CN104234731B - 一种新型并联式液压支架及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型并联式液压支架及其应用，包括顶板、底板和多个驱动杆，所述驱动杆设置在顶板和底板之间，多个驱动杆通过与虎克铰、球铰或转动副的不同组合与顶板和底板固定相连，驱动杆与顶板的连接点之间的连线构成四边形或六边形，驱动杆与底板的连接点之间的连线构成四边形或六边形。本发明通过不同的结构形式使得顶板具有三到四个自由度，顶板能够实现不同位置的移动，保证顶板可以实现不同角度和位置的变化，能够适应顶板岩层的复杂运动，为井下作业等多种场合下提供了应用，其结构设计巧妙，使用操作方便，效果显著，具有良好的经济价值和市场效益。

Description

一种新型并联式液压支架及其应用

技术领域

本发明涉及一种新型并联式液压支架及其应用，属于矿山机械设备技术领域。

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，本发明提供一种新型并联式液压支架。

本发明还提供一种新型并联式液压支架的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种新型并联式液压支架，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，所述驱动杆的一端通过虎克铰与顶板固定连接，所述驱动杆的另一端通过虎克铰与底板固定连接，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，驱动杆本身能够实现长度的伸缩变化，当顶板受到外力时，驱动杆通过自身的伸缩以及虎克铰的角度变化能够实现顶板的上下位移和左右位移，获得预期的位置和姿态。

根据本发明，优选的，所述新型并联式液压支架还包括第七驱动杆，所述第七驱动杆的一端通过转动副与顶板固定连接，另一端通过球铰与底板固定连接；所述转动副位于顶板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，所述球铰位于底板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

根据本发明，进一步优选的，所述第七驱动杆的一端通过球铰与顶板固定连接，另一端通过转动副与底板固定连接；所述球铰位于顶板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，所述转动副位于底板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

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，所述顶板和底板上的四边形均为矩形。

一种新型并联式液压支架的使用方法，包括如下步骤，

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，并联式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，并联式液压支架是支架在结构上进行的创新性改进。

2.本发明并联式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六到七根液压杆支撑，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.本发明并联式液压支架的顶板(动平台)具有三到四个自由度，可以实现多个位置的移动，能够适应顶板岩层的复杂运动。

4.本发明并联式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.本发明并联式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.本发明并联式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.本发明并联式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中新型并联式液压支架的立体图；

图4为实施例2中底板的结构示意图；

图5为实施例2中新型并联式液压支架的立体图；

图6为实施例3中顶板的结构示意图；

图7为实施例3中新型并联式液压支架的立体图；

图8为实施例4中底板的结构示意图；

图9为实施例4中新型并联式液压支架的立体图；

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中新型并联式液压支架的立体图；

图13为实施例6中顶板的结构示意图；

图14为实施例6中底板的结构示意图；

图15为实施例6中新型并联式液压支架的立体图；

图16为实施例7中顶板的结构示意图；

图17为实施例7中底板的结构示意图；

图18为实施例7中新型并联式液压支架的立体图；

图19为实施例8中顶板的结构示意图；

图20为实施例8中底板的结构示意图；

图21为实施例8中新型并联式液压支架的立体图；

图22为实施例9中顶板的结构示意图；

图23为实施例9中底板的结构示意图；

图24为实施例9中新型并联式液压支架的立体图；

图25为实施例10中顶板的结构示意图；

图26为实施例10中底板的结构示意图；

图27为实施例10中新型并联式液压支架的立体图；

图28为实施例11中顶板的结构示意图；

图29为实施例11中底板的结构示意图；

图30为实施例11中新型并联式液压支架的立体图；

图31为实施例12中顶板的结构示意图；

图32为实施例12中底板的结构示意图；

图33为实施例12中新型并联式液压支架的立体图；

其中：1为顶板，2为虎克铰，3为底板，4为虎克铰，5为液压杆，6为球铰，7为第七液压杆，8为球铰，9为转动副，10为转动副。

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，一种新型并联式液压支架，包括顶板1、底板3和六个液压杆5，所述液压杆5设置在顶板1和底板3之间，所述六个液压杆5成两排三列设置，所述液压杆5的一端通过虎克铰4与顶板1固定相连，所述液压杆5的另一端通过虎克铰4与底板3固定相连，所述六个液压杆5与顶板1的连接点之间的连线构成矩形，所述六个液压杆5与底板3的连接点之间的连线构成矩形。

其中，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。

本新型并联式液压支架的工作原理为：六个液压杆通过6U(虎克铰)P(移动副)U(虎克铰)连接顶板和底板，由于并联液压支架的顶板具有四个自由度，可以实现三个方向的移动和一个方向的转动，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。

实施例2：

如图4和图5所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述六个液压杆5与底板3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，一种新型并联式液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，所述六个液压杆5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，一种新型并联式液压支架，结构如实施例3所述，其不同之处在于，所述六个液压杆5与底板3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，一种新型并联式液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过转动副9与顶板1固定连接，另一端通过球铰6与底板3固定连接；转动副9位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，球铰6位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

液压支架增加的第七液压杆，通过转动副和球铰分别与顶板和底板相连，构造了液压支架新的结构形式，限制液压支架为3个自由度；同时相应地增加了整个顶板的支撑载重，能够适应不同程度的载荷要求。

实施例6：

如图13至图15所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例2所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过转动副9与顶板1固定连接，另一端通过球铰6与底板3固定连接；转动副9位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，球铰6位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例7：

如图16至图18所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例3所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过转动副9与顶板1固定连接，另一端通过球铰6与底板3固定连接；转动副9位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，球铰6位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例8：

如图19至图21所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例4所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过转动副9与顶板1固定连接，另一端通过球铰6与底板3固定连接；转动副9位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，球铰6位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例9：

如图22至图24所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例1所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过球铰8与顶板1固定连接，另一端通过转动副10与底板3固定连接；球铰8位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，转动副10位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例10：

如图25至图27所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例2所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过球铰8与顶板1固定连接，另一端通过转动副10与底板3固定连接；球铰8位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，转动副10位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例11：

如图28至图30所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例3所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过球铰8与顶板1固定连接，另一端通过转动副10与底板3固定连接；球铰8位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，转动副10位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例12：

如图31至图33所示，一种新型并联式液压支架，结构如实施例4所述，其不同之处在于，该液压支架还包括第七液压杆7，第七液压杆7的一端通过球铰8与顶板1固定连接，另一端通过转动副10与底板3固定连接；球铰8位于顶板1左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，转动副10位于底板3左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

实施例13：

一种新型并联式液压支架的使用方法，包括如下步骤，

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 (5)

1.一种新型并联式液压支架，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，所述驱动杆的一端通过虎克铰与顶板固定连接，所述驱动杆的另一端通过虎克铰与底板固定连接，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四边形；

所述新型并联式液压支架还包括第七驱动杆，所述第七驱动杆的一端通过转动副与顶板固定连接，另一端通过球铰与底板固定连接；所述转动副位于顶板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上，所述球铰位于底板左列连接点与中间列连接点对角线的交点上。

2.如权利要求1所述的新型并联式液压支架，其特征在于，所述驱动杆为液压杆。

3.如权利要求1所述的新型并联式液压支架，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所述的新型并联式液压支架，其特征在于，所述顶板和底板上的四边形均为矩形。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的新型并联式液压支架的使用方法，包括如下步骤，

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，液压杆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，液压杆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，使支架离开顶梁，至此完成并联支架液压杆的一个工作循环。