述抗拉构件(3)或与活塞(9、9′、37)相连的结构件(11)上，伸缩控制阀(21)与压力腔(26)的连接通过支柱顶部(4、24)或缸底(14)来实现。

2、按照权利要求1的装置，其特征在于，作为密封，采用厌气（性）的粘结剂形式的液体密封（5），该液体密封在室温时凝固并起密封作用，并在适宜高的温度时重新变为液态。

3、按照权利要求1或2的装置，其特征在于，抗拉构件（3）为管子形状，其一端固定在支柱顶部（4、24），其另一端固定在活塞（9、9′、37）上。

4、按照权利要求3的装置，其特征在于，管子（3）直接拧在支柱顶端（4、24）之中，另一端至少部分穿入活塞（9、9′）并在其端部用螺母（13）连接，该螺母轴向支承在活塞（9、9′）上。

5、按照权利要求1的装置，其特征在于，相对于钢制矿井支柱的压力腔（26），上支柱的缸筒（3）的内腔（38）是密封的。

6、按照权利要求5的装置，其特征在于，一方面，密封通过活塞（9、9′、37）与上支柱的缸套（2）之间的密封装置（5）来实现，另一方面，密封通过管子（3）在相应构件（4、24、13、39）上固定部位设置密封装置来实现。

7、按照权利要求4的装置，其特征在于，在管子（3）的活塞侧一端或在活塞（9、9′、37）上或在与活塞（9、9′）相连的构件（13）上有一个设在内部的、与抗拉构件（7、7′）同心并包覆该抗拉构件的限动构件（11、40），压力弹簧（6）支承在该限动构件上。

8、按照权利要求1的装置，其特征在于，压力弹簧（6）的结构为螺旋压力弹簧。

9、按照权利要求8的装置，其特征在于，螺旋压力弹簧（6）的弹簧钢丝断面呈矩形或正方形。

10、按照权利要求8的装置，其特征在于，管子（3）的内径只略大于压缩到紧贴状态时的螺旋压力弹簧（6）的外径。

11、按照权利要求1-10之一项的装置，其特征在于，抗拉构件（7、7′）可折卸地固定在缸底（14、14′）上。

12、按照权利要求1的装置，其特征在于，支柱顶部结构可分为两个部分，其上部为支柱顶部（4）本身，下部做为伸缩控制阀（21）的阀壳（24），伸缩控制阀（21）以公知的方式装入阀壳（24）。

13、按照权利要求12的装置，其特征在于，阀（21）的出口直接或通过阀壳（24）与管子（3）的内腔并从而与压力腔（26）相连。

14、按照权利要求1的装置，设有一个由几部分组合而成的、可夹紧在下支柱缸筒（1）的外表面（27）上并可在其上做位移固定的手柄装置（18），其特征在于，手柄装置（18）的构件（18′）构成伸缩控制阀（21）的阀壳，阀壳经过一根挠性高压软管（19）和缸底（14）及为此而设的凸肩（20）中的通孔（22）与压力腔（26）相连。

15、按照权利要求14的装置，其特征在于，套圈（16）中有一个把大气与中间腔（28）连在一起一泄压通孔（29）。

16、按照权利要求15的装置，其特征在于，在活塞（9′）上设置泄压阀（15），该阀的入口侧与压力腔（26）相连，其出口侧与中间腔（28）相连。

17、按照权利要求16的装置，其特征在于，泄压阀（15）设在活塞（9′）的背向压力腔（26）的一侧。

18、按照权利要求17的装置，其特征在于，泄压阀（15）的入口侧和出口侧经过孔道（30、31）分别与压力腔（26）和中间腔（28）相连，孔道（31）的出口侧在紧靠活塞（9′）的活塞密封圈10的上方接入中间腔（28）。

19、按照权利要求1的装置，其特征在于，抗拉构件（7′）至少一部分是空心的，通过带螺纹的堵头（44）把其固定在缸底（14′）上。

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