一種基于杠桿原理新型單伸縮懸浮式單體液壓支柱的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦山支護設備領域，更具體地說，尤其涉及一種基于杠桿原理新型單伸縮懸浮式單體液壓支柱。
【背景技術】
[0002]單體液壓支柱是20世紀70年代發展起來的一種單體支護設備，主要應用于中厚煤層及薄煤層工作面。由于其使用靈活、方便，不僅可用于工作面的頂板支護，也可用于綜采工作面的端頭支護及臨時支護。
[0003]單體液壓支柱分為活塞式單體液壓支柱和懸浮式單體液壓支柱。懸浮式單體液壓支柱是一種新型外注式單體液壓支柱，其又分為單伸縮和雙伸縮支柱兩大類。單伸縮懸浮式單體液壓支柱工作時壓力液體從三用閥進入到油缸與活柱間的環形腔體內，再從活柱下部的徑向通孔進入活柱內腔，在壓力液體的作用下，活柱在軸向受壓，同時活柱內腔的液壓力沿軸向通過懸浮蓋作用在頂蓋上，形成了與頂板壓力方向相反的力。通過研究與計算，活柱內腔的液體承擔了支柱工作阻力的3/4?4/5，該液壓力也稱為懸浮力，該懸浮力直接通過懸浮蓋作用在頂蓋上，活柱在軸向的受力僅為頂板壓力的1/4?1/5。
[0004]目前，在生產實踐中廣泛應用的懸浮式單體液壓支柱相較于活塞式單體液壓支柱優點居多，但在使用過程中亦存在支撐力不足或頂板突然來壓致使其出現壓柱、倒柱、死柱現象，可能還會因三用閥泄流速度過慢出現爆缸等現象，懸浮式單體液壓支柱在長時間支撐作用后還存在卸載降柱時無法完全收柱等問題。
【發明內容】
[0005](一)本發明要解決的技術問題
[0006]為了解決現有技術存在的問題，提高懸浮式單體液壓支柱在井下使用的安全性和高效性，本發明提供了一種結構簡單、效果好的基于杠桿原理新型單伸縮懸浮式單體液壓支柱，其目的在于利用缸體內乳化液的壓力來提高單體液壓支柱的支撐工作阻力和實現卸載降柱時快速而完全收柱。
[0007](二)技術方案
[0008]本發明提供了一種基于杠桿原理新型單伸縮懸浮式單體液壓支柱，包括:頂蓋、懸浮蓋、活柱、手把閥體、油缸、高壓傳遞壓縮室、動力壓縮室、復位壓縮室、應力傳遞缸、杠桿、復位彈簧、底座、三用閥，所述頂蓋固定于所述活柱頂部的所述懸浮蓋上方，所述手把閥體和所述三用閥均安設在所述油缸上端口，所述油缸下端口與所述底座無縫焊接，所述復位彈簧上下兩端分別焊接在所述懸浮蓋和所述底座，且偏心安設在所述活柱內腔中，所述高壓傳遞壓縮室無縫焊接在所述活柱上端與所述懸浮蓋的內壁上，所述復位壓縮室位于所述高壓傳遞壓縮室正下方，且無縫焊接在所述活柱內壁上，所述復位壓縮室底部與所述活柱下端口對齊，還包括活塞1、活塞π、活塞m和傳動桿、底推桿，所述底推桿一端固定有所述活塞I，密封式插入所述復位壓縮室內，另一端焊接于所述底座，所述傳動桿一端固定有所述活塞π，密封式插入所述復位壓縮室內，另一端固定有所述活塞m，密封式插入所述高壓傳遞壓縮室內，所述應力傳遞缸焊接于所述底座上，還包括活桿、傳遞桿、固定桿、獨腳壓片、彈簧1、彈簧π，所述獨腳壓片套上所述彈簧π安設在所述應力傳遞缸的底腳與所述底座之間，所述活桿密封式插入所述應力傳遞缸內，且所述活桿上端部通過所述固定桿豎直固定于所述活柱內壁，所述傳遞桿套上所述彈簧I密封式插入所述活桿上端部，所述動力壓縮室焊接在所述傳遞桿上端，還包括活塞IV、動力桿、支桿，所述活塞IV安設在所述動力壓縮室中，且運動時密封性完好，所述動力桿一端固定有所述活塞IV，另一端鉸接在所述杠桿的一端，所述杠桿另一端鉸接于所述傳動桿，所述支桿上端焊接在所述懸浮蓋上，下端鉸接于所述杠桿的支點上。
[0009]進一步地，所述應力傳遞缸的底腳與所述獨腳壓片接觸處設有一段活動卡槽，且在所述活動卡槽底部開有泄流孔。
[0010]進一步地，所述應力傳遞缸表面均勻設有多個壓力平衡控制壓入閥門，所述壓力平衡控制壓入閥門允許所述油缸內腔中乳化液進入所述應力傳遞缸中，保持內外壓差為零。
[0011]進一步地，所述活桿上端與所述傳遞桿接觸口徑處采用密封圈密封，且設有一段防擠脫活動卡槽。
[0012]進一步地，所述傳遞桿底部設有壓片活塞，所述壓片活塞安設在所述防擠脫活動卡槽中。
[0013]進一步地，所述傳動桿穿過所述高壓傳遞壓縮室與所述復位壓縮室的口徑處和所述底推桿穿過所述復位壓縮室的口徑處均采用密封處理，所述動力壓縮室上端口設有防脫卡位，且所述活塞IV上端面與所述活柱內腔中乳化液直接接觸。
[0014]本發明提供了一種基于杠桿原理新型單伸縮懸浮式單體液壓支柱，運用杠桿原理對該設計系統進行具體理論分析如下:
[0015]假設:單體液壓支柱向上升起L后，復位壓縮室下部容積高度為In、底面面積31(活塞I面積)、壓縮量Λ?η、注入初始壓力SP1氣體a，中部容積高度h7、注入初始壓力為P7氣體b，上部容積高度為h2、底面面積32(活塞Π面積)、壓縮量Ah2、注入初始壓力為卩2氣體c，高壓傳遞壓縮室高度為h3、底面面積S3(活塞ΙΠ面積)、壓縮量Ah3、注入初始壓力為P3氣體d，動力壓縮室高度為h4、底面面積S4(活塞IV面積)、壓縮量Ah4、注入初始壓力為P4氣體e，杠杠長端長度L1、短端長度L2。
[0016]當單體液壓支柱穩定后油缸中乳化液壓力為P，此時，由理想氣體狀態方程PV=nRT可得(忽略壓縮前后溫度變化):
[0017]①動力壓縮室為油缸中乳化液壓力為P時動力壓縮室內氣體壓力)
[0018]...P4V4 = P47V47,V4 = S4 X h4,V47 = S4 X (h4-Ah4)
[0019]...Ah4=h4-P4h4/P4/ = h4-P4h4/P
[0020]此時動力桿帶動杠桿長端產生向下的力F4為:
[0021]F4=P47 X S4 = (P4V4"/) X S4 = P4S^4/ (h4-Ah4)
[0022 ]由杠桿原理得杠桿短端向上的力^為:
[0023]-.'F5 XL2 = F4XLi, Ah4/Li = Ah3/L2
[0024].-.F5 = F4L1/L2 = P/S4L1/L2 = PS4L1/L2，Ah3 = Ah4L2/Li
[0025]②高壓傳遞壓縮室:
[0026]...p3v3 = P3Zy3/,V3 = S3Xh3,V37 = S3X (h3_Ah3)
[0027]???p3/ = p3v3/v3/ = p3h3/(h3-Ah3)
[0028]高壓傳遞壓縮室內壓力F3為:
[0029]F3 = P3ZxS3 = P3h3S3/(h3-Ah3)
[0030]③復位壓縮室上部容積:
[0031 ]P2V2 = ?2/^2/ , V2 = S2 X h2 , V27 = S2 X (h2-Ah2) , Ah2 = Ah3
[0032]???p2/ = p2v2/v2/ = p2h2/(h2-Ah2)，Ah2 = Ah4L2/Li
[0033]復位壓縮室上部容積內壓力^為:
[0034]F2 = P2/XS2 = P2h2S2/ (h2~Ah2)
[0035]④復位壓縮室中部容積:
[0036]-.-P7V7 = Pt7Vt7,V7 = S2Xh7^Vy7 = S2X (Ahi+Ah2)
[0037].■.P7/ = P7V7/V7/ = P7h7/ (Ahi+Ah〗)
[0038]復位壓縮室中部容積內壓力F7為:
[0039 ]F7 = Pt7 XS2 = Pyh7S2/ (Ahi+Ah2)
[0040]⑤復位壓縮室下部容積:
[0041 ]...PiV=Pi7Vi7,Vi = Si X hi,Vi7 = Si X (h1-Ahi)
[0042]???p/ = p1v1/v1/ = p1h1/(h1-Ahi)
[0043]復位壓縮室上部容積內壓力^為:
[0044]Fi = Pi7 X Si = PihiSi/ (h1-Ahi)
[0045]