一种液压立柱的多级防冲吸能结构的制作方法

1.本发明属于煤矿安全支护技术领域，具体涉及一种可实现多级吸能缓冲，能够有效吸收大量的冲击能量，保护液压立柱的结构，安全性好，后期维护方便，生产成本低，使用灵活可靠的液压立柱的多级防冲吸能结构。


背景技术：

2.液压立柱作为煤矿综采工作面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。然而，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，经常导致井下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。
3.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，立柱的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缓冲让压需求，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，传统的液压立柱设计中，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。而且，一些在伸缩活柱底部或者立柱缸体底部设置缓冲机构的液压立柱，不但缓冲结构复杂、占用空间大，制造成本高，而且，缓冲机构所能吸收的冲击能量有限，缓冲效果无法满足使用需求；后期液压立柱维护的工作量大，维修成本高，恢复正常巷道支护的作业周期长。故有必要对现有技术的液压立柱的防冲吸能机构予以改进。


技术实现要素：

4.本发明就是针对上述问题，提供一种可实现多级吸能缓冲，能够有效吸收大量的冲击能量，保护液压立柱的结构，安全性好，后期维护方便，生产成本低，使用灵活可靠的液压立柱的多级防冲吸能结构。
5.本发明所采用的技术方案是：该液压立柱的多级防冲吸能结构包括多级剪切压柱，其特征在于：所述多级剪切压柱的下部设置有缓冲吸能套筒，缓冲吸能套筒内腔的上端开口与多级剪切压柱的下端插接式相连；并且，所述缓冲吸能套筒的内腔内还固定设置有多级防冲剪切板，且所述多级防冲剪切板位于多级剪切压柱的下方。
6.所述缓冲吸能套筒由套筒主体构成，套筒主体的内部设置有上端开口的缓冲吸能腔；所述多级剪切压柱的下端经由上端开口、插接在套筒主体的缓冲吸能腔内。以通过缓冲吸能腔将缓冲吸能套筒与多级剪切压柱插接相连，实现对冲击载荷的多级缓冲。
7.所述多级剪切压柱由压柱主体构成，压柱主体的下端设置有至少两组沿轴向逐层布置、直径不同的剪切柱。以利用多级剪切压柱下端逐层设置的直径不同的台阶式剪切柱，来对其下方的多级防冲剪切板进行有效的多级挤压剪切。
8.所述多级防冲剪切板由剪切板主体构成，剪切板主体背向多级剪切压柱的一侧，
设置有至少两组沿径向间隔布置、直径不同的剪切环槽。以在煤矿井下突发冲击地压时，利用多级剪切压柱对缓冲吸能套筒内腔内固定设置的多级防冲剪切板进行多层级的挤压剪切破坏，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。
9.所述剪切板主体上设置的直径不同的各剪切环槽，随着剪切环槽直径的增加，剪切环槽的槽深也逐渐加深。以根据液压立柱的工作阻力，来设定多级防冲剪切板各级剪切环槽的破坏定力值，并且，通过随着剪切环槽直径增加而逐渐加深的剪切环槽，来使直径逐渐增加的各级剪切柱的剪切厚度相应变薄，进而利于多级剪切压柱对多级防冲剪切板的多层级剪切破坏。
10.所述剪切板主体朝向多级剪切压柱的另一侧，设置有若干组直径与各所述剪切环槽相对应的环形剪切豁口。以利用设置在剪切板主体上侧的各环形剪切豁口，来便于多级剪切压柱对多级防冲剪切板的破坏，确保多级防冲吸能结构的使用效果。
11.所述多级防冲剪切板水平布置于缓冲吸能套筒的内腔内部，且多级防冲剪切板的下侧与缓冲吸能套筒内腔的底部之间，设置有剪切板支撑套；所述剪切板支撑套由中空结构的支撑套主体构成，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缓冲吸能套筒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多级防冲剪切板的下侧；并且，在正常工况条件下，确保液压立柱的伸缩活柱和立柱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，通过多级剪切压柱对缓冲吸能套筒内布置的多级防冲剪切板的挤压剪切，让多级防冲剪切板发生多层级的剪切破坏，进而实现多级吸能缓冲，有效地保护液压立柱的结构。
12.所述缓冲吸能套筒的缓冲吸能腔的上端开口处，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；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缓冲吸能套筒的缓冲吸能腔上端设置的防冲导套安装槽相连；相应地，多级剪切压柱的柱体上设置有导向过渡段。以通过多级剪切压柱的导向过渡段与防冲导向套的配合连接，为多级防冲吸能结构在受冲击地压压力、向下吸能缓冲的过程，提供有效的缓冲导向。
13.所述多级剪切压柱上固定设置有限位活塞，且限位活塞位于缓冲吸能套筒的缓冲吸能腔内部、所述防冲导向套的下方；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多级剪切压柱中部外侧壁上设置的限位塞连接部相连。以利用多级剪切压柱上设置的限位活塞，与缓冲吸能套筒上端开口处固定设置的防冲导向套的配合卡接，来固定住多级剪切压柱下端在缓冲吸能套筒的缓冲吸能腔内的位置，避免插接结构在使用过程中的意外脱落。
14.本发明的有益效果：由于本发明采用多级剪切压柱，多级剪切压柱的下部设置有缓冲吸能套筒，缓冲吸能套筒内腔的上端开口与多级剪切压柱的下端相插接；缓冲吸能套筒的内腔内固定设置有多级防冲剪切板，多级防冲剪切板位于多级剪切压柱下方的结构形式，所以其设计合理，结构紧凑，可实现多级吸能缓冲，能够有效吸收大量的冲击能量，弥补了现有结构液压立柱抗冲击载荷能力不足的缺陷，保护了液压立柱的结构，并且，使用安全性好，后期维护方便，多级防冲吸能结构受损后，只需要更换多级防冲剪切板即可，生产成
本低，恢复正常巷道支护的作业周期短，使用灵活、可靠。
附图说明
15.图1是本发明的一种结构示意图。
16.图2是图1中的多级剪切压柱的一种结构示意图。
17.图3是图2的正视图。
18.图4是图1中的缓冲吸能套筒的一种结构示意图。
19.图5是图1中的多级防冲剪切板的一种结构示意图。
20.图6是图5的一种内部结构剖视图。
21.图7是图5的a向视图。
22.图8是图1中的剪切板支撑套的一种结构示意图。
23.图9是图1中的限位活塞的一种结构示意图。
24.图10是图1中的防冲导向套的一种结构示意图。
25.图11是图1中的多级剪切压柱受冲击载荷、一级剪切柱对多级防冲剪切板的一级剪切环槽进行挤压剪切的一种缓冲吸能动作示意图。
26.图12是图11中的多级剪切压柱继续向下运动、二级剪切柱对多级防冲剪切板的二级剪切环槽逐级挤压剪切的一种缓冲吸能动作示意图。
27.图13是本发明的多级防冲吸能结构应用在立柱缸体底部的一种实施方式示意图。
28.图14是本发明的多级防冲吸能结构应用在伸缩活柱底部的一种实施方式示意图。
29.图中序号说明：1多级剪切压柱、2缓冲吸能套筒、3多级防冲剪切板、4剪切板支撑套、5防冲导向套、6限位活塞、7防尘密封圈、8压柱主体、9一级剪切柱、10二级剪切柱、11三级剪切柱、12四级剪切柱、13限位塞连接部、14导向过渡段、15套筒主体、16缓冲吸能腔、17防冲导套安装槽、18剪切板主体、19环形剪切豁口、20中部通孔、21一级剪切环槽、22二级剪切环槽、23三级剪切环槽、24四级剪切环槽、25支撑套主体、26剪板支撑部、27限位固定部、28限位塞主体、29压柱连接孔、30导向环安装槽、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立柱缸体、37伸缩活柱、38进液口、39回液口、40卸压安全阀、41活柱杆密封件、42立柱柱底、43柱底连接部。
具体实施方式
30.根据图1～12详细说明本发明的具体结构。该液压立柱的多级防冲吸能结构包括多级剪切压柱1，多级剪切压柱1由压柱主体8构成，压柱主体8上设置有用于与防冲导向套5相配合的导向过渡段14，导向过渡段14的下端设置有至少两组同轴逐层布置、直径不同的剪切柱。例如：可以在压柱主体8的下端沿轴向、从下往上，依次逐层设置一级剪切柱9、二级剪切柱10、三级剪切柱11和四级剪切柱12（如图2和图3所示）；并且，一级剪切柱9的直径d1＜二级剪切柱10的直径d2＜三级剪切柱11的直径d3＜四级剪切柱12的直径d4；进而利用多级剪切压柱1下端逐层设置的直径不同的台阶式剪切柱，来对其下方的多级防冲剪切板3进行有效的多级挤压剪切。
31.多级剪切压柱1的下部设置有缓冲吸能套筒2，缓冲吸能套筒2由套筒主体15构成，套筒主体15的内部设置有上端开口的缓冲吸能腔16。多级剪切压柱1的下端经由上端开口、
伸缩插接在套筒主体15的缓冲吸能腔16内，以通过缓冲吸能腔16将缓冲吸能套筒2与多级剪切压柱1插接相连，实现对冲击载荷的多级缓冲。缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16的上端开口处，还设置有防冲导向套5；防冲导向套5由导向套主体31构成，导向套主体31的中部设置有用于使多级剪切压柱1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7。
32.防冲导向套5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5的导向套主体31通过其外壁上的外螺纹，与缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16上端设置的防冲导套安装槽17内的内螺纹相连，并可利用横向布置的防松螺钉来紧固连接、防止松动。从而，通过多级剪切压柱1的导向过渡段14与防冲导向套5的配合连接，为多级防冲吸能结构在受冲击地压压力、向下吸能缓冲的过程，提供有效的缓冲导向。同时，多级剪切压柱1的导向过渡段14的外侧壁上，还可以设置沿液压立柱伸缩方向布置的防冲行程标识刻度。
33.多级剪切压柱1上、导向过渡段14与剪切柱之间的中部位置，固定设置有限位活塞6，且使限位活塞6位于缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16的内部、防冲导向套5的下方。限位活塞6由环状的限位塞主体28构成，限位塞主体28的中部设置有压柱连接孔29，限位塞主体28的外侧壁上设置有一圈导向环安装槽30，导向环安装槽30内布置有防偏心导向环。限位活塞6通过压柱连接孔29内壁上的内螺纹，与多级剪切压柱1中部外侧壁上设置的限位塞连接部13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，利用多级剪切压柱1中部设置的限位活塞6，与缓冲吸能套筒2上端开口处固定设置的防冲导向套5的配合卡接，来固定住多级剪切压柱1下端在缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16内的位置，避免插接结构在使用过程中的意外脱落。
34.缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16内，还固定设置有水平布置的多级防冲剪切板3，且多级防冲剪切板3位于多级剪切压柱1最下端的一级剪切柱9的下方。多级防冲剪切板3的下侧与缓冲吸能套筒2内腔的底部之间，还设置有剪切板支撑套4。剪切板支撑套4由中空结构的支撑套主体25构成，支撑套主体25的内部，设置有用于容纳被冲压剪切下来的多级防冲剪切板3的剪切环体的内腔；支撑套主体25的上端设置有剪板支撑部26，支撑套主体25的下端设置有限位固定部27。进而通过限位固定部27将剪切板支撑套4的下端与缓冲吸能套筒2内腔的底部定位相连，并利用剪切板支撑套4上端的剪板支撑部26来支撑住多级防冲剪切板3的下侧。并且，在正常工况条件下，确保液压立柱的伸缩活柱37和立柱柱底42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，通过多级剪切压柱1对缓冲吸能套筒2内布置的多级防冲剪切板3的挤压剪切，让多级防冲剪切板3发生多层级的剪切破坏，进而实现多级吸能缓冲，有效地保护液压立柱的结构。
35.多级防冲剪切板3由圆盘状的剪切板主体18构成，剪切板主体18的中部设置有便于剪切板安装、且可减轻重量的中部通孔20。多级防冲剪切板3的剪切板主体18背向其上方的多级剪切压柱1的下侧，设置有至少两组同心布置、直径不同的定力破坏剪切环槽。例如：可以在压柱主体8的下端沿轴向、从下往上，依次逐层设置一级剪切环槽21、二级剪切环槽22、三级剪切环槽23和四级剪切环槽24（如图6和图7所示）；并且，一级剪切环槽21的直径d1＜二级剪切环槽22的直径d2＜三级剪切环槽23的直径d3＜四级剪切环槽24的直径d4，进而在煤矿井下突发冲击地压时，利用多级剪切压柱1对缓冲吸能套筒2内腔内固定设置的多级
防冲剪切板3进行多层级的挤压剪切破坏，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。
36.同时，多级防冲剪切板3的剪切板主体18上设置的直径不同的各剪切环槽，随着剪切环槽直径的增加，剪切环槽的槽深也逐渐加深，即：四级剪切环槽24的槽深＞三级剪切环槽23的槽深＞二级剪切环槽22的槽深＞一级剪切环槽21的槽深；以根据液压立柱的工作阻力，来设定多级防冲剪切板3各级剪切环槽的破坏定力值，并且，通过随着剪切环槽直径增加而逐渐加深的剪切环槽，来使多级剪切压柱1上、直径逐渐增加的各级剪切柱的剪切厚度相应变薄，进而利于多级剪切压柱1对多级防冲剪切板3的多层级剪切破坏。为了确保多级防冲吸能结构的使用效果，剪切板主体18朝向多级剪切压柱1的上侧，还同心设置有四组直径与各剪切环槽相对应的环形剪切豁口19（如图5和图6所示），以利用设置在剪切板主体18上侧的各环形剪切豁口19，来利于多级剪切压柱1对多级防冲剪切板3的定力破坏。
37.能够理解的是，为了保证多级剪切压柱1下端的各级剪切柱能够对多级防冲剪切板3上的各级剪切环槽进行有效的挤压剪切，多级剪切压柱1的一级剪切柱9的直径d1≤多级防冲剪切板3的一级剪切环槽21的直径d1，二级剪切柱10的直径d2≤二级剪切环槽22的直径d2，三级剪切柱11的直径d3≤三级剪切环槽23的直径d3，四级剪切柱12的直径d4≤四级剪切环槽24的直径d4。同时，剪切板支撑套4内腔的内径，应不小于多级防冲剪切板3的四级剪切环槽24的直径d4。
38.该液压立柱的多级防冲吸能结构使用时，根据具体的应用需要，可以将该多级防冲吸能结构设置在立柱缸体36的底部（如图13所示），即：多级剪切压柱1的上端与立柱缸体36下端的立柱柱底42相连，缓冲吸能套筒2的下端与柱底连接部43相连，且柱底连接部43与液压支架底座相铰接；同时，还可以将该多级防冲吸能结构设置在位于立柱缸体36内部的伸缩活柱37的底部（如图14所示），即：多级剪切压柱1的上端与伸缩活柱37的下端相连，缓冲吸能套筒2位于立柱缸体36的腔体内。并且，立柱缸体36的下端设置有进液口38，立柱缸体36的上端设置有回液口39，立柱缸体36上端开口的内壁与伸缩活柱37的外壁之间设置有活柱杆密封件41。然后，将若干组带有多级防冲吸能结构的液压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。
39.当巷道的围岩压力低于液压立柱的工作阻力时，液压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、直接作用在液压立柱的伸缩活柱37的柱头上，且伸缩活柱37下方的腔体压力随之迅速增大，从而在卸压安全阀40未能及时开启的时候，整个液压立柱受压下沉。同时，由于多级防冲吸能结构的缓冲吸能套筒2下端受到液压支架底座（或伸缩活柱37下方腔体内迅速增大的压力）的限位，立柱受压下沉的过程中，多级防冲吸能结构的多级剪切压柱1会在缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16内产生相对运动；进而在冲击载荷作用的一瞬间，利用多级剪切压柱1对缓冲吸能套筒2的缓冲吸能腔16内、水平设置的多级防冲剪切板3进行多层级的挤压剪切破坏，从而实现多级吸能缓冲的作用，抵消强大的冲击载荷，确保液压立柱结构不受冲击破坏的影响，有效防止巷道围岩的变形破坏，保护现场人员的安全。