CN104847735B - 基于多场耦合的抗冲击液压缸及其抗冲击方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多场耦合的抗冲击液压缸，包括活塞杆、缸筒、抗冲击装置；抗冲击装置包括具有空腔的橡胶，橡胶与其内部的钢丝绳弹簧硫化为一体，形成橡胶钢丝绳弹性体；橡胶钢丝绳弹性体底部采用密封结构，并固定在缸筒内部；密封结构使橡胶钢丝绳弹性体内部具有密闭的气室。本发明解决了强冲击载荷持续时间短，现有控制阀或控制技术的响应时间难以满足使用需求这一本领域长期存在的技术难题；结构简单，实施方便，成本低廉，小投入，大回报；抗冲击效果好，提高了采矿作业液压支架等安全设备对围岩载荷的适应性，减小了受强冲击激励的掘进装备的振动水平，保障装备的安全工作；抗冲击装置可作为独立的部件投入市场，具有广泛推广的市场前景。

Description

基于多场耦合的抗冲击液压缸及其抗冲击方法
技术领域
本发明涉及一种抗冲击液压缸，具体来说，是一种基于多场耦合的抗冲击液压缸，属于液压缸技术领域。
背景技术
自动化采煤综采面广泛使用的液压支架，在上覆围岩老顶周期性断裂时，受到强烈的冲击。根据矿区地质条件，每8～40米老顶断裂一次，液压支架承受一次强烈冲击。如果液压支架中的立柱(液压缸)不能有效抵抗该冲击载荷，将导致支护失效，严重时危及工作面的设备和人员安全。现有的全断面硬岩掘进机掘进时，刀片遭遇岩石或岩石被割断时，推进液压缸需要承受较大的冲击载荷。如果不对冲击载荷进行有效隔离，冲击载荷将被传递到与其连接的设备和构件上，导致设备对抗冲击性能的要求很高，不但增加设备成本，也难以保证设备的稳定性和安全性。解决这一技术问题的难点在于，类似上述大型设备中的液压缸工作压力高，流量大，强冲击载荷持续时间短，现有控制阀或控制技术的响应时间、控制功率难以满足使用需求。
现有技术中也有采用安装在油缸外部的胶囊式蓄能器来降低油缸工作时的瞬间冲击力，但该种方法油路复杂，不适合需要油缸频繁动作，且希望油缸动作时间快的液压系统，例如：先进的自动化综采工作面液压支架降架、移架、升架一次的循环时间为9秒，其中的立柱液压缸动作时间更短。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够抵抗强冲击载荷的液压缸，提高液压支架、全断面硬岩掘进机等装备的适应性和稳定性，使长期承受强冲击环境的装备安全、高效地工作。
本发明采取以下技术方案：
一种基于多场耦合的抗冲击液压缸，包括活塞杆1、缸筒2、抗冲击装置3；所述抗冲击装置3包括具有空腔的橡胶，橡胶与其内部的钢丝绳弹簧硫化为一体，形成橡胶钢丝绳弹性体；所述橡胶钢丝绳弹性体底部采用密封结构，并固定在缸筒2内部；密封结构使橡胶钢丝绳弹性体内部具有密闭的气室。
进一步的，所述密封结构包括连接件、密封圈、基座，所述密封圈设置在连接件和基座之间，基座固定在缸筒2内的底面上。
进一步的，所述钢丝绳弹簧是螺旋弹簧或塔式弹簧，但不局限于这两种结构。
一种上述的基于多场耦合的抗冲击液压缸的抗冲击方法：
液压缸内充满具有一定压力的液压介质，液压缸正常工作时，橡胶钢丝绳弹性体、气室内的气体具有一定预压缩，当活塞杆1上受到外部冲击时，活塞杆1向下运动，液压缸内压力升高，抗冲击装置沿活塞杆运动方向进一步被压缩，产生变形，钢丝绳股线间、钢丝绳与橡胶间的内摩擦消耗部分冲击能量；
同时气室内的气体被进一步压缩，橡胶钢丝绳弹性体和气体储存冲击能量；
冲击载荷消失后，橡胶钢丝绳弹性体和气室释放储存的弹性能，橡胶钢丝绳弹性体在恢复变形时消耗部分能量；
橡胶钢丝绳弹性体和气体的可压缩性均大于液压油液，该抗冲击装置3除能够消耗一定的冲击能量外，还能将短时间的高峰值冲击载荷转化为较长时间的低峰值冲击载荷，起到抗冲击作用。
本发明的有益效果在于：
1)解决了强冲击载荷持续时间短，现有控制阀或控制技术的响应时间难以满足使用需求，这一本领域长期存在的技术难题。
2)结构简单，实施方便，成本低廉，小投入，大回报。
3)抗冲击效果好，提高了液压支架、全断面硬岩掘进机等装备的适应性和稳定性，使长期承受强冲击环境的装备安全、高效地工作。
4)抗冲击装置可作为独立的部件投入市场，具有广泛推广应用的市场前景。
附图说明
图1是圆柱状的钢丝绳弹簧的结构示意图。
图2是圆台形的钢丝绳弹簧的结构示意图。
图3是抗冲击装置的剖面结构图。
图4是本发明基于多场耦合的抗冲击液压缸的剖视结构图。
图中，1.活塞杆，2.缸筒，3.抗冲击装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-图2，钢丝绳弹簧可以具有多种结构形式，图1和图2是举例的两种形式，分别呈圆柱形的螺旋弹簧和圆台形的塔式弹簧。
参见图3-图4，一种基于多场耦合的抗冲击液压缸，包括活塞杆1、缸筒2、抗冲击装置3；所述抗冲击装置3包括具有空腔的橡胶，橡胶与其内部的钢丝绳弹簧302硫化为一体，形成橡胶钢丝绳弹性体；所述橡胶钢丝绳弹性体底部采用密封结构，并固定在缸筒2内部；密封结构使橡胶钢丝绳弹性体内部具有密闭的气室。
参见图3-图4，所述密封结构包括连接件、密封圈、基座，所述密封圈设置在连接件和基座之间，基座固定在缸筒2内的底面上。
液压缸内充满具有一定压力的液压介质，液压缸正常工作时，橡胶钢丝绳弹性体、气室内的气体具有一定预压缩，当活塞杆1上受到外部冲击时，活塞杆1向下运动，液压缸内压力升高，抗冲击装置沿活塞杆运动方向进一步被压缩，产生变形，钢丝绳股线间、钢丝绳与橡胶间的内摩擦消耗部分冲击能量；同时气室内的气体被进一步压缩，橡胶钢丝绳弹性体和气体储存冲击能量；冲击载荷消失后，橡胶钢丝绳弹性体和气室释放储存的弹性能，橡胶钢丝绳弹性体在恢复变形时消耗部分能量；橡胶钢丝绳弹性体和气体的可压缩性均大于液压油液，该抗冲击装置3将短时间的高峰值冲击载荷转化为较长时间的低峰值冲击载荷，起到抗冲击作用。
以上是本发明实施方式的举例说明，本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (2)

1.一种基于多场耦合的抗冲击液压缸，其特征在于：
包括活塞杆(1)、缸筒(2)、抗冲击装置(3)；
所述抗冲击装置(3)包括具有空腔的橡胶，橡胶与其内部的钢丝绳弹簧硫化为一体，形成橡胶钢丝绳弹性体；
所述橡胶钢丝绳弹性体底部采用密封结构，并固定在缸筒(2)内部；密封结构使橡胶钢丝绳弹性体内部具有密闭的气室；
所述密封结构包括连接件密封圈、基座，所述密封圈设置在连接件和基座之间，基座固定在缸筒(2)内的底面上；
所述钢丝绳弹簧是螺旋弹簧或塔式弹簧；
所述基于多场耦合的抗冲击液压缸是自动化采煤综采面液压支架的立柱式液压缸。
2.一种权利要求1所述的基于多场耦合的抗冲击液压缸的抗冲击方法，其特征在于：
液压缸内充满具有一定压力的液压介质，液压缸正常工作时，橡胶钢丝绳弹性体、气室内的气体具有一定预压缩，当活塞杆(1)上受到外部冲击时，活塞杆(1)向下运动，液压缸内压力升高，抗冲击装置沿活塞杆运动方向进一步被压缩，产生变形，钢丝绳股线间、钢丝绳与橡胶间的内摩擦消耗部分冲击能量；
同时气室内的气体被进一步压缩，橡胶钢丝绳弹性体和气体储存冲击能量；
冲击载荷消失后，橡胶钢丝绳弹性体和气室释放储存的弹性能，橡胶钢丝绳弹性体在恢复变形时消耗部分能量；
橡胶钢丝绳弹性体和气体的可压缩性均大于液压油液，该抗冲击装置(3)将短时间的高峰值冲击载荷转化为较长时间的低峰值冲击载荷，起到抗冲击作用。
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