CN104775835A - 一种自调节磁流变液单体支柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自调节磁流变液单体支柱，它包括液压定位系统和磁流变液支撑系统；所述的液压定位系统包括底座（1）、定位块（2）、液压缸体（3）、活塞柱（12）、导向环（17）、复位弹簧（18）、密封圈Ⅲ（19）以及底部液压油入口（20）；所述的磁流变液支撑系统包括磁流变缸体（4）、线圈（5）、端盖（6）、压力传感器（7）、支撑块（8）、圆柱销（9）、密封圈Ⅰ（10）、隔磁环（11）、活塞柱（12）、上部磁流变液注入口（13）、磁流变液（14）、密封圈Ⅱ（15）和连接钢丝（16）；本发明无需泵站提供很大的支撑、无需安装三用阀的阀座、对密封件的要求和活柱内表面的加工要求较低、当支撑负载发生突变时能够很好地自动调节支撑的强度。

Description

一种自调节磁流变液单体支柱

技术领域

本发明涉及一种单体支柱，具体是一种自调节磁流变液单体支柱。

背景技术

磁流变液是一种在外加磁场下其流变特性发生急剧变化的新型智能材料，在无外加磁场时，表现为流动性良好的牛顿流体，但在外加磁场作用下，流体的流变特性发生巨大变化，其表观粘度可在几毫秒内增加几个数量级，并呈现类似固体的力学性质，且粘度变化是连续可逆的，即一旦去掉磁场后，又变为流动性良好的牛顿流体。

磁流变效应连续、可逆、迅速和易于控制的特点使得磁流变液在航空航天、汽车工业、液压传动、生物技术、医疗等领域具有十分广泛的应用前景。

采煤工作面需要大量的支护设备，常见的有木支柱、单体液压支柱、液压支架等。现有单体液压支柱，常用于井下巷道的支撑、煤矿工作面的顶板支护，工作时通过三用阀向密封腔体内注入液压油，推动活柱上升，支撑工作面；卸载时，密封腔体内液压油通过三用阀反向泄出，活柱下降。

但是单体液压支柱在实际使用中存在以下问题：1、液压油需要泵站的提供很大的压力，成本较高；2、外壳体上焊接有三用阀的阀座，影响强度；3、对密封的要求很高，一旦工作状态中出现泄露，会导致事故发生；4、工况复杂，对动态载荷不能很好地做出调节。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种自调节磁流变液单体支柱，无需泵站提供很大的支撑、无需安装三用阀的阀座、对密封件的要求和活柱内表面的加工要求较低、当支撑负载发生突变时能够很好地自动调节支撑的强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，

它包括液压定位系统和磁流变液支撑系统；

所述的液压定位系统包括底座、定位块、液压缸体、活塞柱、导向环、复位弹簧、密封圈Ⅲ以及底部液压油入口；所述的底座与液压缸底过盈配合安装，活塞柱通过导向环进行安装和移动、并通过定位块进行最低位置的定位、同时通过密封圈Ⅲ形成密封，复位弹簧上下两端分别和液压缸体和活塞柱相连，所述的压缸体、密封圈Ⅲ和活塞柱形成的液压密闭空间；

所述的磁流变液支撑系统包括磁流变缸体、线圈、端盖、压力传感器、支撑块、圆柱销、密封圈Ⅰ、隔磁环、活塞柱、上部磁流变液注入口、磁流变液、密封圈Ⅱ和连接钢丝；所述的磁流变缸体通过两侧的连接钢丝安装在液压缸体上，并通过液压缸体的上端进行定位，隔磁环与磁流变缸体间隙配合；线圈与磁流变缸体之间间隙配合安装，端盖安装在磁流变缸体上部，通过隔磁线圈进行定位；密封圈Ⅱ和密封圈Ⅰ分别安装在磁流变缸体和端盖上，不随活塞柱移动，磁流变液充满线圈Ⅱ、活塞柱、密封圈Ⅰ、磁流变缸体形成的磁流变液密闭空间内；支撑块通过圆柱销安装在活塞柱顶部，支撑块与活塞柱之间还装有压力传感器。

所述的液压油入口与双向阀相连，完成液压油的进出工作。

所述的磁流变液密闭空间其容积不随活塞柱的移动而改变。

所述的活塞柱为高磁导率材料。

所述的隔磁环和端盖均采用非导磁材料。

工作原理如下：开始工作时，液压油进入液压密封区，推动活塞柱上移，支撑块与支撑面接触后，完成定位工作，此时磁流变液部分处于自由离散状态，活塞柱可自由上移；定位完成后，根据预先的设定值接通励磁电流，磁流变液瞬间固化，具备高强度的屈服应力，活塞柱无法移动，完成支撑工作，液压部分停止工作；支撑过程中，压力传感器实时监测支撑载荷的变化，一旦发生突变，压力变化反馈至励磁线圈电流输出系统，自动调节电流值改变支撑力；支撑工作结束后，减小电流值，活塞柱在复位弹簧的作用下缓慢下行，液压油通过双向阀流出。

与现有的支柱相比，本发明具有以下优点：

1、将传统的支柱工作模式分割成定位和支撑两部分，定位工作由液压部分完成，支撑工作由磁流变液部分完成，提高可靠性，降低支撑难度。

2、液压部分只负责初步定位时的工作，不需要提供工作时所需的支撑力，不需要泵站提供高压力的液压油，密封要求相对较低；

3、无需安装三用阀座，支柱结构简单，活塞柱外表面、缸体内表面加工精度相对传统支柱要求较低，装配相对容易，无需焊接工艺，结构强度可靠；

4、通过磁流变液在磁场作用下的成链效应，利用其高屈服应力完成支撑工作，提供支柱所需要的支撑力，性能稳定可靠；

5、安装有压力传感器，能够实时检测出支撑压力的变化，及时反馈给励磁线圈，自主调节励磁电流的强度，可以有效应对复杂工况强狂下的载荷突然性变化，有效降低动态载荷的影响。

附图说明

图1是本发明结构整体示意图；

图2是本发明初始工作状态示意图；

图3是本发明最大支撑状态示意图。

图中：1、底座，2、定位块，3、液压缸体，4、磁流变缸体，5、线圈，6、端盖，7、压力传感器，8、支撑块，9、圆柱销，10、密封圈Ⅰ,11、隔磁环，12、活塞柱，13、磁流变液注入口，14、磁流变液，15、密封圈Ⅱ，16、连接钢丝， 17、导向环，18、复位弹簧，19、密封圈Ⅲ，20、液压油入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种自调节磁流变液单体支柱，

它包括液压定位系统和磁流变液支撑系统；

所述的液压定位系统包括底座1、定位块2、液压缸体3、活塞柱12、导向环17、复位弹簧18、密封圈Ⅲ19以及底部液压油入口20；所述的底座1与液压缸底3过盈配合安装，活塞柱12通过导向环17进行安装和移动、并通过定位块2进行最低位置的定位、同时通过密封圈Ⅲ19形成密封，复位弹簧18上下两端分别和液压缸体3和活塞柱12相连，所述的压缸体3、密封圈Ⅲ19和活塞柱12形成的液压密闭空间；液压油通过液压油入口20进入液压密闭空间推动活塞柱12完成定位工作。

所述的磁流变液支撑系统包括磁流变缸体4、线圈5、端盖6、压力传感器7、支撑块8、圆柱销9、密封圈Ⅰ10、隔磁环11、活塞柱12、上部磁流变液注入口13、磁流变液14、密封圈Ⅱ15和连接钢丝16；所述的磁流变缸体4通过两侧的连接钢丝16安装在液压缸体3上，并通过液压缸体3的上端进行定位，隔磁环11与磁流变缸体4间隙配合；线圈5与磁流变缸体4之间间隙配合安装，端盖6安装在磁流变缸体4上部，通过隔磁线圈5进行定位；密封圈Ⅱ15和密封圈Ⅰ10分别安装在磁流变缸体4和端盖6上，不随活塞柱12移动，磁流变液14充满线圈Ⅱ15、活塞柱12、密封圈Ⅰ10、磁流变缸体4形成的磁流变液密闭空间内；支撑块8通过圆柱销9安装在活塞柱12顶部，支撑块8与活塞柱12之间还装有压力传感器7，压力传感器7可将支撑载荷实时反馈到励磁系统，载荷发生突变时，能够自动调节励磁电流的大小，改变支撑力适应载荷，更加保险可靠。。

所述的液压油入口20与双向阀相连，其所需的压力较小就可完成液压油的进出工作。

所述的磁流变液密闭空间其容积不随活塞柱12的移动而改变，定位之前磁流变液14在没有磁场的作用下可随意流动；定位后磁场作用下磁流变液14固话，停止流动，处于支撑状态。

进一步，所述的活塞柱12为高磁导率材料，能够提高导磁性能。

所述的隔磁环11和端盖6均采用非导磁材料，减少磁阻、磁漏，提高磁场利用率。

如图2和图3所示，处于初始状态，活塞柱12通过定位块2定位在最低点，此时磁流变液14处于离散状态充满密封圈Ⅰ10和密封圈Ⅱ15所形成的磁流变液密闭空间内；

如图2内所示，复位弹簧18处于自然状态；通过液压油入口20向液压缸体3内注入液压油，活塞柱12缓慢上升，其上升最大行程如图所标示H；随着活塞柱12的上升，支撑块8与支撑面接触，完成定位工作；

线圈5通电流，磁流变液在磁场作用下，迅速成链；如图3所示，具有很高的屈服应力，阻碍活塞柱12移动，起到支撑的作用。此时复位弹簧18处于拉伸状态，液压支撑系统停止工作，压力传感器7将支撑力的变化情况及时反馈给电路，电路根据实时反馈调整励磁线圈5的电流大小调整支柱的支撑力。

完成支撑工作后，调低励磁线圈5电流，活塞柱12在复位弹簧18的拉力作用下，缓慢下降，液压油通过液压油入口20回到液压油箱。

综上所述，本发明由两个独立的密封腔组成：下半部分是液压定位系统，通过液压系统供油实现单体支柱的工作行程，实现支撑位置的确定；上半部分为磁流变液支撑系统，通过磁流变液14的链化实现支撑功能，并且通过压力传感器7实时读出支承载荷的变化，自主调节励磁线圈5的电流改变支撑强度。

Claims (5)

1.一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，

它包括液压定位系统和磁流变液支撑系统；

所述的液压定位系统包括底座（1）、定位块（2）、液压缸体（3）、活塞柱（12）、导向环（17）、复位弹簧（18）、密封圈Ⅲ（19）以及底部液压油入口（20）；所述的底座（1）与液压缸底（3）过盈配合安装，活塞柱（12）通过导向环（17）进行安装和移动、并通过定位块（2）进行最低位置的定位、同时通过密封圈Ⅲ（19）形成密封，复位弹簧（18）上下两端分别和液压缸体（3）和活塞柱（12）相连，所述的压缸体（3）、密封圈Ⅲ（19）和活塞柱（12）形成的液压密闭空间；

所述的磁流变液支撑系统包括磁流变缸体（4）、线圈（5）、端盖（6）、压力传感器（7）、支撑块（8）、圆柱销（9）、密封圈Ⅰ（10）、隔磁环（11）、活塞柱（12）、上部磁流变液注入口（13）、磁流变液（14）、密封圈Ⅱ（15）和连接钢丝（16）；所述的磁流变缸体（4）通过两侧的连接钢丝（16）安装在液压缸体（3）上，并通过液压缸体（3）的上端进行定位，隔磁环（11）与磁流变缸体（4）间隙配合；线圈（5）与磁流变缸体（4）之间间隙配合安装，端盖（6）安装在磁流变缸体（4）上部，通过隔磁线圈（5）进行定位；密封圈Ⅱ（15）和密封圈Ⅰ（10）分别安装在磁流变缸体（4）和端盖（6）上，不随活塞柱（12）移动，磁流变液（14）充满线圈Ⅱ（15）、活塞柱（12）、密封圈Ⅰ（10）、磁流变缸体（4）形成的磁流变液密闭空间内；支撑块（8）通过圆柱销（9）安装在活塞柱（12）顶部，支撑块（8）与活塞柱（12）之间还装有压力传感器（7）。

2.根据权利要求1所述的一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，所述的液压油入口（20）与双向阀相连，完成液压油的进出工作。

3.根据权利要求1或2所述的一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，所述的磁流变液密闭空间其容积不随活塞柱（12）的移动而改变。

4.根据权利要求1或2所述的一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，所述的活塞柱（12）为高磁导率材料。

5.根据权利要求1所述的一种自调节磁流变液单体支柱，其特征在于，所述的隔磁环（11）和端盖（6）均采用非导磁材料。