CN103195451B - 智能井用支架缓冲减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能井用支架缓冲减振装置，磁流变阻尼装置包括有缸筒，所述的缸筒的顶部与所述的柱头连接为一个整体，缸筒内部设有浮动活塞，浮动活塞与柱头之间固定有弹簧，在缸筒内部浮动活塞的下部分空间内设有活塞并充满磁流变液，在所述的活塞内部开有通道，活塞外侧缠绕有线圈，活塞下方连接活塞杆，活塞杆穿出缸筒的底部并固定在所述的柱体上，所述的碟形弹簧组通过其内孔安装在所述的缸筒的外表面上，碟形弹簧组的上端连接柱头，下端连接柱体，在柱头和碟形弹簧组支架安装有压力传感器，所述的压力传感器还连接有控制器，所述的控制器控制所述的线圈的通电电流。本发明实现实时控制，从而优化井用支架对矿压冲击的缓冲减振效果。

Description

智能井用支架缓冲减振装置

技术领域

本发明涉及矿井设备及智能材料技术领域，尤其涉及一种智能井用支架缓冲减振装置。

背景技术

在矿井开采作业过程中，冲击矿压是不可回避的开采难题，常常容易造成设备损坏甚至人员伤亡，而矿用支架的主要作用是为井下开采各道工序提供安全的作业环境，其将直接涉及到采矿作业的安全、效率、消耗量、环境保护，采掘成本，对煤矿开采具有重要意义。现在井用支架主要有液压支架、提腿式液压支柱、单体液压支柱、摩擦式金属支柱、木支柱等类型，但现存支架类型普遍存在没有缓冲减振功能或减振功能较差的现象，迫切的需要一种能够对矿井支架进行减振的装置。

目前矿井现场应用最多的液压支架主要是利用在液压支架上安装大流量卸压阀来进行保护，效果并不理想，特别是当矿井来压较大时，支柱容易产生爆缸现象，且液压支架的受力情况恶化厉害，导致设备损坏。现在还有通过在立柱中安装气囊和安装蓄能器的方法来实现缓冲，这两种方法能够达到一定的缓冲效果，但其结构刚度和阻尼无法变化，不能时时适应变化的矿井来压工况。因此迫切需求一种新型的能够适应不同矿压幅值的减振器。

液压支架的初撑力对顶板控制具有重要意义。现在因为初撑力受人为因素的影响较大，不能很好的控制各个液压支架初撑力的误差。从而会使工作面各个支架的支撑工作阻力不一致，甚至存在较大差别。当顶板来压时，工作面的液压支架并不是压力共担，而是初撑力比较大的液压支架首先发挥作用，这样一来初撑力较大的液压支架如果缓冲让压不及时，将受到极大的冲击载荷，受力条件急剧恶化，容易出现爆缸损坏想象。除此以外，因为各个支架初撑力的不同，极容易导致在顶板下沉过程中，顶板绕曲变形量增加，将导致顶板的过早离层破碎，导致片帮，端冒，使支架-围岩理论失衡。同时在顶板绕曲变形的过程中，支架只起到一个支撑点的作用，从而延长了老顶岩梁折断长度，使工作面老顶周期来压步距和垮落高度增加，最终导致强烈的大面积周期来压，甚至导致压死压坏支架等恶性事故。因此，一种能够人为测量支架支撑力并能使支架快速缓冲来压的装置成为迫切需求。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种能够调节自身参数来适应不同矿井冲击载荷的智能智能井用支架缓冲减振装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种智能井用支架缓冲减振装置，包括有柱体、柱头、碟形弹簧组和磁流变阻尼装置，所述的磁流变阻尼装置包括有缸筒，所述的缸筒的顶部与所述的柱头连接为一个整体，缸筒内部设有浮动活塞，浮动活塞与柱头之间固定有弹簧，在缸筒内部浮动活塞的下部分空间内设有活塞并充满磁流变液，在所述的活塞内部开有通道，活塞外侧缠绕有线圈，活塞下方连接活塞杆，活塞杆穿出缸筒的底部并固定在所述的柱体上，所述的碟形弹簧组通过其内孔安装在所述的缸筒的外表面上，碟形弹簧组的上端连接柱头，下端连接柱体，在柱头和碟形弹簧组支架安装有压力传感器，所述的压力传感器还连接有控制器，所述的控制器控制所述的线圈的通电电流。

在所述的柱头和柱体之间设有防尘罩。

所述的控制器为电脑。

在所述的压力传感器与控制器之间连接有电荷放大器；在控制器与线圈之间连接有程控电流源。

本发明的优点是：本发明的磁流变阻尼装置是一种阻尼可调的智能减振装置，当不同幅值的矿压冲击井用支架时，压力传感器会测得这一压力，并将这一信号传输到磁流变阻尼装置的控制器中进行处理，处理后控制磁流变阻尼装置的阻尼值，实现实时控制，从而优化井用支架对矿压冲击的缓冲减振效果；碟形弹簧组的引入使支架从原来近乎没有缓冲装置的状态变成了具有较好缓冲矿压冲击的功能，可以防止当矿压比较剧烈时，井用支架让压不及时引起的爆缸等损坏想象，较好的保护了井用支架；安装了压力传感器，能够测量支架的支撑力，这样一来就能够防止出现井用支架支撑力大小差异较大引起的工作面各个支架的支撑工作阻力不一致，从而防止了单个或几个井用支架承担较大顶板力时引起的爆缸现象，同时较好的预防了顶板绕曲变形量增加、顶板的过早离层破碎、延长老顶岩梁折断长度等现象的发生，进而防止了工作面老顶周期来压步距和垮落高度增加，最终的导致强烈的大面积周期来压。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为磁流变阻尼装置的结构示意图。

图3为磁流变阻尼装置内部的活塞结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种智能井用支架缓冲减振装置，包括有柱体1、柱头2、碟形弹簧组3和磁流变阻尼装置4，所述的磁流变阻尼装置4包括有缸筒5，所述的缸筒5的顶部与所述的柱头2连接为一个整体，缸筒5内部设有浮动活塞6，浮动活塞6与柱头2之间固定有弹簧7，在缸筒5内部浮动活塞6的下部分空间内设有活塞8并充满磁流变液9，在所述的活塞8内部开有通道10，活塞8外侧缠绕有线圈11，活塞8下方连接活塞杆12，活塞杆12穿出缸筒5的底部并固定在所述的柱体1上，所述的碟形弹簧组3通过其内孔安装在所述的缸筒5的外表面上，碟形弹簧组3的上端连接柱头2，下端连接柱体1，在柱头2和碟形弹簧组3支架安装有压力传感器13，所述的压力传感器13还连接有控制器14，所述的控制器14控制所述的线圈11的通电电流。

在所述的柱头2和柱体1之间设有防尘罩15。

所述的控制器14为电脑。

在所述的压力传感器13与控制器14之间连接有电荷放大器16；在控制器14与线圈11之间连接有程控电流源17。

本发明的缓冲减震的核心主要包括磁流变阻尼装置4和碟形弹簧组3。碟形弹簧组3通过其内孔安装在磁流变阻尼装置4的外表面上实现两者的并联，共同支撑工作面压力，实现并联后这两个组件安装在支柱的柱头2和柱体1之间，磁流变阻尼装置4缸筒5和柱头2连接，活塞杆12一头和活塞8连接另一头和柱体1连接。本发明的磁流变阻尼装置4是内通道式，这种阻尼部件的工作原理是当活塞8沿轴向运动时，磁流变液9从活塞8的一边通过活塞8心部开的内通道流到活塞8的另一边，而活塞8表面饶有线圈11，给线圈11通不同电流时活塞8内部的磁流变液9阻尼将会产生变化，从而实现通过调节自身参数使减振效果最优化。碟形弹簧组3通过碟形弹簧组3内孔安装在磁流变阻尼装置4缸筒5的外表面，这一设计能保证碟形弹簧组3在阻尼部件轴向上的可伸缩性。碟形弹簧组3上端安装在柱头2上，下端安装在柱体1上。为了防尘，设计了装置的防尘罩15结构。

在矿井支架支撑顶板开始工作时，顶板压力通过支架柱头2传递到碟形弹簧组3和磁流变阻尼装置4上，碟形弹簧组3被压缩产生弹力支撑顶板，这时支撑顶板的力主要由碟形弹簧组3提供，同时在这种顶板压力稳定的条件下，通过安装在柱头2和碟形弹簧组3之间的压力传感器13来读取各个支柱的承压数值，从而可以人为的将各个支架的支撑力调整到近似相同来防止个别支架被压溃同时提高对顶板的控制以提高支护效果。当矿井周期来压时，碟形弹簧组3被进一步压缩，实现对矿井来压的缓冲，避免支架爆缸，同时顶板振动使磁流变阻尼装置4活塞8开始运动产生阻尼力。这时这一装置的工作机理是主支撑力由碟形弹簧组3提供，顶板来压的周期幅值力由磁流变阻尼装置4提供，磁流变阻尼装置4工作时首先通过碟形弹簧组3和柱头2之间的压力传感器13测量顶板压力大小，并将压力信号进行放大传送到控制器14中进行分析，控制器14会根据振动控制算法和输入的顶板压力大小来确定磁流变阻尼装置4所需阻尼大小。控制器14得出所需阻尼大小后通过调整线圈11电流大小来调整磁流变阻尼装置4阻尼大小。从而达到对顶板周期振动进行最优减振缓冲的效果。

Claims (4)

1.一种智能井用支架缓冲减振装置，其特征在于：包括有柱体、柱头、碟形弹簧组和磁流变阻尼装置，所述的磁流变阻尼装置包括有缸筒，所述的缸筒的顶部与所述的柱头连接为一个整体，缸筒内部设有浮动活塞，浮动活塞与柱头之间固定有弹簧，在缸筒内部浮动活塞的下部分空间内设有活塞并充满磁流变液，在所述的活塞内部开有通道，活塞外侧缠绕有线圈，活塞下方连接活塞杆，活塞杆穿出缸筒的底部并固定在所述的柱体上，所述的碟形弹簧组通过其内孔安装在所述的缸筒的外表面上，碟形弹簧组的上端连接柱头，下端连接柱体，在柱头和碟形弹簧组之间安装有压力传感器，所述的压力传感器还连接有控制器，所述的控制器控制所述的线圈的通电电流。

2.根据权利要求1所述的智能井用支架缓冲减振装置，其特征在于：在所述的柱头和柱体之间设有防尘罩。

3.根据权利要求1所述的智能井用支架缓冲减振装置，其特征在于：所述的控制器为电脑。

4.根据权利要求1所述的智能井用支架缓冲减振装置，其特征在于：在所述的压力传感器与控制器之间连接有电荷放大器；在控制器与线圈之间连接有程控电流源。