CN106894832A - 一种金属切削式吸能防冲液压立柱 - Google Patents
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Abstract
一种金属切削式吸能防冲液压立柱，活塞杆端部设有切削式吸能防冲机构部分，包括切削件、内/外切削吸能组件，切削件为圆柱筒形结构，内/外切削吸能组件包括内/外切刀、内/外切刀支撑筒、内/外支座、内/外导向盘及内/外连接螺栓组件；内/外切刀为环状结构，切削件下端内/外壁面上设有内/外环向起刀初撑阶梯台，切削件通过阶梯台卡撑于内/外切刀上；内/外切刀支撑筒顶端设有内/外切刀安装槽，内/外切刀固装在内/外切刀安装槽内；内/外支座位于内/外切刀支撑筒顶端，内/外导向盘位于内/外支座顶端，内/外导向盘与切削件内/外壁面直线滑动接触配合；内/外导向盘、内/外支座及内/外切刀支撑筒之间通过内/外连接螺栓组件固连。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全支护技术领域，特别是涉及一种金属切削式吸能防冲液压立柱。
背景技术
近年来，随着煤矿开采深度的不断增加，冲击地压的发生频率也在逐年升高，当冲击地压发生时，会瞬间释放巨大的能量，并造成重大的人员伤亡和财产损失，因此冲击地压灾害已成为煤矿重大灾害之一。
液压立柱，因其具有极强的支撑能力和自我调控载荷的功能，被广泛应用于当前的煤矿支护中，常见于综采液压支架、垛式支架以及自移式液压支架等重型支护设备中，也有部分单体液压立柱的使用。液压立柱结构形式简洁、操作方法简便，只需通过外部注液即可达到较高的初撑力，且当外载荷超过液压支柱设定的阈值时，安全阀则立即开启进行排液泄压，当载荷降至阈值以内时安全阀则自动关闭，以此方式实现自我调控载荷的功能。因此，液压立柱在复杂、恶劣的煤矿支护条件下具有了极强的适应能力，使其在煤矿支护中起到了重要作用。
尽管如此，液压立柱仍然存在一个致命缺陷。液压立柱由于安全阀开启时间及排液泄压速度都是一定的，而采矿过程中突发矿震、冲击地压或顶板断裂时，围岩对巷道或工作面内的支护体的冲击作用极其短暂，因此就出现了安全阀尚未开启，就已被巨大的冲击力瞬间损坏的情况，甚至爆缸、密封圈压碎、支柱失稳折弯等，进而引发整个支架或支护体系的支护失效。因此，为了弥补现有液压立柱抗冲击能力偏弱的缺陷，相关技术人员设计了多种具备吸能防冲能力的液压立柱，即在现有液压立柱的基础上增加了吸能防冲结构。
目前，吸能防冲结构主要分为两类，第一类是以填充吸能材料(泡沫铝、聚氨酯或橡胶)为主的吸能防冲结构，第二类是以薄壁预折波纹管为主的吸能防冲结构，两类吸能防冲结构都是以压缩破坏吸能部件来实现吸能防冲目的的，但两类吸能防冲结构在支反承载力方面仍存在着不足之处，其中泡沫铝、聚氨酯或橡胶等填充吸能材料的支反承载力偏弱，而薄壁预折波纹管的支反承载力波动偏大，因此两类吸能防冲结构并非理想意义上的吸能防冲结构。
为此，有必要研发一种全新的吸能防冲液压立柱，在已具备吸能防冲能力的前提下，还应具有较强的支反承载力，同时支反承载力的波动要小。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种金属切削式吸能防冲液压立柱，首次将切削式吸能原理引入液压立柱的设计中，扩展了吸能防冲液压立柱的种类，使液压立柱在具备了吸能防冲能力的前提下，还具有较强的支反承载力，同时支反承载力的波动更小。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种金属切削式吸能防冲液压立柱，包括缸体、活塞杆及安全阀，所述活塞杆安装在缸体内，安全阀位于缸体外部且与缸体内部相连通；在所述活塞杆的端部设置有切削式吸能防冲机构部分。
所述切削式吸能防冲机构部分包括切削件、内切削吸能组件和外切削吸能组件，所述切削件采用圆柱筒形结构，所述内切削吸能组件位于切削件内侧，所述外切削吸能组件位于切削件外侧。
在所述切削件顶端安装有顶部连接球头，在所述缸体底端安装有底部连接球头。
所述内切削吸能组件包括内切刀、内切刀支撑筒、内支座、内导向盘及内连接螺栓组件；所述内切刀支撑筒底端与活塞杆端部螺纹固连，在内切刀支撑筒顶端设置有内切刀安装槽，所述内切刀固定安装在内切刀安装槽内；所述内支座位于内切刀支撑筒顶端，所述内导向盘位于内支座顶端，内导向盘与切削件内壁面直线滑动接触配合；所述内导向盘、内支座及内切刀支撑筒之间通过内连接螺栓组件相固连。
所述内切刀采用环状结构，在切削件下端内壁面上设置有内环向起刀初撑阶梯台，切削件通过内环向起刀初撑阶梯台卡撑于内切刀上。
所述内支座采用柱状结构，由所述内支座外表面、内导向盘下表面、切削件内壁面及内切刀上表面所构成的封闭环形空间作为内切屑存储腔。
所述外切削吸能组件包括外切刀、外切刀支撑筒、外支座、外导向盘及外连接螺栓组件；所述外切刀支撑筒套装在内切刀支撑筒外侧，外切刀支撑筒底端与活塞杆端部螺纹固连，在外切刀支撑筒顶端设置有外切刀安装槽，所述外切刀固定安装在外切刀安装槽内；所述外支座位于外切刀支撑筒顶端，所述外导向盘位于外支座顶端，外导向盘与切削件外壁面直线滑动接触配合；所述外导向盘、外支座及外切刀支撑筒之间通过外连接螺栓组件相固连。
所述外切刀采用环状结构，在切削件下端外壁面上设置有外环向起刀初撑阶梯台，切削件通过外环向起刀初撑阶梯台卡撑于外切刀上。
所述外支座采用环状结构，由所述外支座内表面、外导向盘下表面、切削件外壁面及外切刀上表面所构成的封闭环形空间作为外切屑存储腔。
所述活塞杆端部设置有管状连接头，管状连接头内壁面设有内螺纹，管状连接头外壁面设有外螺纹；所述内切刀支撑筒底端与管状连接头内壁面螺纹连接，所述外切刀支撑筒底端与管状连接头外壁面螺纹连接。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，首次将切削式吸能原理引入液压立柱的设计中，扩展了吸能防冲液压立柱的种类，使液压立柱在具备了吸能防冲能力的前提下，还具有较强的支反承载力，同时支反承载力的波动更小。
附图说明
图1为本发明的一种金属切削式吸能防冲液压立柱(初始状态)结构示意图；
图2为本发明的一种金属切削式吸能防冲液压立柱(切削吸能状态)结构示意图；
图3为图1中I部放大图；
图4为图2中II部放大图；
图5为本发明的液压立柱(初始状态)在切刀位置处的局部示意图；
图6为本发明的液压立柱(初始状态)在活塞杆端部位置处的局部示意图；
图中，1—缸体，2—活塞杆，3—切削件，4—内切刀，5-内切刀支撑筒，6—内支座，7—内导向盘，8—内连接螺栓组件，9—内切刀安装槽，10—内环向起刀初撑阶梯台，11—内切屑存储腔，12—外切刀，13—外切刀支撑筒，14—外支座，15—外导向盘，16-外连接螺栓组件，17—外切刀安装槽，18—外环向起刀初撑阶梯台，19—外切屑存储腔，20—切屑，21-顶端连接球头，22-底端连接球头，23-管状连接头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～6所示，一种金属切削式吸能防冲液压立柱，包括缸体1、活塞杆2及安全阀，所述活塞杆2安装在缸体1内，安全阀位于缸体1外部且与缸体1内部相连通；在所述活塞杆2的端部设置有切削式吸能防冲机构部分。
所述切削式吸能防冲机构部分包括切削件3、内切削吸能组件和外切削吸能组件，所述切削件3采用圆柱筒形结构，所述内切削吸能组件位于切削件3内侧，所述外切削吸能组件位于切削件3外侧。
在所述切削件3顶端安装有顶部连接球头21，在所述缸体1底端安装有底部连接球头22。
所述内切削吸能组件包括内切刀4、内切刀支撑筒5、内支座6、内导向盘7及内连接螺栓组件8；所述内切刀支撑筒5底端与活塞杆2端部螺纹固连，在内切刀支撑筒5顶端设置有内切刀安装槽9，所述内切刀4固定安装在内切刀安装槽9内；所述内支座6位于内切刀支撑筒5顶端，所述内导向盘7位于内支座6顶端，内导向盘7与切削件3内壁面直线滑动接触配合；所述内导向盘7、内支座6及内切刀支撑筒5之间通过内连接螺栓组件8相固连。
所述内切刀4采用环状结构，在切削件3下端内壁面上设置有内环向起刀初撑阶梯台10，切削件3通过内环向起刀初撑阶梯台10卡撑于内切刀4上。
所述内支座6采用柱状结构，由所述内支座6外表面、内导向盘7下表面、切削件3内壁面及内切刀4上表面所构成的封闭环形空间作为内切屑存储腔11。
所述外切削吸能组件包括外切刀12、外切刀支撑筒13、外支座14、外导向盘15及外连接螺栓组件16；所述外切刀支撑筒13套装在内切刀支撑筒5外侧，外切刀支撑筒13底端与活塞杆2端部螺纹固连，在外切刀支撑筒13顶端设置有外切刀安装槽17，所述外切刀12固定安装在外切刀安装槽17内；所述外支座14位于外切刀支撑筒13顶端，所述外导向盘15位于外支座14顶端，外导向盘15与切削件3外壁面直线滑动接触配合；所述外导向盘15、外支座14及外切刀支撑筒13之间通过外连接螺栓组件16相固连。
所述外切刀12采用环状结构，在切削件3下端外壁面上设置有外环向起刀初撑阶梯台18，切削件3通过外环向起刀初撑阶梯台18卡撑于外切刀12上。
所述外支座14采用环状结构，由所述外支座14内表面、外导向盘15下表面、切削件3外壁面及外切刀12上表面所构成的封闭环形空间作为外切屑存储腔19。
所述活塞杆2端部设置有管状连接头23，管状连接头23内壁面设有内螺纹，管状连接头23外壁面设有外螺纹；所述内切刀支撑筒5底端与管状连接头23内壁面螺纹连接，所述外切刀支撑筒13底端与管状连接头23外壁面螺纹连接。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
通过调整切削件3材质、内/外切刀尺寸以及切削深度等参数，就可根据实际需要实现液压立柱吸能防冲能力的设定，且切削件3可以采用切削性能良好的Q235钢、45#钢、铝等金属材料，内/外切刀选用专用工具钢等材料。
在初始状态下，通过液压立柱本身提供工作支撑阻力，同时活塞杆2依次通过内/外切刀支撑筒、内/外切刀、内/外环向起刀初撑阶梯台及切削件3构成刚性支撑。
当液压立柱在正常支护状态下突然遭受到外来冲击作用时，若冲击力较小，不足以启动切削，此时通过切削式吸能防冲机构部分的刚性支撑作用就可以抵御这部分冲击载荷，若冲击力较大，则切削立即启动，切削件3在冲击载荷作用下被迫下压，并以内/外环向起刀初撑阶梯台为起刀点，通过内/外切刀对切削件3实施同步切削，通过切削过程快速吸收冲击载荷，同时瞬间降低冲击荷载的幅值，缓解液压立柱受到的超额冲击作用，也为液压立柱安全阀的开启提供了宝贵的时间，防止了安全阀被巨大的冲击瞬间冲坏，降低了爆缸、密封圈压碎、立柱失稳折弯等后果的发生几率，从而提高了液压立柱的抗冲击能力，并提高了液压立柱及其所在支护体系的安全系数。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：包括缸体、活塞杆及安全阀，所述活塞杆安装在缸体内，安全阀位于缸体外部且与缸体内部相连通；在所述活塞杆的端部设置有切削式吸能防冲机构部分。
2.根据权利要求1所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述切削式吸能防冲机构部分包括切削件、内切削吸能组件和外切削吸能组件，所述切削件采用圆柱筒形结构，所述内切削吸能组件位于切削件内侧，所述外切削吸能组件位于切削件外侧。
3.根据权利要求1所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：在所述切削件顶端安装有顶部连接球头，在所述缸体底端安装有底部连接球头。
4.根据权利要求2所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述内切削吸能组件包括内切刀、内切刀支撑筒、内支座、内导向盘及内连接螺栓组件；所述内切刀支撑筒底端与活塞杆端部螺纹固连，在内切刀支撑筒顶端设置有内切刀安装槽，所述内切刀固定安装在内切刀安装槽内；所述内支座位于内切刀支撑筒顶端，所述内导向盘位于内支座顶端，内导向盘与切削件内壁面直线滑动接触配合；所述内导向盘、内支座及内切刀支撑筒之间通过内连接螺栓组件相固连。
5.根据权利要求4所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述内切刀采用环状结构，在切削件下端内壁面上设置有内环向起刀初撑阶梯台，切削件通过内环向起刀初撑阶梯台卡撑于内切刀上。
6.根据权利要求5所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述内支座采用柱状结构，由所述内支座外表面、内导向盘下表面、切削件内壁面及内切刀上表面所构成的封闭环形空间作为内切屑存储腔。
7.根据权利要求4所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述外切削吸能组件包括外切刀、外切刀支撑筒、外支座、外导向盘及外连接螺栓组件；所述外切刀支撑筒套装在内切刀支撑筒外侧，外切刀支撑筒底端与活塞杆端部螺纹固连，在外切刀支撑筒顶端设置有外切刀安装槽，所述外切刀固定安装在外切刀安装槽内；所述外支座位于外切刀支撑筒顶端，所述外导向盘位于外支座顶端，外导向盘与切削件外壁面直线滑动接触配合；所述外导向盘、外支座及外切刀支撑筒之间通过外连接螺栓组件相固连。
8.根据权利要求7所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述外切刀采用环状结构，在切削件下端外壁面上设置有外环向起刀初撑阶梯台，切削件通过外环向起刀初撑阶梯台卡撑于外切刀上。
9.根据权利要求8所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述外支座采用环状结构，由所述外支座内表面、外导向盘下表面、切削件外壁面及外切刀上表面所构成的封闭环形空间作为外切屑存储腔。
10.根据权利要求7所述的一种金属切削式吸能防冲液压立柱，其特征在于：所述活塞杆端部设置有管状连接头，管状连接头内壁面设有内螺纹，管状连接头外壁面设有外螺纹；所述内切刀支撑筒底端与管状连接头内壁面螺纹连接，所述外切刀支撑筒底端与管状连接头外壁面螺纹连接。
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