本实用新型专利技术公开了一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，包括顶盖、悬浮盖、活柱、手把阀体、油缸、高压传递压缩室、动力压缩室、复位压缩室、应力传递缸、杠杆、复位弹簧、底座、三用阀，支柱内部通过采用高压传递压缩室、动力压缩室、复位压缩室、应力传递缸、杠杆以及其他杆件等构成利用压差传动与杠杆原理增加支柱工作支撑压力的结构系统，还有助于支柱降柱收缩且能实现在长时间支撑后可完全收缩。本设计降低了单体液压支柱因上覆岩层突然来压而反应不及时出现压柱、死柱，甚至爆缸等事故的发生率，提高了支柱在煤矿井下的支护水平和工作环境的安全性。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及矿山支护设备领域，更具体地说，尤其涉及一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱。
技术介绍
单体液压支柱是20世纪70年代发展起来的一种单体支护设备，主要应用于中厚煤层及薄煤层工作面。由于其使用灵活、方便，不仅可用于工作面的顶板支护，也可用于综采工作面的端头支护及临时支护。单体液压支柱分为活塞式单体液压支柱和悬浮式单体液压支柱。悬浮式单体液压支柱是一种新型外注式单体液压支柱，其又分为单伸缩和双伸缩支柱两大类。单伸缩悬浮式单体液压支柱工作时压力液体从三用阀进入到油缸与活柱间的环形腔体内，再从活柱下部的径向通孔进入活柱内腔，在压力液体的作用下，活柱在轴向受压，同时活柱内腔的液压力沿轴向通过悬浮盖作用在顶盖上，形成了与顶板压力方向相反的力。通过研究与计算，活柱内腔的液体承担了支柱工作阻力的3/4～4/5，该液压力也称为悬浮力，该悬浮力直接通过悬浮盖作用在顶盖上，活柱在轴向的受力仅为顶板压力的1/4～1/5。目前，在生产实践中广泛应用的悬浮式单体液压支柱相较于活塞式单体液压支柱优点居多，但在使用过程中亦存在支撑力不足或顶板突然来压致使其出现压柱、倒柱、死柱现象，可能还会因三用阀泄流速度过慢出现爆缸等现象，悬浮式单体液压支柱在长时间支撑作用后还存在卸载降柱时无法完全收柱等问题。
技术实现思路
(一)本技术要解决的技术问题为了解决现有技术存在的问题，提高悬浮式单体液压支柱在井下使用的安全性和高效性，本技术提供了一种结构简单、效果好的基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，其目的在于利用缸体内乳化液的压力来提高单体液压支柱的支撑工作阻力和实现卸载降柱时快速而完全收柱。(二)技术方案本技术提供了一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，包括：顶盖、悬浮盖、活柱、手把阀体、油缸、高压传递压缩室、动力压缩室、复位压缩室、应力传递缸、杠杆、复位弹簧、底座、三用阀，所述顶盖固定于所述活柱顶部的所述悬浮盖上方，所述手把阀体和所述三用阀均安设在所述油缸上端口，所述油缸下端口与所述底座无缝焊接，所述复位弹簧上下两端分别焊接在所述悬浮盖和所述底座，且偏心安设在所述活柱内腔中，所述高压传递压缩室无缝焊接在所述活柱上端与所述悬浮盖的内壁上，所述复位压缩室位于所述高压传递压缩室正下方，且无缝焊接在所述活柱内壁上，所述复位压缩室底部与所述活柱下端口对齐，还包括活塞Ⅰ、活塞Ⅱ、活塞Ⅲ、传动杆和底推杆，所述底推杆一端固定有所述活塞Ⅰ，密封式插入所述复位压缩室内，另一端焊接于所述底座，所述传动杆一端固定有所述活塞Ⅱ，密封式插入所述复位压缩室内，另一端固定有所述活塞Ⅲ，密封式插入所述高压传递压缩室内，所述应力传递缸焊接于所述底座上，还包括活杆、传递杆、固定杆、独脚压片、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ，所述独脚压片套上所述弹簧Ⅱ安设在所述应力传递缸的底脚与所述底座之间，所述活杆密封式插入所述应力传递缸内，且所述活杆上端部通过所述固定杆竖直固定于所述活柱内壁，所述传递杆套上所述弹簧Ⅰ密封式插入所述活杆上端部，所述动力压缩室焊接在所述传递杆上端，还包括活塞Ⅳ、动力杆和支杆，所述活塞Ⅳ安设在所述动力压缩室中，且运动时密封性完好，所述动力杆一端固定有所述活塞Ⅳ，另一端铰接在所述杠杆的一端，所述杠杆另一端铰接于所述传动杆，所述支杆上端焊接在所述悬浮盖上，下端铰接于所述杠杆的支点上。进一步地，所述应力传递缸的底脚与所述独脚压片接触处设有一段活动卡槽，且在所述活动卡槽底部开有泄流孔。进一步地，所述应力传递缸表面均匀设有多个压力平衡控制压入阀门，所述压力平衡控制压入阀门允许所述油缸内腔中乳化液进入所述应力传递缸中，保持内外压差为零。进一步地，所述活杆上端与所述传递杆接触口径处采用密封圈密封，且设有一段防挤脱活动卡槽。进一步地，所述传递杆底部设有压片活塞，所述压片活塞安设在所述防挤脱 活动卡槽中。进一步地，所述传动杆穿过所述高压传递压缩室与所述复位压缩室的口径处和所述底推杆穿过所述复位压缩室的口径处均采用密封处理，所述动力压缩室上端口设有防脱卡位，且所述活塞Ⅳ上端面与所述活柱内腔中乳化液直接接触。本技术提供了一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，运用杠杆原理对该设计系统进行具体理论分析如下：假设：单体液压支柱向上升起L后，复位压缩室下部容积高度为h1、底面面积S1(活塞Ⅰ面积)、压缩量△h1、注入初始压力为P1气体a，中部容积高度h7、注入初始压力为P7气体b，上部容积高度为h2、底面面积S2(活塞Ⅱ面积)、压缩量△h2、注入初始压力为P2气体c，高压传递压缩室高度为h3、底面面积S3(活塞Ⅲ面积)、压缩量△h3、注入初始压力为P3气体d，动力压缩室高度为h4、底面面积S4(活塞Ⅳ面积)、压缩量△h4、注入初始压力为P4气体e，杠杠长端长度L1、短端长度L2。当单体液压支柱稳定后油缸中乳化液压力为P，此时，由理想气体状态方程PV＝nRT可得(忽略压缩前后温度变化)：①动力压缩室：P4/＝P(P4/为油缸中乳化液压力为P时动力压缩室内气体压力)∵P4V4＝P4/V4/，V4＝S4×h4，V4/＝S4×(h4-△h4)∴△h4＝h4-P4h4/P4/＝h4-P4h4/P此时动力杆带动杠杆长端产生向下的力F4为：F4＝P4/×S4＝(P4V4/V4/)×S4＝P4S4h4/(h4-△h4)由杠杆原理得杠杆短端向上的力F5为：∵F5×L2＝F4×L1，△h4/L1＝△h3/L2∴F5＝F4L1/L2＝P4/S4L1/L2＝PS4L1/L2，△h3＝△h4L2/L1②高压传递压缩室：∵P3V3＝P3/V3/，V3＝S3×h3，V3/＝S3×(h3-△h3)∴P3/＝P3V3/V3/＝P3h3/(h3-△h3)高压传递压缩室内压力F3为：F3＝P3/×S3＝P3h3S3/(h3-△h3)③复位压缩室上部容积：∵P2V2＝P2/V2/，V2＝S2×h2，V2/＝S2×(h2-△h2)，△h2＝△h3∴P2/＝P2V2/V2/＝P2h2/(h2-△h2)，△h2＝△h4L2/L1复位压缩室上部容积内压力F2为：F2＝P2/×S2＝P2h2S2/(h2-△h2)④复位压缩室中部容积：∵P7V7＝P7/V7/，V7＝S2×h7，V7/＝S2×(△h1+△h2)∴P7/＝P7V7/V7/＝P7h7/(△h1+△h2)复位压缩室中部容积内压力F7为：F7＝P7/×S2＝P7h7S2/(△h1+△h2)⑤复位压缩室下部容积：∵P1V＝P1/V1/，V1＝S1×h1，V1/＝S1×(h1-△h1)∴P1/＝P1V1/V1/＝P1h1/(h1-△h1)复位压缩室上部容积内压力F1为：F1＝P1/×S1＝P1h1S1/(h1-△h1)⑥对传动杆进行受力分析；F3+F2-F7＝F5P3/×S3+P2/×S2-P7/×S2＝PS4L1/L2P3/×S3+P2h2S2/(h2-△h2)-P7h7S2/(△h1+△h2)＝PS4L1/L2P3/＝PS4L1/L2S3+P7h7S2/{S3(△h1+△h2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，其特征在于，包括：顶盖(1)、悬浮盖(2)、活柱(5)、手把阀体(3)、油缸(7)、高压传递压缩室(32)、动力压缩室(30)、复位压缩室(23)、应力传递缸(11)、杠杆(4)、复位弹簧(16)、底座(9)、三用阀(14)，所述顶盖(1)固定于所述活柱(5)顶部的所述悬浮盖(2)上方，所述手把阀体(3)和所述三用阀(14)均安设在所述油缸(7)上端口，所述油缸(7)下端口与所述底座(9)无缝焊接，所述复位弹簧(16)上下两端分别焊接在所述悬浮盖(2)和所述底座(9)，且偏心安设在所述活柱(5)内腔中，所述高压传递压缩室(32)无缝焊接在所述活柱(5)上端与所述悬浮盖(2)的内壁上，所述复位压缩室(23)位于所述高压传递压缩室(32)正下方，且无缝焊接在所述活柱(5)内壁上，所述复位压缩室(23)底部与所述活柱(5)下端口对齐，还包括活塞Ⅰ(24)、活塞Ⅱ(21)、活塞Ⅲ(18)、传动杆(6)和底推杆(8)，所述底推杆(8)一端固定有所述活塞Ⅰ(24)，密封式插入所述复位压缩室(23)内，另一端焊接于所述底座(9)，所述传动杆(6)一端固定有所述活塞Ⅱ(21)，密封式插入所述复位压缩室(23)内，另一端固定有所述活塞Ⅲ(18)，密封式插入所述高压传递压缩室(32)内，所述应力传递缸(11)焊接于所述底座(9)上，还包括活杆(10)、传递杆(12)、固定杆(29)、独脚压片(38)、弹簧Ⅰ(36)、弹簧Ⅱ(40)，所述独脚压片(38)套上所述弹簧Ⅱ(40)安设在所述应力传递缸(11)的底脚与所述底座(9)之间，所述活杆(10)密封式插入所述应力传递缸(11)内，且所述活杆(10)上端部通过所述固定杆(29)竖直固定于所述活柱(5)内壁，所述传递杆(12)套上所述弹簧Ⅰ(36)密封式插入所述活杆(10)上端部，所述动力压缩室(30)焊接在所述传递杆(12)上端，还包括活塞Ⅳ(31)、动力杆(13)和支杆(15)，所述活塞Ⅳ(31)安设在所述动力压缩室(30)中，且运动时密封性完好，所述动力杆(13)一端固定有所述活塞Ⅳ(31)，另一端铰接在所述杠杆(4)的一端，所述杠杆(4)另一端铰接于所述传动杆(6)，所述支杆(15)上端焊接在所述悬浮盖(2)上，下端铰接于所述杠杆(4)的支点上。...
【技术特征摘要】
1.一种基于杠杆原理新型单伸缩悬浮式单体液压支柱，其特征在于，包括：顶盖(1)、悬浮盖(2)、活柱(5)、手把阀体(3)、油缸(7)、高压传递压缩室(32)、动力压缩室(30)、复位压缩室(23)、应力传递缸(11)、杠杆(4)、复位弹簧(16)、底座(9)、三用阀(14)，所述顶盖(1)固定于所述活柱(5)顶部的所述悬浮盖(2)上方，所述手把阀体(3)和所述三用阀(14)均安设在所述油缸(7)上端口，所述油缸(7)下端口与所述底座(9)无缝焊接，所述复位弹簧(16)上下两端分别焊接在所述悬浮盖(2)和所述底座(9)，且偏心安设在所述活柱(5)内腔中，所述高压传递压缩室(32)无缝焊接在所述活柱(5)上端与所述悬浮盖(2)的内壁上，所述复位压缩室(23)位于所述高压传递压缩室(32)正下方，且无缝焊接在所述活柱(5)内壁上，所述复位压缩室(23)底部与所述活柱(5)下端口对齐，还包括活塞Ⅰ(24)、活塞Ⅱ(21)、活塞Ⅲ(18)、传动杆(6)和底推杆(8)，所述底推杆(8)一端固定有所述活塞Ⅰ(24)，密封式插入所述复位压缩室(23)内，另一端焊接于所述底座(9)，所述传动杆(6)一端固定有所述活塞Ⅱ(21)，密封式插入所述复位压缩室(23)内，另一端固定有所述活塞Ⅲ(18)，密封式插入所述高压传递压缩室(32)内，所述应力传递缸(11)焊接于所述底座(9)上，还包括活杆(10)、传递杆(12)、固定杆(29)、独脚压片(38)、弹簧Ⅰ(36)、弹簧Ⅱ(40)，所述独脚压片(38)套上所述弹簧Ⅱ(40)安设在所述应力传递缸(11)的底脚与所述底座(9)之间，所述活杆(10)密封式插入所述应力传递缸(11)内，且所述活杆(10)上端部通过所述固定杆(29)竖直固定于所述活柱(5)内壁，所述传递杆(12)套上所述弹簧Ⅰ(36)密封式插入所述活杆(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡志强，毛立平，卢辉，杨德云，姚琪能，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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