CN208669329U - 一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统及液压支架 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统及液压支架，包括立柱，立柱包括依次连接的活柱、中部油缸、底部油缸和抗冲击缓冲器，抗冲击缓冲器上设置有相连接的压力传感器和控制器，控制器还与抗冲击缓冲器内的磁流变线圈电连接；通过压力传感器采集压力信息，由控制器实时调节及通断磁流变线圈的电流，使抗冲击缓冲器辅助缓冲立柱受到的冲击地压。本实用新型抗冲击地压的缓冲系统可以方便地集成到现有液压支架结构上，方便安装与现有液压支架配套使用。改变了传统依靠大流量安全阀泄压的单一方式，采用该缓冲系统后能够有效保护立柱的缓冲泄压过程，同时提升液压支架抗冲击地压时的可靠性，保障液压支架安全有效地工作。

Description

一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统及液压支架

技术领域

本实用新型涉及一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统及液压支架，属于矿井支护技术领域。

背景技术

随着煤炭资源开采深度和开采强度的增加，矿井冲击地压等动力灾害日益加剧，严重地威胁着煤矿开采的安全。冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。

统计分析表明，各种类型的矿井都有冲击地压发生的报告，各类煤层都发生过冲击现象，地质构造从简单到复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜，砾岩、砂岩、灰岩、油母页岩顶板都发生过冲击地压。煤矿冲击地压不仅危害程度大，影响面广，而且是诱发其它煤矿重大事故的根源。冲击地压的发生可能诱发瓦斯异常涌出、瓦斯爆炸等重特大灾害。

为应对冲击地压严重影响煤矿安全生产的问题，技术人员提出的许多方案大致可以分为主动式和被动式两种：

主动式方案采用对顶板进行预先处理的措施，使其发生可控的自然垮落，防止煤矿正常生产时顶板突然垮落产生的冲击对设备和作业人员造成损害。针对工作面顶板破碎有发生垮落危险的区域往往采用主动式方案。

由于冲击地压发生的不确定性，主动式方法不能完全控制冲击地压的发生。因此对于顶板状况良好，不易发现冲击地压倾向的工作面，往往采用被动式方案。被动式方法主要是采用液压支架等支护设备的泄压缓冲来减小冲击地压损害。针对被动式方法中的液压支架支护而言，目前的主要解决方法：

(1)目前矿用液压支架普遍采用在立柱内部加装大流量安全阀来解决冲击问题，依靠大流量安全阀在超过设定压力后卸荷的方式防止冲击地压对支架及立柱结构造成破坏；(2)专利(CN105134260B)提出利用涨缸增容的思路来解决冲击问题，增容缓冲强力抗冲击双伸缩立柱分为空气室增容强力抗冲击双伸缩立柱和涨筒增容强力抗冲击双伸缩立柱，其中空气室增容双伸缩立柱是在活柱内部设置空室气液压杆装置，利用立柱受冲击后中缸压力增大压缩活柱内部的空气室来实现缓冲；涨筒增容双伸缩立柱是在活柱内部设置涨筒结构，通过涨筒的弹性变形来实现缓冲。(3)煤矿用高速吸能防冲让位液压支架(专利号CN201110363855.7)主要是在液压支架立柱底部加装吸能防冲击结构(多空泡沫铝、聚氨酯类材料、橡胶材料等)来吸收冲击能量实现缓冲。

以上方法仍存在以下问题尚未解决：

1、支架无法根据冲击地压的来压烈度和强度来进行主动调节和应对。

2、在立柱本体加装缓冲结构对原有的支架及立柱结构造成了影响，增加了制造工艺复杂性和生产成本；

3、冲击地压发生时往往产生巨大的冲击压力，对于在立柱内部加装大流量安全阀的方式而言，大流量安全阀需要释放大量油液来卸载掉这部分冲击压力。由于冲击地压作用时间很短，冲击地压过程持续时间在几秒到几十秒，但冲击载荷最大时仅持续几毫秒到几十毫秒，往往导致冲击地压从发生到结束的过程中大流量安全阀无法及时响应，因此造成立柱弯曲、断裂、爆缸等问题的出现，严重影响了生产安全。

因此本实用新型提出的一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统(以下简称液压支架抗冲击系统)就着重解决冲击地压发生时峰值压力过高的及时缓冲卸荷和根据来压主动调节缓冲阻尼的问题。本方法可以有效解决此类抗冲击问题，提高立柱响应的速度和实效性，同时方便应用和更换。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统，包括立柱，立柱包括依次连接的活柱、中部油缸、底部油缸和抗冲击缓冲器，抗冲击缓冲器上设置有相连接的压力传感器和控制器，控制器还与抗冲击缓冲器内的磁流变线圈电连接；通过压力传感器采集压力信息，由控制器实时调节及通断磁流变线圈的电流，使抗冲击缓冲器辅助缓冲立柱受到的冲击地压。

优选的，所述抗冲击缓冲器包括依次连接的活动柱、上部油缸、隔爆外壳和下部油缸；隔爆外壳内设置有连接体，连接体用于连接上部油缸和下部油缸，连接体上缠绕有所述的磁流变线圈且连接体轴向上贯通有多个阻尼孔。

优选的，所述活动柱顶端设有凹型支撑座，凹型支撑座与底部油缸的缸筒刚性连接。

优选的，所述上部油缸包括上腔缸体、上腔活塞和上腔端盖，上腔缸体的底部与连接体上端连接，上腔活塞位于上腔缸体内并通过上腔端盖封装，活动柱贯穿上腔端盖与上腔活塞连接，压力传感器安装于上腔缸体的底部，上腔缸体上还开设有注液口。

优选的，所述下部油缸包括下腔缸体、下腔活塞、弹簧和底座，下腔缸体的顶部与连接体下端连接，下腔活塞、弹簧依次装入下腔缸体内并通过底座封装。

优选的，所述上腔缸体的底部与连接体上端连接处、下腔缸体的顶部与连接体下端连接处分别安装有密封圈。

优选的，所述底座的外形为半球形。此设计的好处在于，将底座设计成与传统立柱相似的球面结构，方便与液压支架底座的柱窝连接。

优选的，所述连接体上开设有螺旋槽，所述的磁流变线圈沿螺旋槽缠绕在连接体上。

一种液压支架，包括顶梁、底座以及上述的缓冲系统，所述立柱位于顶梁和底座之间，活柱与顶梁连接，抗冲击缓冲器的底座与液压支架的底座连接。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型缓冲系统中磁流变线圈布置在阻尼通道外部由隔爆外壳与外界隔离，打开隔爆外壳便可操作磁流变线圈，方便更换和维修。控制器采用动态调节策略，缓冲过程中实时调液压支架抗冲击系统阻尼力，当缓冲器腔内压力过高时主动增加让压量，提高缓冲性能。

2.改进后的液压支架采用串联缓冲思路，针对不同工况下使用的液压支架可根据其工作环境设定系统控制器的峰值压力和最大输出电流参数，控制线圈电流从而向液压支架抗冲击系统提供相应阻尼力，使缓冲系统应用更加灵活，缓冲过程更加平稳、可靠。

同时在控制器中加入峰值压力参数，当冲击压力大于液压支架抗冲击系统峰值压力时，控制器控制线圈断电，使缓冲器快速泄压保护支架立柱，响应速度又优于大流量安全阀。

3.本实用新型抗冲击地压的缓冲系统可以方便地集成到现有液压支架结构上，方便安装与现有液压支架配套使用。改变了传统依靠大流量安全阀泄压的单一方式，采用该缓冲系统后能够有效保护立柱的缓冲泄压过程，同时提升液压支架抗冲击地压时的可靠性，保障液压支架安全有效地工作。

附图说明

图1为本实用新型缓冲系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型中抗冲击缓冲器的结构示意图；

图3为本实用新型中抗冲击缓冲器的剖面图；

图4为本实用新型缓冲系统上部油缸结构示意图；

图5为本实用新型中阻尼通道结构图；

图6为本实用新型缓冲系统下部油缸结构示意图；

其中：1、活柱；2、中部油缸；3、底部油缸；4、抗冲击缓冲器；401、活动柱；402、上部油缸；403、隔爆外壳；404、下部油缸；405、密封圈；406、弹簧；407、上腔端盖；408、注液口；409、密封圈；4010、磁流变线圈；4011、阻尼孔；4012、下腔缸体；4013、下腔活塞；4014、底座；4015、连接体；4016、上腔缸体；4017、下腔端盖；5、压力传感器；6、控制器；7、阻尼通道。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统，该缓冲系统主要包括改进型立柱，立柱包括由上而下依次连接的活柱1、中部油缸2、底部油缸3和抗冲击缓冲器4，抗冲击缓冲器4上设置有相连接的压力传感器5和控制器6，控制器6还与抗冲击缓冲器4内的磁流变线圈电连接；通过压力传感器5采集压力信息，由控制器6实时调节及通断磁流变线圈的电流，使抗冲击缓冲器4辅助缓冲立柱受到的冲击地压。

本实施例提供的技术方案，在立柱传统单一依靠大流量安全阀缓冲冲击地压的方式下，通过在立柱底端增设智能化控制抗冲击缓冲器，与大流量安全阀相结合，能够保障立柱在受到冲击地压时快速有效地泄压，避免立柱缓冲泄压不及时造成受损情况。

其中，抗冲击缓冲器的主要结构包括由上而下依次连接的活动柱401、上部油缸402、隔爆外壳403和下部油缸404；隔爆外壳403内设置有连接体4015，连接体4015用于连接上部油缸402和下部油缸404，连接体4015上缠绕有所述的磁流变线圈4010且连接体轴向上贯通有四个阻尼孔4011，四个阻尼孔4011构成了连接上部油缸(的油腔)和下部油缸(的油腔)的阻尼通道7。

活动柱401顶端专门设计成凹型支撑座，凹型支撑座与底部油缸3的缸筒刚性连接。液压支架立柱在与底座装配时是立柱下部的球形面与支架柱窝处的球形面相贴合，从而使支架底座达到承载立柱的目的。支架在升柱或降柱的时候，立柱与支架底座发生相对运动，支架柱窝与立柱底部球形面发生干摩擦。所以为尽可能减小加装实用新型所设计的缓冲器后对支架整体结构和立柱结构的影响，缓冲器活柱柱头设计成与支架柱窝结构一致，即均为球形面(如图2，401结构所示)，立柱与缓冲器装配时，也与立柱和支架底座装配一致，即立柱底部球形面与缓冲器活柱柱头球形面相结合，相对运动时发生干摩擦。保证支撑力和冲击力延抗冲击系统轴线传递，防止发生压歪、压偏等情况影响液压支架正常工作。

上部油缸402包括上腔缸体4016、上腔活塞和上腔端盖407，上腔缸体4016的底部与连接体4015上端连接，上腔活塞位于上腔缸体4016内并通过上腔端盖407封装，活动柱401贯穿上腔端盖407与上腔活塞连接，压力传感器5安装于上腔缸体4016的底部的引孔内并与控制器6和外部电源相连，上腔缸体4016上还开设有注液口408。

下部油缸404包括下腔缸体4012、下腔活塞4013、弹簧406和底座4014，下腔缸体4012的顶部与连接体4015下端连接，下腔活塞4013、弹簧406依次装入下腔缸体内并通过底座4014封装。底座4014的外形为半球形，将底座设计成与传统立柱相似的球面结构，方便与液压支架底座的柱窝连接。

另外，上腔缸体4016的底部与连接体4015上端连接处、下腔缸体4012的顶部与连接体4015下端连接处分别安装有密封圈409、405。

连接体4015上开设有螺旋槽，磁流变线圈4010沿螺旋槽缠绕在连接体4015上。控制器6与磁流变线圈4010电连接，通过实时调节和控制磁流变线圈4010的电流实现抗冲击缓冲器的作业。

本实施例缓冲系统的工作原理：

1、系统参数设定(包括控制器电流参数设定和压力传感器峰值压力参数设定)

(1)控制器电流参数设定

控制器固定于缓冲器缸筒外壁上，将压力传感器采集的压力信号进行比对后向磁流变线圈输入相应大小的电流。

此电流大小的确定依据是：

一方面，缓冲器在此电流运行下提供的阻尼力须大于等于液压支架立柱正常工作时的工作阻力，以此确保液压支架正常工作时抗冲击系统不发生动作。

另一方面，当压力传感器检测到压力增大时，压力传感器将信号传递给控制器，控制器实时调整电流值使缓冲器刚度小于立柱刚度，防止立柱被压破坏。

(2)控制器峰值压力参数设定

在设定压力传感器峰值压力时，根据液压支架立柱最大工作阻力进行调整，确保当冲击地压发生时液压支架抗冲击系统迅速相应，先于液压支架立柱大流量安全阀动作。

2、液压支架抗冲击系统控制策略(控制器中的程序设定)

液压支架抗冲击系统工作过程中控制器采用实时调节加通-断控制策略，压力传感器将测得的缓冲器上腔压力传输给控制器，控制器将其与设定的无冲击地压时缓冲器上腔压力最大值进行比对。

设无冲击地压时缓冲器上腔压力最大值为P1，实时测得的缓冲器上腔压力值为P2，控制器设定的峰值压力为Pm。

当P1＝P2<Pm时，控制器控制电源向磁流变线圈输出正常电流；

当P1<P2<Pm时，控制器控制电源向磁流变线圈输出的电流相应减小；

当P1<Pm<P2时，控制器控制磁流变线圈断电，使磁流变液恢复到牛顿流体状态快速通过阻尼通道减小上腔压力，从而使缓冲器获得较大让压量减小冲击峰值压力，使缓冲过程更加平稳。

3、液压支架抗冲击系统工作过程(整个立柱抗冲击地压时的动作过程)

(1)当立柱未受到冲击载荷时，抗冲击缓冲器活动柱在下腔弹簧的作用下处于顶升状态。接通电源给线圈通电系统供电，此时上腔压力小于设定的峰值压力，控制器控制电源给线圈供电，缓冲器为缓冲系统提供相应阻尼力，使缓冲器具有一定刚度保证液压支架正常工作不受影响。

(2)当立柱受到冲击载荷时，根据载荷情况，通过控制器减小或断开电源给线圈电流，冲击能量经由液压支架立柱传导到抗冲击缓冲器上，上腔磁流变液受活动柱推挤使上腔变为高压腔，磁流变液受压力作用由上腔经阻尼通道流入下腔，实现缓冲作用，使得液压支架立柱安装的大流量安全阀有足够时间开启泄压，释放掉剩余冲击能量。在整个缓冲过程中由于缓冲器刚度小于液压支架立柱刚度，所以冲击发生时缓冲器会先于立柱大流量安全阀动作。当缓冲器的让压量还不足以耗散掉冲击能量以至于液压支架立柱腔内压力升高时，立柱的大流量安全阀开启泄压。

(3)冲击地压过程结束后顶板有一定下移量，并且不会恢复。

实施例2：

一种液压支架，包括顶梁、底座以及实施例1所述的缓冲系统，将实施例1的改进型立柱安装于顶梁和底座之间，活柱1与顶梁连接，抗冲击缓冲器的底座4014与液压支架的底座连接。

实施例3：

如实施例1所述的用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统的工作方法，具体工作过程包括以下步骤：

(1)将实施例1缓冲系统中的立柱替代传统立柱安装在液压支架上，其中活柱1与顶梁连接，抗冲击缓冲器的底座4014与液压支架的底座连接，压力传感器5和控制器6还分别连接外部电源；

(2)当液压支架的顶板出现冲击地压、立柱受到冲击载荷时，支架顶梁下移，压力传感器5采集到压力信号传输给控制器6，控制器6实时调节及通断磁流变线圈的电流，使抗冲击缓冲器产生阻尼力，先于大流量安全阀作业，实现缓冲作用；

(3)当抗冲击缓冲器消耗冲击能量时，使得液压支架立柱的大流量安全阀有足够时间开启泄压，后续由抗冲击缓冲器释放掉剩余冲击能量(当超过抗冲击缓冲器消耗掉的最大冲击能量后，剩余的冲击能量则由大流量安全阀泄压掉，抗冲击缓冲器为大流量安全阀的响应争取了足够的时间)。

当冲击地压过程结束后，顶梁有一定下移量并且不会回复，因此冲击地压过程结束后须降低液压支架抗冲击系统高度，断开抗冲击缓冲器电源，此时磁流变液恢复到牛顿流体状态，在抗冲击缓冲器下部油缸内弹簧的作用下，下腔的磁流变液被推挤到上腔将缓冲过程中被压缩的活柱完全顶出，完成抗冲击缓冲器的复位。

Claims (9)

1.一种用于液压支架抗冲击地压的缓冲系统，其特征在于，包括立柱，立柱包括依次连接的活柱、中部油缸、底部油缸和抗冲击缓冲器，抗冲击缓冲器上设置有相连接的压力传感器和控制器，控制器还与抗冲击缓冲器内的磁流变线圈电连接；通过压力传感器采集压力信息，由控制器实时调节及通断磁流变线圈的电流，使抗冲击缓冲器辅助缓冲立柱受到的冲击地压。

2.如权利要求1所述的缓冲系统，其特征在于，所述抗冲击缓冲器包括依次连接的活动柱、上部油缸、隔爆外壳和下部油缸；隔爆外壳内设置有连接体，连接体用于连接上部油缸和下部油缸，连接体上缠绕有所述的磁流变线圈且连接体轴向上贯通有多个阻尼孔。

3.如权利要求2所述的缓冲系统，其特征在于，所述活动柱顶端设有凹型支撑座，凹型支撑座与底部油缸的缸筒刚性连接。

4.如权利要求2所述的缓冲系统，其特征在于，所述上部油缸包括上腔缸体、上腔活塞和上腔端盖，上腔缸体的底部与连接体上端连接，上腔活塞位于上腔缸体内并通过上腔端盖封装，活动柱贯穿上腔端盖与上腔活塞连接，压力传感器安装于上腔缸体的底部，上腔缸体上还开设有注液口。

5.如权利要求4所述的缓冲系统，其特征在于，所述下部油缸包括下腔缸体、下腔活塞、弹簧和底座，下腔缸体的顶部与连接体下端连接，下腔活塞、弹簧依次装入下腔缸体内并通过底座封装。

6.如权利要求5所述的缓冲系统，其特征在于，所述上腔缸体的底部与连接体上端连接处、下腔缸体的顶部与连接体下端连接处分别安装有密封圈。

7.如权利要求5所述的缓冲系统，其特征在于，所述底座的外形为半球形。

8.如权利要求2所述的缓冲系统，其特征在于，所述连接体上开设有螺旋槽，所述的磁流变线圈沿螺旋槽缠绕在连接体上。

9.一种液压支架，包括顶梁、底座，其特征在于还包括权利要求1-8任一项所述的缓冲系统，所述立柱位于顶梁和底座之间，活柱与顶梁连接，抗冲击缓冲器的底座与液压支架的底座连接。