CN105840218A - 一种抗冲击双伸缩立柱及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗冲击双伸缩立柱及其应用，包括由外向内依次嵌套的一级缸、隔离缸、活动缸和活动中杆，在一级缸的顶部设有连通一级缸上腔的出液口，在活动缸的顶部设有连通活动缸下腔的回液口，在活动中杆上开设有连通一级缸下腔和活动缸上腔的通油腔，通油腔的底部设有开关通油腔的行程单向阀。本发明使用活动中杆代替传统的二级缸，提升了立柱的抗冲击性能，同时在一级缸上增加安全口和防胀口、在活动缸上增加控制口，以此来调节隔离缸和活动缸在伸缩过程中的运行状态，能够实现快速升、降柱，并能提供高主动初撑力，同时能够避免双伸缩立柱在运行过程中出现的胀缸现象，大大提高了双伸缩立柱运行过程中的安全性。

Description

一种抗冲击双伸缩立柱及其应用

技术领域

本发明涉及一种抗冲击双伸缩立柱及其应用，尤其涉及一种井下开采液压支架用双伸缩立柱，属于液压支护技术领域。

背景技术

液压支架作为综采工作面最重要的支护设备，担负着平衡顶板压力、支护工作面、隔离采空区、维护采场安全作业空间的任务。随着近年来工作面高效综采技术的不断发展，综采一次采全高开采方法因其高资源回收率、高煤质、高效率逐渐成为厚煤层开采的主流方向，促使液压支架逐渐向高支护高度、高工作阻力方向发展。双伸缩液压缸(立柱)因其行程长、伸缩比大被广泛应用于液压支架(可以提高液压支架的适应性)。双伸缩液压缸(立柱)作为液压支架的主要承压部件，其性能对液压支架的性能(高主动初撑力、抗冲击性能)具有极其重要的影响。

目前国内液压支架最高支护高度已达8.8米(ZY26000/40/88D，立柱缸径600mm)，液压支架缸径的增大导致综采工作面顶板来压时液压缸瞬时乳化液排出量呈指数上涨而中缸由于承压面积小，相同工作阻力下立柱中缸压力远大于立柱一级缸压力(以掩护式大采高液压支架ZY21000/38/82为例，当一级缸压力为40MPa工作压力时，中缸压力已达74MPa以上)，当与液压支架相连的大流量安全阀不能及时泄流时(现有液压支架立柱用大流量安全阀最大流量为1000L/min,难以满足冲击载荷来临时立柱一级缸的瞬间泄流量)，极易出现因降柱不及时造成的立柱中缸胀缸、鼓爆情况，存在极大的安全隐患。

行业领域周知，液压支架主动初撑力对支架-围岩系统平衡具有极其重要的影响，高支架主动初撑力可以改善支架管理顶板能力、提高支架支护效果、降低支架从主动初撑到恒阻阶段的降柱量，减小移架前后顶板沉降量。而综采工作面由于工业管路冗长，泵站供液压力损失大，以泵站压力31.5MPa为例，乳化液经供液管道到达用液支架时，压力一般已降至28MPa,考虑到行程单向阀的开启压力及节流压力损失，实际到达中缸压力可降至22MPa，严重降低了支架的主动初撑力。现有提高液压支架初撑力的方式往往为提高乳化液泵站供液压力、增加初撑力保持系统、增加立柱增压回路等，乳化液泵站受密封、驱动电机安装尺寸等因素制约，现有供液压力最高达43MPa(成本相当高昂)；增加初撑增压装置提高了工作面供液系统的冗余度，使得供液系统更为复杂。

液压支架的关键性能之一即为液压支架的工作循环周期(升柱、降柱、主动初撑、被动初撑、衡阻、降柱)，快速升降柱能力可以缩短液压支架的循环周期，提高液压支架的自移速度、自动跟机速度，从而提高综采工作面的开采效率，现有增加立柱升、降柱速度往往通过增加立柱进、回液口直径的方式实现，但该方式受泵站压力及管路布置影响，具有较大局限性。

综上，现有液压支架用双伸缩立柱如何在不增加综采工作面供液回路冗余的条件下实现液压支架的高主动初撑力、快速升降柱能力，以及提高顶板来压时立柱的抗冲击性能，从而提高液压支架管理顶板的能力，成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型结构形式的抗冲击双伸缩立柱，可以实现快速升降柱、同等供液条件下初撑力更高、抗冲击性能更强的高性能液压缸。

本发明还提供上述一种抗冲击双伸缩立柱的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种抗冲击双伸缩立柱，包括由外向内依次嵌套的一级缸、隔离缸、活动缸和活动中杆，活动中杆的顶端设有上活塞、底端设有下活塞，隔离缸的底端与下活塞固定连接，上活塞位于活动缸内，下活塞将一级缸内腔分隔为一级缸上腔和一级缸下腔，上活塞将活动缸内腔分隔为活动缸上腔和活动缸下腔，在一级缸的底部设有连通一级缸下腔的进液口和安全口，在一级缸的顶部设有连通一级缸上腔的出液口，在活动缸的顶部设有连通活动缸下腔的回液口，在活动中杆上开设有连通一级缸下腔和活动缸上腔的通油腔，通油腔的底部设有开关通油腔的行程单向阀。

优选的，所述活动缸的缸筒上开设有通气口，通气口连通隔离缸内腔。

优选的，所述活动缸的顶端设有活动缸缸头、底端设有活动缸活塞，活动缸活塞上开设有出气口，活动中杆贯穿活动缸活塞，出气口与通气口相连通。此设计的好处在于，隔离缸内腔的气体可以通过出气口、通气口向外界吸进或排出。

优选的，在一级缸的顶部还设有连通一级缸上腔的防胀口。此设计的优势在于，该双伸缩立柱在被应用到液压支架上时，液压支架动作升柱、降柱时一级缸活塞杆腔(一级缸上腔)可能存在憋卡以及立柱动作时的压力突变，在一级缸上腔增设防胀口，与溢流阀配合可实现一级缸活塞杆腔的防胀目的。

优选的，在活动缸的顶部设有连通活动缸上腔的控制口。此设计的好处在于，通过控制口连接电液控四位二通阀，可实现双伸缩立柱的快进快回、高初撑力及过载泄压的目的。

优选的，下活塞与一级缸内壁的接触处设置有密封圈和三个双级导向环。

优选的，活动缸活塞与活动中杆之间设置有活动缸导向套，活动缸导向套上设置有密封圈、防尘圈和导向环。此设计的优势在于，活动缸活塞贯穿于活动中杆，活动缸在上移或下降的过程中，活动缸活塞内孔上的活动缸导向套可以提高与活动中杆之间的密封性，同时减小活动缸活塞在移动过程中的摩擦力。

优选的，上活塞与活动缸的内壁之间设置有密封圈和双级导向环。

优选的，一级缸的顶部与隔离缸之间设置有一级缸导向套，一级缸导向套上设置有密封圈和导向环。此设计的好处在于，一级缸导向套一方面可以提高密封性，防止漏油，另一方面可减少隔离缸运行时的摩擦阻力。

一种含抗冲击双伸缩立柱的液压系统，包括上述抗冲击双伸缩立柱、第一球形截止阀、第二球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、一级缸安全阀、防胀缸安全阀、四位二通电液换向阀和活动缸安全阀；进液口依次连接液控单向阀、三位四通电液换向阀、第一球形截止阀和进液管，出液口及活动缸回液口依次连接三位四通电液换向阀、第二球形截止阀和出液管，安全口连接一级缸安全阀，防胀口连接防胀安全阀，控制口连接四位二通电液换向阀，四位二通电液换向阀还连接进液管、出液管和活动缸安全阀。

一种含抗冲击双伸缩立柱的液压系统的使用方法，包括以下步骤，

(一)升柱、降柱过程：

慢速升柱：打开三位四通电液换向阀右位、四位二通电液换向阀左1位及第一球形截止阀，乳化液从进液管依次通过第一球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、进液口进入一级缸下腔，此时行程单向阀未打开，随着乳化液压力的上升，隔离缸向外伸出，当下活塞触碰到一级缸导向套时，隔离缸达到额定行程，随着乳化液压力的继续上升，乳化液顶开行程单向阀，乳化液通过活动中杆的通油腔进入到活动缸上腔，随着乳化液的压力继续增大，向外顶升活动缸，完成活动缸二级升柱过程；

快速升柱：打开三位四通电液换向阀右位、四位二通电液换向阀右1位及第一球形截止阀，乳化液从进液管依次通过第一球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、进液口进入一级缸下腔，同时乳化液由电液控四位二通换向阀经控制口进入活动缸上腔，随着乳化液压力的上升，隔离缸和活动缸同时向外伸出，当下活塞触碰到一级缸导向套、活动缸导向套触碰到上活塞时，立柱完成快速升柱过程；

慢速降柱：打开三位四通换向阀左位，四位二通换向阀左1位、第一球形截止阀及第二球形截止阀，乳化液经第一球形截止阀、三位四通换向阀进入一级缸上腔、活动缸下腔，由于行程单向阀的限制，隔离缸先降柱，当隔离缸达到额定行程后，行程单向阀触碰一级缸缸底打开，活动缸上腔内的乳化液经由通油腔、进液口、液控单向阀排出回流到乳化液箱，完成活动缸二级降柱过程；

快速降柱：打开三位四通换向阀左位，四位二通换向阀右2位、第一球形截止阀及第二球形截止阀，乳化液经第一球形截止阀、三位四通换向阀进入一级缸上腔、活动缸下腔，活动缸和隔离缸同时下降，一级缸下腔内的乳化液经进液口、液控单向阀、三位四通换向阀流回乳化液箱，活动缸上腔内的乳化液经控制口及四位二通换向阀流回乳化液箱，完成快速降柱过程。

本发明的有益效果在于：

本发明抗冲击双伸缩立柱改变了传统双伸缩立柱的结构形式，使用全新设计的活动中杆代替传统二级缸，提高了立柱整体的抗冲击性能，同时在一级缸缸壁上增加安全口和防胀口，还增设了隔离缸来实现油路隔断及封闭，防止外界空气进入缸体内部，在活动缸上增加控制口及配套四位二通换向阀，以此来实现一级缸和活动缸在伸缩过程中的运行状态，能够实现快速升、降柱，并能提供高主动初撑力，同时能够避免双伸缩立柱在运行过程中出现的胀缸现象，大大提高了双伸缩立柱运行过程中的安全性。相比传统的双伸缩立柱效率高、安全性高，具有良好的作用和效果，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明抗冲击双伸缩立柱的剖视图；

图2为图1中I部分的放大图；

图3为图1中II部分的放大图；

图4为图1中III部分的放大图；

图5为本发明抗冲击双伸缩立柱的液压原理图(隔离缸伸出前)；

图6为本发明抗冲击双伸缩立柱的液压原理图(隔离缸伸出后)；

图7为本发明抗冲击双伸缩立柱的液压原理图(活动缸伸出后)；

图8为隔离缸与活动中杆的连接关系示意图；

图9为活动缸的结构示意图；

图10为活动缸活塞的结构示意图；

其中：1、一级缸缸底；2、一级缸进油口；3、双级导向环；4、杆底；5、防尘圈；6、导向环；7、活动缸导向套；8、一级缸缸筒；9、活动缸缸筒；10、活动中杆；11、双级导向环；12、密封圈；13、密封圈；14、一级缸导向套；15、缸口密封台阶；16、油道；17密封圈；18、进液管；19、出液管；20、第二球形截止阀；21、第一球形截止阀；22、三位四通换向阀；23、液控单向阀；24、一级缸；25、行程单向阀；26、下活塞；27、一级缸安全阀；28、活动缸；29、防胀安全阀；30、活动缸安全阀；31、四位二通换向阀；32、控制口；33、回液口；34、出液口；35、进液口；36、安全口；37、通油腔；38、防胀口；39、隔离缸；40、上活塞；41、出气口；42、通气口；43、活动缸缸头；44、活动缸活塞。

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4所示，本实施例提供一种抗冲击双伸缩立柱，包括由外向内依次嵌套的一级缸24、隔离缸39、活动缸28和活动中杆10，活动中杆10的顶端设有上活塞40、底端设有下活塞26，隔离缸39的底端与下活塞26焊接在一起，上活塞40位于活动缸28内，下活塞26将一级缸内腔分隔为一级缸上腔和一级缸下腔，上活塞40将活动缸内腔分隔为活动缸上腔和活动缸下腔，在一级缸24的底部设有连通一级缸下腔的进液口35和安全口36，在一级缸的顶部设有连通一级缸上腔的出液口34，在活动缸的顶部设有连通活动缸下腔的回液口33，在活动中杆上开设有连通一级缸下腔和活动缸上腔的通油腔37，通油腔的底部设有开关通油腔的行程单向阀25。

活动缸的顶端设有活动缸缸头43、底端设有活动缸活塞44，活动缸缸头43与活动缸缸筒9焊接在一起，活动缸活塞44与活动缸的底端螺纹连接，活动缸缸筒9上开设有通气口42，活动缸活塞44上开设有出气口41，活动中杆10贯穿活动缸活塞44，出气口41与通气口42相连通。隔离缸内腔的气体可以通过出气口、通气口向外界吸进或排出，通气口设置有过滤器，防止外界杂质进入。

在一级缸24的顶部还设有连通一级缸上腔的防胀口38。该双伸缩立柱在被应用到液压支架上时，液压支架动作升柱、降柱时一级缸活塞杆腔可能存在的憋卡以及立柱动作时候的压力突变，在立柱一级缸上腔新增设了防胀口，与溢流阀配合可实现一级缸活塞杆腔的防胀目的。

在活动缸28的顶部设有连通活动缸上腔的控制口32。通过控制口连接电液控四位二通阀，可实现双伸缩立柱的快进快回、高初撑力及过载泄压的目的。

下活塞26与一级缸内壁的接触处设置有密封圈17和三个双级导向环3，其中有两个双级导向环设置在密封圈17下方油液压力大的地方，一个双级导向环设置在密封圈17的上方，如图2所示。

活动缸活塞44与活动中杆10之间设置有倒置式活动缸导向套7，活动缸导向套7上设置有密封圈13、防尘圈5和导向环6，如图3所示。

上活塞40与活动缸28的内壁之间设置有密封圈12和双级导向环11，高压侧装双导向环，低压侧装单导向环，如图4中所示。

一级缸24的顶部与隔离缸39之间设置有一级缸导向套14，一级缸导向套14上设置有密封圈和导向环，如图4中所示。

本实施例的技术方案与传统的双伸缩立柱相比，使用活动中杆代替传统的二级缸，其抗冲击性能明显优于传统的双伸缩立柱，在应用到井下液压支架时具有更好的抗冲击效果。同时在活动缸上开设了控制口、在一级缸上开设了防胀口，一方面可以实现立柱的快速升降柱，另一方面可有效避免立柱在工作过程中出现的胀缸问题，大大提高了立柱的安全性。

实施例2：

如图5所示，一种含抗冲击双伸缩立柱的液压系统，包括如实施例1所述的抗冲击双伸缩立柱、第一球形截止阀21、第二球形截止阀20、三位四通电液换向阀22、液控单向阀23、一级缸安全阀27、防胀安全阀29、四位二通电液换向阀31和活动缸安全阀30；进液口35依次连接液控单向阀23、三位四通电液换向阀22、第一球形截止阀21和进液管18，出液口34及活动缸回液口33依次连接三位四通电液换向阀22、第二球形截止阀20和出液管19，安全口36连接一级缸安全阀27，防胀口38连接防胀安全阀29，控制口32连接四位二通电液换向阀31，四位二通电液换向阀31还连接进液管18和活动缸安全阀30。

实施例3：

一种实施例2所述的含抗冲击双伸缩立柱的液压系统的使用方法，过程如下，

(一)升柱、降柱过程：

慢速升柱：打开三位四通电液换向阀22右位、四位二通电液换向阀31左1位及进液管18上的第一球形截止阀21，乳化液从进液管18依次通过第一球形截止阀21、三位四通电液换向阀22、液控单向阀23、进液口35进入一级缸下腔，此时行程单向阀25未打开，随着乳化液压力的上升，活动中杆10向外伸出，当下活塞26触碰到一级缸导向套14时，活动中杆10达到额定行程，随着乳化液压力的继续上升，乳化液顶开行程单向阀25，乳化液通过活动中杆10的通油腔37进入到活动缸上腔，随着乳化液的压力继续增大，向外顶升活动缸28，活动缸28逐渐从隔离缸39内伸出，完成活动缸28二级升柱过程；

快速升柱：打开三位四通电液换向阀22右位、四位二通电液换向阀31右1位及进液管18上的第一球形截止阀21，乳化液从进液管18依次通过第一球形截止阀21、三位四通电液换向阀22、液控单向阀23、进液口35进入一级缸下腔，同时乳化液由电液控四位二通换向阀31经控制口32进入活动缸上腔，随着乳化液压力的上升，活动中杆10和活动缸28同时向外伸出，当下活塞26触碰到一级缸导向套14、活动缸导向套触碰到上活塞时，立柱完成快速升柱过程；

慢速降柱：打开三位四通换向阀22左位、四位二通换向阀31左1位、第一球形截止阀21及第二球形截止阀20，乳化液经第一球形截止阀21、三位四通换向阀22进入一级缸上腔、活动缸下腔，由于行程单向阀25的限制，当且仅当隔离缸39降柱后，活动缸上腔内的乳化液才能由活动中杆的通油腔37流出，因此隔离缸39先降柱，隔离缸39达到额定行程后，行程单向阀25触碰一级缸缸底1时打开，活动缸上腔内的乳化液经由活动中杆的通油腔37、进液口35、液控单向阀23、三位四通换向阀22、第二球形截止阀20排出回流到乳化液箱，完成二级降柱过程；

快速降柱：打开三位四通换向阀22左位，四位二通换向阀右2位、第一球形截止阀21及第二球形截止阀20，乳化液经第一球形截止阀21、三位四通换向阀22后一路进入一级缸上腔、另一路进入活动缸下腔，由于四位二通换向阀处于右2位，此时控制口连通，活动缸28和隔离缸39同时下降，一级缸下腔内的乳化液经进液口35、液控单向阀23、三位四通换向阀22、第二球形截止阀20流回乳化液箱，活动缸上腔内的乳化液经控制口32及四位二通换向阀31流回乳化液箱，完成快速降柱过程。

Claims (10)

1.一种抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，包括由外向内依次嵌套的一级缸、隔离缸、活动缸和活动中杆，活动中杆的顶端设有上活塞、底端设有下活塞，隔离缸的底端与下活塞固定连接，上活塞位于活动缸内，下活塞将一级缸内腔分隔为一级缸上腔和一级缸下腔，上活塞将活动缸内腔分隔为活动缸上腔和活动缸下腔，在一级缸的底部设有连通一级缸下腔的进液口和安全口，在一级缸的顶部设有连通一级缸上腔的出液口，在活动缸的顶部设有连通活动缸下腔的回液口，在活动中杆上开设有连通一级缸下腔和活动缸上腔的通油腔，通油腔的底部设有开关通油腔的行程单向阀。

2.如权利要求1所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，所述活动缸的缸筒上开设有通气口，通气口连通隔离缸内腔。

3.如权利要求2所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，所述活动缸的顶端设有活动缸缸头、底端设有活动缸活塞，活动缸活塞上开设有出气口，活动中杆贯穿活动缸活塞，出气口与通气口相连通。

4.如权利要求1所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，在一级缸的顶部还设有连通一级缸上腔的防胀口。

5.如权利要求1所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，在活动缸的顶部设有连通活动缸上腔的控制口。

6.如权利要求1所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，下活塞与一级缸内壁的接触处设置有密封圈和三个双级导向环。

7.如权利要求3所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，活动缸活塞与活动中杆之间设置有活动缸导向套，活动缸导向套上设置有密封圈、防尘圈和导向环。

8.如权利要求1所述的抗冲击双伸缩立柱，其特征在于，上活塞与活动缸的内壁之间设置有密封圈和双级导向环；

一级缸的顶部与隔离缸之间设置有一级缸导向套，一级缸导向套上设置有密封圈和导向环。

9.一种含抗冲击双伸缩立柱的液压系统，包括权利要求1-8任一项所述的抗冲击双伸缩立柱、第一球形截止阀、第二球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、一级缸安全阀、防胀缸安全阀、四位二通电液换向阀和活动缸安全阀；进液口依次连接液控单向阀、三位四通电液换向阀、第一球形截止阀和进液管，出液口及活动缸回液口依次连接三位四通电液换向阀、第二球形截止阀和出液管，安全口连接一级缸安全阀，防胀口连接防胀安全阀，控制口连接四位二通电液换向阀，四位二通电液换向阀还连接进液管、出液管和活动缸安全阀。

10.一种如权利要求9所述的含抗冲击双伸缩立柱的液压系统的使用方法，包括以下步骤，

(一)升柱、降柱过程：

慢速升柱：打开三位四通电液换向阀右位、四位二通电液换向阀左1位及第一球形截止阀，乳化液从进液管依次通过第一球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、进液口进入一级缸下腔，此时行程单向阀未打开，随着乳化液压力的上升，隔离缸向外伸出，当下活塞触碰到一级缸导向套时，隔离缸达到额定行程，随着乳化液压力的继续上升，乳化液顶开行程单向阀，乳化液通过活动中杆的通油腔进入到活动缸上腔，随着乳化液的压力继续增大，向外顶升活动缸，完成活动缸二级升柱过程；

快速升柱：打开三位四通电液换向阀右位、四位二通电液换向阀右1位及第一球形截止阀，乳化液从进液管依次通过第一球形截止阀、三位四通电液换向阀、液控单向阀、进液口进入一级缸下腔，同时乳化液由电液控四位二通换向阀经控制口进入活动缸上腔，随着乳化液压力的上升，隔离缸和活动缸同时向外伸出，当下活塞触碰到一级缸导向套、活动缸导向套触碰到上活塞时，立柱完成快速升柱过程；

慢速降柱：打开三位四通换向阀左位，四位二通换向阀左1位、第一球形截止阀及第二球形截止阀，乳化液经第一球形截止阀、三位四通换向阀进入一级缸上腔、活动缸下腔，由于行程单向阀的限制，隔离缸先降柱，当隔离缸达到额定行程后，行程单向阀触碰一级缸缸底打开，活动缸上腔内的乳化液经由通油腔、进液口、液控单向阀排出回流到乳化液箱，完成活动缸二级降柱过程；

快速降柱：打开三位四通换向阀左位，四位二通换向阀右2位、第一球形截止阀及第二球形截止阀，乳化液经第一球形截止阀、三位四通换向阀进入一级缸上腔、活动缸下腔，活动缸和隔离缸同时下降，一级缸下腔内的乳化液经进液口、液控单向阀、三位四通换向阀流回乳化液箱，活动缸上腔内的乳化液经控制口及四位二通换向阀流回乳化液箱，完成快速降柱过程。