CN113882882A - 一种新型防冲立柱 - Google Patents

Abstract

一种新型防冲立柱，解决现有液压立柱存在的抗冲击性载荷能力差，缓冲结构复杂、制造成本高，立柱后期维护的工作量大，维修成本高，巷道恢复正常支护的作业周期长的问题。包括立柱缸体，其特征在于：立柱缸体的上端开口处插接设置有伸缩活柱，立柱缸体的下端设置有进液口，立柱缸体的上端设置有回液口，且立柱缸体的下端还设置有卸压安全阀；立柱缸体底部的缸体缸底的下侧，设置有防冲吸能装置。其设计合理，结构紧凑，能够有效吸收冲击能量，保护液压立柱的结构，使用安全性好；需要更换的零部件数量少、且零部件更换方便，后期维护工作量小，恢复支护的速度快，生产成本低。

Description

一种新型防冲立柱

技术领域

本发明属于煤矿安全支护技术领域，具体涉及一种能够有效吸收冲击能量，保护液压立柱的结构，使用安全性好，需要更换的零部件数量少、且零部件更换方便，后期维护工作量小，恢复支护的速度快，生产成本低的新型防冲立柱。

背景技术

煤矿综采工作面的液压支架在支护过程中，用于支撑的液压立柱经常受到巷道顶、底板冲击载荷的作用，并受其影响。液压立柱作为液压支架的主要承载部件，其具有一定的承受静载荷的能力，并且，在载荷超过液压立柱的工作阻力时，能够通过立柱的卸压安全阀泄液的方式来达到支架缓冲让压的目的。随着矿产资源开采深度的日益增加，冲击地压的发生频次和破坏程度也愈加强烈，经常导致巷道支护结构的整体失稳，机械设备倾翻、破坏，甚至人员伤亡等事故，严重影响煤矿的安全生产。由于冲击地压发生的一瞬间会释放巨大的弹性能量，且冲击载荷往往从发生到完全释放的时间，仅仅在几毫秒到几十毫秒之间，卸压安全阀在如此短暂的动态响应时间内，受机械状态影响，有时来不及开启，或者开启后瞬时卸压能力无法满足需求，从而造成液压立柱受压弯曲、断裂和爆缸等现象的发生，影响巷道的正常支护。

同时，现有的常规液压立柱的设计中，没有从防冲击角度加以考虑，当煤矿井下突发冲击地压时，液压立柱无法抵抗强大的冲击载荷。另外，一些在伸缩活柱底部设置缓冲机构的液压立柱结构，虽然具有一定的缓冲效果，但是，缓冲结构复杂、制造成本高，且后期液压立柱维护的工作量大，需要更换的零部件数量多，维修成本高，巷道恢复正常支护的作业周期长。故有必要对现有技术的液压支架的立柱结构进行改进。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种能够有效吸收冲击能量，保护液压立柱的结构，使用安全性好，需要更换的零部件数量少、且零部件更换方便，后期维护工作量小，恢复支护的速度快，生产成本低的新型防冲立柱。

本发明所采用的技术方案是：该新型防冲立柱包括立柱缸体，立柱缸体的上端开口处插接设置有伸缩活柱，其特征在于：所述立柱缸体的下端设置有进液口，立柱缸体的上端设置有回液口，且立柱缸体的下端还设置有卸压安全阀；所述立柱缸体上端开口的内壁与伸缩活柱的外壁之间，设置有活柱杆密封件；所述立柱缸体底部的缸体缸底的下侧，设置有用于快速吸收冲击能量的防冲吸能装置。

所述防冲吸能装置包括位于缸体缸底下方的防冲柱底，防冲柱底内腔的上端开口，与缸体缸底下侧固定设置的剪切压柱插接式相连；并且，所述剪切压柱的下端与防冲柱底内腔的底部之间，设置有缓冲吸能部件。以在煤矿井下突发冲击地压时，利用防冲柱底内腔的缓冲吸能部件对立柱缸体下端的剪切压柱的吸能缓冲，来抵消强大的冲击载荷，进而确保液压立柱结构不受冲击破坏的影响。

所述防冲柱底由柱底主体构成，柱底主体的内部设置有上端开口的缓冲连接腔，所述柱底主体的下端设置有柱底连接部。以利用柱底连接部将防冲柱底与用来固定液压立柱的底部固定座相连，并通过缓冲连接腔将防冲柱底与立柱缸体下端的剪切压柱插接相连，实现对冲击载荷的缓冲。

所述防冲柱底的缓冲连接腔的上端开口处，还设置有防冲导向套，防冲导向套由导向套主体构成，导向套主体的中部设置有压柱插接孔，且压柱插接孔的内侧壁上设置有用于布置防尘密封圈的防尘圈安装槽；同时，所述导向套主体上端的外壁上设置有定位凸缘；所述防冲导向套的导向套主体，与防冲柱底的缓冲连接腔上端设置的防冲导套安装槽相连。以通过剪切压柱与防冲导向套的配合连接，为防冲吸能装置在受冲击地压压力、向下吸能缓冲的过程，提供有效的缓冲导向。

所述剪切压柱位于缓冲连接腔内的中部、防冲导向套的下方，固定设置有限位活塞；所述限位活塞由限位塞主体构成，限位塞主体的中部设置有压柱连接孔，且限位活塞通过压柱连接孔与剪切压柱中部外侧壁上设置的限位塞连接部相连。以利用剪切压柱中部设置的限位活塞，与缓冲连接腔上端开口处固定设置的防冲导向套的配合卡接，来固定住剪切压柱下端在防冲柱底的缓冲连接腔内的位置。

所述剪切压柱包括导向过渡段，导向过渡段的上端与缸体缸底的下侧相连，导向过渡段的下端则设置有剪切冲压部。以将剪切压柱下部的剪切冲压部置于防冲柱底的缓冲连接腔内；并且，使剪切压柱上部的导向过渡段位于立柱缸体下端与防冲柱底上端开口之间，从而将导向过渡段的长度作为剪切压柱的吸能缓冲行程；同时，剪切压柱的导向过渡段的外侧壁上，还可以设置沿立柱伸缩方向布置的防冲行程标识刻度。

所述缓冲吸能部件包括防冲剪切板，防冲剪切板为定力破坏部件，所述防冲剪切板水平布置于防冲柱底的缓冲连接腔内部、且位于剪切压柱下端的下方；同时，防冲剪切板的下侧与防冲柱底内腔的底部之间，设置有剪切板支撑套；所述剪切板支撑套由支撑套主体构成，支撑套主体的内部设置有吸能内腔，且支撑套主体的上端设置有剪板支撑部，支撑套主体的下端设置有限位固定部。以通过限位固定部将剪切板支撑套的下端与防冲柱底内腔的底部定位相连，并利用剪切板支撑套上端的剪板支撑部来支撑住防冲剪切板的下侧；并且，在正常工况条件下，确保液压立柱的伸缩活柱和防冲柱底具有足够的支护强度；同时，当发生冲击地压、冲击载荷超过破坏定力值时，通过剪切压柱下端的剪切冲压部对防冲柱底缓冲连接腔内布置的防冲剪切板的挤压剪切，让防冲剪切板发生剪切破坏，进而有效地实现吸能缓冲，为卸压安全阀的开启争取时间，保护液压立柱的结构。

所述防冲剪切板由剪切板主体构成，剪切板主体上设置有若干个沿圆周等距布置的剪切环孔；同时，所述各剪切环孔圆心所在的圆周的直径D，不小于剪切压柱下端的直径d2；所述剪切板支撑套的吸能内腔的内径d1，不小于各剪切环孔圆心所在的圆周的直径D。以根据液压立柱的工作阻力，在剪切板主体上布置若干个、具有与工作阻力相对应的孔径的柱状剪切环孔，从而准确设定防冲剪切板的破坏定力值；并保证立柱缸体下端的剪切压柱，能够对防冲剪切板上的各剪切环孔进行有效的挤压剪切。

所述防冲剪切板的剪切板主体上，设置有沿各个剪切环孔圆心所在的圆周布置的环形剪切豁口。以利用设置在各剪切环孔上的环形剪切豁口，来便于立柱缸体下端的剪切压柱对防冲剪切板的破坏，确保防冲吸能装置的使用效果。

所述剪切板支撑套的吸能内腔内，设置有若干组、沿立柱伸缩方向层叠布置的碟形吸能弹簧，碟形吸能弹簧由碟形弹簧片体构成，碟形弹簧片体的中部设置有中部通孔，且碟形弹簧片体的一侧设置有内凹缓冲腔。以在剪切压柱对防冲剪切板进行挤压剪切时，通过剪切板支撑套的吸能内腔内层叠布置的若干组碟形吸能弹簧，来快速吸收冲击能量，进一步保护液压立柱结构。

本发明的有益效果：由于本发明采用上端开口处插接设置有伸缩活柱的立柱缸体，立柱缸体下端设置有进液口，立柱缸体上端设置有回液口，立柱缸体的下端还设置有卸压安全阀；立柱缸体上端开口的内壁与伸缩活柱的外壁之间设置有活柱杆密封件；立柱缸体底部的缸体缸底的下侧设置防冲吸能装置的结构形式，所以其设计合理，结构紧凑，能够有效吸收冲击能量，弥补了现有结构液压立柱抗冲击能力不足的缺陷，保护液压立柱结构不受冲击破坏的影响，使用安全性好；同时，液压立柱的防冲吸能装置受损后，需要更换的零部件数量少、且零部件更换方便，不需要拆卸立柱缸体，有效降低了维修成本；后期维护的工作量小，冲击地压发生后的恢复生产速度快。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中的防冲柱底的一种结构示意图。

图3是图1中的防冲剪切板的一种结构示意图。

图4是图3的一种立体结构示意图。

图5是图1中的剪切板支撑套的一种结构示意图。

图6是图1中的剪切压柱和立柱缸体的一种连接结构示意图。

图7是图1中的防冲导向套的一种结构示意图。

图8是图1中的限位活塞的一种结构示意图。

图9是图1中的碟形吸能弹簧的一种结构示意图。

图中序号说明：1立柱缸体、2伸缩活柱、3进液口、4回液口、5活柱杆密封件、6防冲吸能装置、7剪切压柱、8防冲柱底、9防冲剪切板、10剪切板支撑套、11防冲导向套、12限位活塞、13碟形吸能弹簧、14防尘密封圈、15柱底主体、16缓冲连接腔、17防冲导套安装槽、18柱底连接部、19剪切板主体、20剪切环孔、21环形剪切豁口、22支撑套主体、23吸能内腔、24剪板支撑部、25限位固定部、26缸体缸底、27导向过渡段、28剪切冲压部、29限位塞连接部、30防冲行程标识刻度、31导向套主体、32压柱插接孔、33定位凸缘、34防尘圈安装槽、35凸缘豁口、36限位塞主体、37压柱连接孔、38导向环安装槽、39碟形弹簧片体、40内凹缓冲腔、41中部通孔。

具体实施方式

根据图1～9详细说明本发明的具体结构。该新型防冲立柱包括立柱缸体1，立柱缸体1的上端开口处插接设置有竖向布置的伸缩活柱2，根据具体的使用需要，伸缩活柱2可以采用单级伸缩或多级伸缩的结构形式。立柱缸体1的下端设置有进液口3，立柱缸体1的上端设置有回液口4，且立柱缸体1的下端还设置有卸压安全阀；进而利用高压液体介质对伸缩活柱2的活塞下端面、或活塞上端面的推动，来驱使伸缩活柱2伸出或收回，并通过立柱缸体1内部的液体介质形成对伸缩活柱2的支撑。同时，立柱缸体1上端开口的内壁与伸缩活柱2的外壁之间，还设置有活柱杆密封件5。

立柱缸体1底部的缸体缸底26的下侧，设置有用于快速吸收冲击能量的防冲吸能装置6。防冲吸能装置6包括位于缸体缸底26下方的防冲柱底8，防冲柱底8由筒状的柱底主体15构成，柱底主体15的内部设置有上端开口的缓冲连接腔16，柱底主体15的下端则设置有柱底连接部18。从而，利用柱底连接部18将防冲柱底8与用来固定液压立柱的底部固定座（例如：支架底座上设置的柱窝）相连，并通过缓冲连接腔16将防冲柱底8的上端开口，与立柱缸体1下端的剪切压柱7插接相连，实现对冲击载荷的缓冲。

立柱缸体1的缸体缸底26的下侧，固定设置有竖向布置的剪切压柱7。剪切压柱7包括导向过渡段27，导向过渡段27的上端与缸体缸底26的下侧相连，导向过渡段27的下端则设置有用于对防冲剪切板9进行挤压剪切的剪切冲压部28。同时，根据具体的使用需要，剪切压柱7的导向过渡段27的外侧壁上，还可以设置沿立柱伸缩方向布置的防冲行程标识刻度30；进而将剪切压柱7下部的剪切冲压部28置于防冲柱底8的缓冲连接腔16内，并使剪切压柱7上部的导向过渡段27位于立柱缸体1下端与防冲柱底8上端开口之间，将导向过渡段27的长度作为剪切压柱7的吸能缓冲行程。

防冲柱底8的缓冲连接腔16的上端开口处，还设置有由导向套主体31构成的防冲导向套11，防冲导向套11的导向套主体31的中部，设置有用于使剪切压柱7通过的压柱插接孔32，且压柱插接孔32的内侧壁上设置有防尘圈安装槽34，防尘圈安装槽34内布置有防尘密封圈14。防冲导向套11的导向套主体31上端的外壁上，设置有一圈定位凸缘33，定位凸缘33上设置有若干组便于导向套安装的凸缘豁口35。同时，防冲导向套11的导向套主体31通过其外壁上的外螺纹，与防冲柱底8的缓冲连接腔16上端设置的防冲导套安装槽17内的内螺纹相连，并利用横向布置的防松螺钉来紧固连接、防止松动。进而通过剪切压柱7与防冲导向套11的配合连接，来为防冲吸能装置6在受冲击地压压力、向下吸能缓冲的过程，提供有效的缓冲导向。

而且，立柱缸体1下端的剪切压柱7上、导向过渡段27和剪切冲压部28之间的中部位置，固定设置有限位活塞12，且使限位活塞12位于防冲柱底8的缓冲连接腔16的内部、防冲导向套11的下方。限位活塞12由环状的限位塞主体36构成，限位塞主体36的中部设置有压柱连接孔37，限位塞主体36的外侧壁上设置有一圈导向环安装槽38，导向环安装槽38内布置有防偏心导向环。限位活塞12通过压柱连接孔37内壁上的内螺纹，与剪切压柱7中部外侧壁上设置的限位塞连接部29的外螺纹相连，并利用横向布置的防松螺钉来紧固连接、防止松动。从而，利用剪切压柱7中部设置的限位活塞12，与缓冲连接腔16上端开口处固定设置的防冲导向套11的配合卡接，来固定住剪切压柱7下端在防冲柱底8的缓冲连接腔16内的位置，避免使用过程中的意外脱落。

另外，剪切压柱7下端、位于防冲柱底8内部的剪切冲压部28，与防冲柱底8的缓冲连接腔16底部之间，还设置有缓冲吸能部件。以在煤矿井下突发冲击地压时，利用防冲柱底8的缓冲连接腔16内的缓冲吸能部件对立柱缸体1下端的剪切压柱7的吸能缓冲，来抵消强大的冲击载荷，进而确保液压立柱结构不受冲击破坏的影响。缓冲吸能部件包括防冲剪切板9，防冲剪切板9为定力破坏部件；防冲剪切板9水平布置于防冲柱底8的缓冲连接腔16内部、且位于剪切压柱7下端的剪切冲压部28的下方。

防冲剪切板9由圆盘状的剪切板主体19构成，剪切板主体19的中部设置有便于剪切板安装、且可减轻重量的通孔。剪切板主体19上设置有若干个沿圆周等距布置的剪切环孔20；并且，各剪切环孔20圆心所在的圆周的直径D，不小于剪切压柱7下端的剪切冲压部28的直径d2；同时，剪切板支撑套10的吸能内腔23的内径d1，不小于各剪切环孔20圆心所在的圆周的直径D，以保证立柱缸体1下端的剪切压柱7，能够对防冲剪切板9上的各剪切环孔20进行有效的挤压剪切。能够理解的是，剪切板主体19上布置的若干个剪切环孔20，可根据液压立柱的工作阻力进行设计，进而使柱状剪切环孔20的孔径与工作阻力相对应，以准确设定防冲剪切板9的破坏定力值。而且，为了确保防冲吸能装置6的使用效果，防冲剪切板9的剪切板主体19上、朝向剪切板支撑套10的一侧，还设置有沿各个剪切环孔20圆心所在的圆周布置的环形剪切豁口21，以利用设置在各剪切环孔20上的环形剪切豁口21，来利于立柱缸体1下端的剪切压柱7对防冲剪切板9的定力破坏。

防冲剪切板9的下侧与防冲柱底8的缓冲连接腔16底部之间，设置有剪切板支撑套10。剪切板支撑套10由筒状的支撑套主体22构成，支撑套主体22的内部设置有吸能内腔23，且支撑套主体22的上端设置有剪板支撑部24，支撑套主体22的下端设置有限位固定部25。剪切板支撑套10下端的限位固定部25与防冲柱底8的缓冲连接腔16底部定位相连，并利用剪切板支撑套10上端的剪板支撑部24、来支撑住上方的防冲剪切板9的下侧。从而，在正常工况条件下，确保液压立柱的伸缩活柱2和防冲柱底8具有足够的支护强度；并且，当发生冲击地压、冲击载荷超过破坏定力值时，通过剪切压柱7下端的剪切冲压部28对防冲柱底8缓冲连接腔16内布置的防冲剪切板9的挤压剪切，让防冲剪切板9发生剪切破坏，以有效地实现吸能缓冲，为卸压安全阀的开启争取时间，保护液压立柱的结构。

同时，出于进一步保护液压立柱结构的目的，在剪切板支撑套10的吸能内腔23内，设置若干组、沿立柱伸缩方向层叠布置的碟形吸能弹簧13。碟形吸能弹簧13由碟形弹簧片体39构成，碟形弹簧片体39的中部设置有中部通孔41，且碟形弹簧片体39的一侧设置有内凹缓冲腔40；以在剪切压柱7对防冲剪切板9进行挤压剪切时，通过剪切板支撑套10的吸能内腔23内层叠布置的若干组碟形吸能弹簧13，来快速吸收冲击能量。根据具体的使用需要，碟形吸能弹簧13可以采用两两一组、对称布置（每组的两个碟形吸能弹簧13的内凹缓冲腔40相对布置）的形式，也可以采用同一朝向布置（每个碟形吸能弹簧13的内凹缓冲腔40均朝向同一个方向布置）的形式。

该新型防冲立柱使用时，将若干组防冲立柱设置在液压支架的底座和顶梁之间，进而形成对井下巷道围岩的支撑结构。当巷道的围岩压力低于防冲立柱的工作阻力时，防冲立柱和液压支架均整体处于正常工作状态。在发生冲击地压的时候，冲击载荷通过液压支架的顶梁、直接作用在防冲立柱的伸缩活柱2的柱头上，且伸缩活柱2下方的腔体压力随之迅速增大，从而在卸压安全阀未能及时开启的时候，整个液压立柱受压下沉。

由于防冲吸能装置6的防冲柱底8的下端受到液压支架底座的限位，立柱受压下沉的过程中，立柱缸体1下端的剪切压柱7会在防冲柱底8的缓冲连接腔16内产生相对运动；以在冲击载荷作用的一瞬间，利用剪切压柱7下端的剪切冲压部28，对防冲柱底8的缓冲连接腔16内、水平设置的防冲剪切板9进行挤压剪切，进而起到吸能缓冲的作用。同时，在剪切压柱7对防冲剪切板9进行挤压剪切的过程中，通过防冲剪切板9下方、剪切板支撑套10的吸能内腔23里层叠布置的若干组碟形吸能弹簧13，来快速吸收冲击能量，为卸压安全阀的开启，争取时间，以到达保护液压立柱结构的目的，从而防止巷道围岩的变形破坏，有效保护现场人员的安全。而且，防冲立柱下端的防冲吸能装置6受损后，只需要更换新的防冲剪切板9即可；且整个防冲吸能装置6设置在缸体的外部，所以，零部件的更换也比较方便，不需要拆卸立柱缸体，有效降低了维修成本，并减少了后期维护的工作量。

Claims (10)

1.一种新型防冲立柱，包括立柱缸体（1），立柱缸体（1）的上端开口处插接设置有伸缩活柱（2），其特征在于：所述立柱缸体（1）的下端设置有进液口（3），立柱缸体（1）的上端设置有回液口（4），且立柱缸体（1）的下端还设置有卸压安全阀；所述立柱缸体（1）上端开口的内壁与伸缩活柱（2）的外壁之间，设置有活柱杆密封件（5）；所述立柱缸体（1）底部的缸体缸底（26）的下侧，还设置有用于快速吸收冲击能量的防冲吸能装置（6）。

2.根据权利要求1所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述防冲吸能装置（6）包括位于缸体缸底（26）下方的防冲柱底（8），防冲柱底（8）内腔的上端开口，与缸体缸底（26）下侧固定设置的剪切压柱（7）插接式相连；并且，所述剪切压柱（7）的下端与防冲柱底（8）内腔的底部之间，设置有缓冲吸能部件。

3.根据权利要求2所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述防冲柱底（8）由柱底主体（15）构成，柱底主体（15）的内部设置有上端开口的缓冲连接腔（16），所述柱底主体（15）的下端设置有柱底连接部（18）。

4.根据权利要求3所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述防冲柱底（8）的缓冲连接腔（16）的上端开口处，还设置有防冲导向套（11），防冲导向套（11）由导向套主体（31）构成，导向套主体（31）的中部设置有压柱插接孔（32），且压柱插接孔（32）的内侧壁上设置有用于布置防尘密封圈（14）的防尘圈安装槽（34）；同时，所述导向套主体（31）上端的外壁上设置有定位凸缘（33）；所述防冲导向套（11）的导向套主体（31），与防冲柱底（8）的缓冲连接腔（16）上端设置的防冲导套安装槽（17）相连。

5.根据权利要求4所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述剪切压柱（7）位于缓冲连接腔（16）内的中部、防冲导向套（11）的下方，固定设置有限位活塞（12）；所述限位活塞（12）由限位塞主体（36）构成，限位塞主体（36）的中部设置有压柱连接孔（37），且限位活塞（12）通过压柱连接孔（37）与剪切压柱（7）中部外侧壁上设置的限位塞连接部（29）相连。

6.根据权利要求2所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述剪切压柱（7）包括导向过渡段（27），导向过渡段（27）的上端与缸体缸底（26）的下侧相连，导向过渡段（27）的下端则设置有剪切冲压部（28）。

7.根据权利要求2所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述缓冲吸能部件包括防冲剪切板（9），防冲剪切板（9）为定力破坏部件，所述防冲剪切板（9）水平布置于防冲柱底（8）的缓冲连接腔（16）内部、且位于剪切压柱（7）下端的下方；同时，防冲剪切板（9）的下侧与防冲柱底（8）内腔的底部之间，设置有剪切板支撑套（10）；所述剪切板支撑套（10）由支撑套主体（22）构成，支撑套主体（22）的内部设置有吸能内腔（23），且支撑套主体（22）的上端设置有剪板支撑部（24），支撑套主体（22）的下端设置有限位固定部（25）。

8.根据权利要求7所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述防冲剪切板（9）由剪切板主体（19）构成，剪切板主体（19）上设置有若干个沿圆周等距布置的剪切环孔（20）；同时，所述各剪切环孔（20）圆心所在的圆周的直径D，不小于剪切压柱（7）下端的直径d2；所述剪切板支撑套（10）的吸能内腔（23）的内径d1，不小于各剪切环孔（20）圆心所在的圆周的直径D。

9.根据权利要求8所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述防冲剪切板（9）的剪切板主体（19）上，设置有沿各个剪切环孔（20）圆心所在的圆周布置的环形剪切豁口（21）。

10.根据权利要求7所述的新型防冲立柱，其特征在于：所述剪切板支撑套（10）的吸能内腔（23）内，设置有若干组、沿立柱伸缩方向层叠布置的碟形吸能弹簧（13），碟形吸能弹簧（13）由碟形弹簧片体（39）构成，碟形弹簧片体（39）的中部设置有中部通孔（41），且碟形弹簧片体（39）的一侧设置有内凹缓冲腔（40）。

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