CN104213930B - 并联液压支架及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及并联液压支架及其应用，包括顶板、底板和六个驱动杆，所述驱动杆设置在顶板和底板之间，所述驱动杆的一端与顶板固定相连，所述驱动杆的另一端与底板固定相连，所述六个驱动杆与顶板的六个连接点之间的连线构成四边形或六边形，所述六个驱动杆与底板的六个连接点之间的连线构成四边形或六边形，所述驱动杆通过球铰和虎克铰实现与顶板和底板的固定连接，该顶板具有四个或六个自由度，可实现不同位置的移动，能够适应多种应用场合，操作方便，效果显著。

Description

并联液压支架及其应用

技术领域

本发明涉及并联液压支架，特别涉及一种矿井作业用并联液压支架，属于矿山机械设备的技术领域。

背景技术

随着能源工业的不断发展，我国已经成为了煤炭资源利用和开采的大国，煤炭开采需要井下作业，近年来，在煤炭开采过程中发生了不少矿难事故，究其原因，大多是由于在开采过程中地下煤层发生坍塌导致的事故，为解决矿难事故的发生，保障矿工井下作业的安全，有必要对地下煤层进行加固，防止煤层在发生坍塌时造成人员的伤亡。

液压支架是实现采煤作业综合化、机械化和自动化的重要设备。液压支架的使用可以增加煤产量、提高劳动生产率、降低开采成本、保障工人的生产安全。然而，传统液压支架存在原理上的缺陷，导致液压支架承受较大的内力，液压支架的支撑稳定性差，与顶板的耦合性差，不能满足井下生产安全的需要，也不利于综合开采的顺利进行。因此研究一种支撑稳定性好、对顶板适应性强的新型液压支架意义重大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种并联液压支架。

本发明还提供一种并联液压支架的使用方法。

本发明的技术方案如下：

并联液压支架，包括顶板、底板和六个驱动杆，所述驱动杆设置在顶板和底板之间，所述六个驱动杆成两排三列设置，其中，两侧驱动杆的一端通过虎克铰与底板固定连接，中间驱动杆的一端通过球铰与底板固定连接；所述两侧驱动杆的另一端通过虎克铰且中间驱动杆的另一端通过球铰共同与顶板固定连接，或所述两侧驱动杆的另一端通过球铰且中间驱动杆的另一端通过虎克铰共同与顶板固定连接；所述六个驱动杆与顶板的连接点之间的连线构成四边形或六边形，所述六个驱动杆与底板的连接点之间的连线构成四边形或六边形。

在实际作业过程中，顶板为动平台，底板为定平台，驱动杆通过活动连接件虎克铰或球铰与顶板和底板固定相连，虎克铰可以实现两个轴方向的旋转，球铰能够实现三个轴方向的旋转，驱动杆本身能够实现长度的伸缩变化，当顶板受到外力时，驱动杆能够通过自身的伸缩以及虎克铰或球铰的角度变化实现顶板的位移和位置变化，获得预期的位置和姿态。

根据本发明，优选的，所述驱动杆为液压杆。

根据本发明，优选的，所述顶板和底板均设置为长方形，所述底板的面积小于顶板的面积。此设计的目的在于，顶板的面积大于底板的面积，顶板可以用来承受更大的荷载，底板可以方便放置以适应不同的应用场景。

根据本发明，优选的，所述两排的液压杆成对称设置。

根据本发明，优选的，所述顶板和底板上的四边形均为矩形。

并联液压支架的使用方法，步骤如下，

升柱初撑阶段：将并联液压支架安放在所需的应用场景下，液压油缸控制液压杆的伸出，当顶梁的一点接触到液压支架顶板时，此时液压杆的压力信号有突变，则停止向压力变化最大的液压杆供油；而液压油缸以另一较小的速度向其它液压杆供油，直至顶梁的另一点接触到液压支架顶板时，另一液压杆的压力信号再次突变；以此循环，直到顶梁的第三点接触到液压支架顶板时，根据三点确定一个平面的法则，此时顶梁与顶板接触完成；

增阻承载阶段：随着顶梁不断地向下施加压力，顶板逐渐下沉，此时液压油缸向液压杆供油，通过不同液压杆的伸缩和移动，并联液压支架对顶板产生更大的支撑力，阻止或减缓顶板下沉；

溢流承载阶段：在顶板不断下沉或发生顶板来压时，支架对顶板的支撑压力会急剧上升，并超过安全阀的调定压力，此时，安全阀开始溢流，使液压杆活塞腔里的压力基本上恒定于安全阀的调定压力；在卸载降柱时，驱动电液控制阀，使支架离开顶板，至此完成并联支架液压杆的一个工作循环。

本并联液压支架的原理为：六个液压杆通过2 U(虎克铰)P(移动副)S(球铰) 4SPU或4UPU2SPS连接顶板和底板，利用液压杆和虎克铰及球铰的配合，且并联液压支架的顶板具有四个或六个自由度，可以达到空间的指定位置，能够适应顶板岩层的复杂运动；同时，液压杆为二力杆，不管顶板承受什么方向的力，都不会对支架的其他部件产生附加的弯曲应力。

本发明的有益效果在于：

1.本发明从液压支架的核心机构出发，将并联机构应用于液压支架中。与传统液压支架所不同的是，并联液压支架是以具有多个自由度的支链为核心组件，替代传统的四连杆机构，并联液压支架是支架在结构上进行的创新性改进。

2.本发明并联液压支架的结构具有桁架的结构形式，且支架的顶板同时有6根液压杆支撑，每根液压杆的受力变形小，整体刚度大，结构稳定，具有较高的承载能力，适宜大采高支架的设计。

3.本发明并联液压支架的顶板(动平台)具有四个或六个自由度，可以达到空间的指定位置，能够适应顶板岩层的复杂运动。

4.本发明并联液压支架的液压杆长度不变时，支架为一个稳定机构，且支架的结构为闭环结构，运动可靠性高，能够为煤矿的开采提供安全保障。

5.本发明并联液压支架动力学特性好，运动灵活，可以在短时间内到达指定位置。

6.本发明并联液压支架的液压杆为二力杆，不管顶板承受什么方向的力，都不会对支架的其他部件产生附加的弯曲应力，长期使用，能够保持支架不发生形变。

7.本发明并联液压支架不存在误差累积，无中间环节误差累积与放大，所以定位精度较高，能够应用到比较苛刻的环境下。

附图说明

图1为实施例1中顶板的结构示意图；

图2为实施例1中底板的结构示意图；

图3为实施例1中并联液压支架的立体图；

图4为实施例2中底板的结构示意图；

图5为实施例2中并联液压支架的立体图；

图6为实施例3中顶板的结构示意图；

图7为实施例3中并联液压支架的立体图；

图8为实施例4中底板的结构示意图；

图9为实施例4中并联液压支架的立体图；

图10为实施例5中顶板的结构示意图；

图11为实施例5中底板的结构示意图；

图12为实施例5中并联液压支架的立体图；

图13为实施例6中底板的结构示意图；

图14为实施例6中并联液压支架的立体图；

图15为实施例7中顶板的结构示意图；

图16为实施例7中并联液压支架的立体图；

图17为实施例8中底板的结构示意图；

图18为实施例8中并联液压支架的立体图。

其中：1为顶板，2为虎克铰，3为球铰，4为底板，5为虎克铰，6为球铰，7为液压杆。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，并联液压支架，包括顶板1、底板4和六个液压杆7，所述液压杆7设置在顶板1和底板4之间，所述六个液压杆7成两排三列设置，上下两排的液压杆7成对称设置，其中，两侧液压杆的一端通过虎克铰5与底板4固定连接，中间液压杆的一端通过球铰6与底板4固定连接；所述两侧液压杆的另一端通过虎克铰2且中间液压杆的另一端通过球铰3共同与顶板1固定连接，所述六个液压杆7与顶板1的连接点之间的连线构成矩形，所述六个液压杆7与底板4的连接点之间的连线构成矩形。

其中，所述顶板1和底板4均设置为长方形，所述底板4的面积小于顶板1的面积。

实施例2：

如图4和图5所示，并联液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与底板4的连接点之间的连线构成六边形。

实施例3：

如图6和图7所示，并联液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与顶板1的连接点之间的连线构成六边形。

实施例4：

如图8和图9所示，并联液压支架，结构如实施例3所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与底板4的连接点之间的连线构成六边形。

实施例5：

如图10至图12所示，并联液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述两侧液压杆的另一端通过球铰3且中间液压杆的另一端通过虎克铰2共同与顶板1固定连接。

实施例6：

如图13和图14所示，并联液压支架，结构如实施例5所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与底板4的连接点之间的连线构成六边形。

实施例7：

如图15和图16所示，并联液压支架，结构如实施例5所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与顶板1的连接点之间的连线构成六边形。

实施例8：

如图17和图18所示，并联液压支架，结构如实施例7所述，其不同之处在于，所述六个液压杆7与底板4的连接点之间的连线构成六边形。

实施例9：

并联液压支架的使用方法，步骤如下，

升柱初撑阶段：将并联液压支架安放在所需的应用场景下，液压油缸控制液压杆的伸出，当顶梁的一点接触到液压支架顶板时，此时液压杆的压力信号有突变，则停止向压力变化最大的液压杆供油；而液压油缸以另一较小的速度向其它液压杆供油，直至顶梁的另一点接触到液压支架顶板时，另一液压杆的压力信号再次突变；以此循环，直到顶梁的第三点接触到液压支架顶板时，根据三点确定一个平面的法则，此时顶梁与顶板接触完成；

增阻承载阶段：随着顶梁不断地向下施加压力，顶板逐渐下沉，此时液压油缸向液压杆供油，通过不同液压杆的伸缩和移动，并联液压支架对顶板产生更大的支撑力，阻止或减缓顶板下沉；

溢流承载阶段：在顶板不断下沉或发生顶板来压时，支架对顶板的支撑压力会急剧上升，并超过安全阀的调定压力，此时，安全阀开始溢流，使液压杆活塞腔里的压力基本上恒定于安全阀的调定压力；在卸载降柱时，驱动电液控制阀，使支架离开顶板，至此完成并联支架液压杆的一个工作循环。

Claims (6)

1.并联液压支架，包括顶板、底板和六个驱动杆，其特征在于，所述驱动杆设置在顶板和底板之间，所述六个驱动杆成两排三列设置，其中，两侧驱动杆的一端通过二自由度虎克铰与底板固定连接，中间驱动杆的一端通过球铰与底板固定连接；所述两侧驱动杆的另一端通过二自由度虎克铰且中间驱动杆的另一端通过球铰共同与顶板固定连接；所述六个驱动杆与顶板的连接点之间的连线构成四边形，所述六个驱动杆与底板的连接点之间的连线构成六边形；或所述六个驱动杆与顶板的连接点之间的连线构成六边形，所述六个驱动杆与底板的连接点之间的连线构成四边形。

2.如权利要求1所述的并联液压支架，其特征在于，所述驱动杆为液压杆。

3.如权利要求1所述的并联液压支架，其特征在于，所述顶板和底板均设置为长方形，所述底板的面积小于顶板的面积。

4.如权利要求1所述的并联液压支架，其特征在于，所述两排的液压杆成对称设置。

5.如权利要求1所述的并联液压支架，其特征在于，所述顶板和底板上的四边形均为矩形。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的并联液压支架的使用方法，步骤如下，

升柱初撑阶段：将并联液压支架安放在所需的应用场景下，液压油缸控制液压杆的伸出，当顶梁的一点接触到液压支架顶板时，此时液压杆的压力信号有突变，则停止向压力变化最大的液压杆供油；而液压油缸以另一较小的速度向其它液压杆供油，直至顶梁的另一点接触到液压支架顶板时，另一液压杆的压力信号再次突变；以此循环，直到顶梁的第三点接触到液压支架顶板时，根据三点确定一个平面的法则，此时顶梁与顶板接触完成；

增阻承载阶段：随着顶梁不断地向下施加压力，顶板逐渐下沉，此时液压油缸向液压杆供油，通过不同液压杆的伸缩和移动，并联液压支架对顶板产生更大的支撑力，阻止或减缓顶板下沉；

溢流承载阶段：在顶板不断下沉或发生顶板来压时，支架对顶板的支撑压力会急剧上升，并超过安全阀的调定压力，此时，安全阀开始溢流，使液压杆活塞腔里的压力基本上恒定于安全阀的调定压力；在卸载降柱时，驱动电液控制阀，使支架离开顶板，至此完成并联支架液压杆的一个工作循环。