CN111058882B - 一种防冲击超前液压支架的顶梁 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防冲击超前液压支架的顶梁，包括前支架，后支架，前顶梁箱体，后顶梁箱体，金属球，聚氨酯球，吸能柱；所述吸能柱由橡胶顶、骨架、固定圈、弹簧、橡胶基体、安装板等组成；骨架由多根弧形钢丝骨架和圆圈钢丝骨架组成，封装在橡胶顶中。顶梁能够快速适应各种情况凹凸不平的顶板，橡胶顶先产生形变，实现一级吸载；然后弹簧和橡胶基体将同时产生弹性变形，实现二级吸载；安装板推移顶梁箱体内金属球和聚氨酯球产生摩擦，实现三级吸载。本发明的一种防冲击超前液压支架的顶梁能够快速自适应全面接顶，承压均匀，适应不同级别的冲击载荷，逐级吸载，有效的吸收顶板的冲击能量，有效提高了巷道超前液压支架的支护效果。

Description

一种防冲击超前液压支架的顶梁

技术领域

本发明涉及煤矿回采巷道超前支护领域，特别涉及一种具有防冲击功能的超前液压支架的顶梁。

背景技术

超前液压支架主要用于煤矿回采巷道的超前临时支护，以保障煤矿开采过程中，巷道顶板的稳定性，但由于煤矿巷道地质条件、工况环境复杂，冲击地压、采动应力等因素的影响，常产生瞬时重载的冲击载荷，这种载荷会直接作用在超前液压支架的顶梁上，引起超前支架失效，失去巷道支撑的作用，导致巷道顶板冒落、坍塌等施工危险，严重影响煤矿开采安全。

发明专利201811143634.7公开了一种超前液压支架自适应顶梁，该方法是通过顶梁与立柱的限位装置，让超前支架顶梁在纵向和横向两个方向都具有一定摆动能力，该方法存在的问题是只能通过改变顶梁横向和纵向的倾斜角来适应具有一定倾斜角度的巷道顶板，而对于凹凸不平的顶板不能密切接触，并且不具有较好的吸能防冲能力，抗冲击性能较差，达不到理想的支护状态。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种防冲击超前液压支架的顶梁，该顶梁能够快速适应凹凸不平的顶板形状，实现与顶板的密切接触，具有瞬时吸载能力，支护强度高，具备全面防护防冲的作用，能有效保证井下开采安全。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种防冲击超前液压支架的顶梁，包括前支架，后支架，前顶梁箱体，后顶梁箱体，金属球，聚氨酯球，吸能柱。

进一步的，前支架、后支架为超前支架的主体部分，前支架上端连接有前顶梁箱体，后支架上端连接有后顶梁箱体，两个箱体中分别装有金属球和聚氨酯球。

更进一步的，前顶梁箱体与后顶梁箱体内均布满金属球与聚氨酯球，且在各个箱体内金属球与聚氨酯球的体积分数比为1:1，其中金属球的直径大小有四种类型，分别为12mm、16mm、18mm、20mm，在各个箱体内的个数比例为1:1:1:1，其中聚氨酯球的直径大小有四种类型，分别为18mm、20mm、24mm、30mm，各个箱体内的个数比例分别为1:1:1:1。

更进一步的，所述吸能柱由橡胶顶、骨架、固定圈、弹簧、橡胶基体、安装板、接头和连接管组成。

更进一步的，骨架由多根弧形钢丝骨架和圆圈钢丝骨架组成。

更进一步的，骨架封装在橡胶顶中，橡胶顶安装在固定圈上，弹簧封装在橡胶基体内，橡胶基体固定在安装板上，固定圈的下端安装有接头，接头的下端固定在连接管上。

更进一步的，顶梁上端并列安装有多根吸能柱，吸能柱可在箱体中上下滑动。

再进一步的，超前液压支架工作前，先将吸能柱的连接管与气源连接，橡胶顶内被充气而膨胀，橡胶顶内气体达到额定压力时，充气过程结束。

本发明的工作原理如下：

快速自适应接顶。超前液压支架工作时，液压支架将顶梁升起，顶梁上吸能柱的橡胶顶与煤矿巷道的顶板接触；因巷道顶板凹凸不平，当橡胶顶与顶板的凸起部分接触时，吸能柱被压下而向下移动，同时安装板推移下端的金属球和聚氨酯球，金属球和聚氨酯球在安装板的推移下在顶梁箱体内移动；凸起位置下的金属球和聚氨酯球移动到凹起位置处，金属球和聚氨酯球推动顶板凹起位置下的吸能柱向上移动，吸能柱上的橡胶顶与凹起位置全面接触；实现不同位置处的橡胶顶与顶板间全面接触。因金属球和聚氨酯球能够快速的在顶梁箱体内移动，满足吸能柱的上下移动功能，所以本发明中的顶梁能够快速适应不同凹凸情况的顶板，使得超前液压支架与巷道顶板间产生均匀的接触支撑，实现顶梁的快速自适应接顶与有效支撑。

多级吸载支护。当超前液压支架受到巷道顶板的瞬时冲击载荷时，如果冲击载荷值较小，这时吸能柱上端的橡胶顶会发生弹性变形吸收顶板的冲击能量，并保证顶梁与顶板间的支护力处于相对恒定状态，保证巷道顶板和超前支架顶梁处于完好状态；当超前液压支架受到巷道顶板的冲击载荷较大时，橡胶顶的变形无法完全吸收冲击能量，这时弹簧和橡胶基体将同时产生弹性变形，吸收剩余的冲击能量；当超前液压支架受到巷道顶板的冲击能量非常大时，橡胶顶、弹簧和橡胶基体的变形仍然无法完全吸收冲击能量时，吸能柱会在冲击载荷作用下移动，吸能柱下端的安装板推移顶梁箱体内金属球和聚氨酯球，这时金属球和聚氨酯球间会发生相对摩擦而吸收一部分能量，此外在安装板的作用下聚氨酯球会发生弹性变形而吸收能量，因箱体内的金属球和聚氨酯球大小不一、数量多，所以金属球、聚氨酯球在接触摩擦和变形过程中会吸收大量的能量，保证巷道顶板和超前液压支架不会在冲击载荷作用下损坏。在巷道顶板不同级别的冲击能量下，顶梁能够实现不同级别的承载和吸能，达到理想的支护状态。

本发明具有下述优点：

（1）能够快速适应各种情况凹凸不平的顶板，实现顶梁与顶板的全面接触，承压均匀，有效避免冲击地压来临时由于顶板不平造成的应力集中破坏。

（2）能够适应不同级别的冲击载荷，逐级吸载，有效的吸收顶板的冲击能量，避免冲击地压来临造成的损坏，达到有效支护，确保井下操作空间的安全。

（3）整套装置结构简单，可以根据实际情况进行安设，实施和操作性强。

附图说明

图1为本发明一种防冲击超前液压支架的顶梁结构示意图。

图2为本发明一种防冲击超前液压支架的顶梁工作状态示意图。

图3为本发明一种防冲击超前液压支架的顶梁的吸能柱结构示意图。

图4为图3吸能柱的骨架示意图 。

其中，1-前支架，2 -后支架，3-前顶梁箱体，4-后顶梁箱体，5 -金属球，6-聚氨酯球，7-吸能柱，8-橡胶顶，9-骨架 ，9-1-弧形钢丝骨架，9-2-圆圈钢丝骨架，10-固定圈，11-弹簧，12-橡胶基体 ，13-安装板，14-接头，15 -连接管 。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参见图1至图4对本发明一种防冲击超前液压支架的顶梁进行详细说明，本发明的一种防冲击超前液压支架的顶梁主要适用于超前液压支架。

如图1至图4所示，本发明一种防冲击超前液压支架的顶梁包括前支架（1），后支架（2），前顶梁箱体（3），后顶梁箱体（4），金属球（5），聚氨酯球（6），吸能柱（7），橡胶顶（8），骨架（9），弧形钢丝骨架（9-1），圆圈钢丝骨架（9-2），固定圈（10），弹簧（11），橡胶基体（12） ，安装板（13），接头（14），连接管（15）。

前支架（1）、后支架（2）为超前支架的主体部分，前支架（1）上端连接有前顶梁箱体（3），后支架（2）上端连接有后顶梁箱体（4），两个箱体中分别装有金属球（5）和聚氨酯球（6），箱体内金属球（5）与聚氨酯球（6）的体积分数比为1:1，金属球（5）的直径大小分别12mm、16 mm、18 mm、20mm，个数比例分别为1:1:1:1，聚氨酯球的直径分别为18 mm、20 mm、24mm、30mm，个数比例分别为1:1:1:1。

顶梁上端并列安装有多根吸能柱（7），吸能柱（7）可在箱体中上下滑动。吸能柱（7）由橡胶顶（8）、骨架（9）、固定圈（10）、弹簧（11）、橡胶基体（12）、安装板（13）和接头（14）、连接管（15）组成。其中骨架（9）由多根弧形钢丝骨架（9-1）和圆圈钢丝骨架（9-2）组成，骨架（9）封装在橡胶顶（8）中，橡胶顶（8）安装在固定圈（10）上，弹簧（11）封装在橡胶基体（12）内，橡胶基体（12）固定在安装板（13）上，固定圈（10）的下端安装有接头（14），接头（14）的下端固定在连接管（15）上。

超前液压支架不工作状态下，顶梁的初始位置如图1所示，当超前液压支架进行支护时，首先将连接管（15）与气源连接，这时橡胶顶（8）内被充气而膨胀，橡胶顶（8）内气体达到额定压力时，充气过程结束。超前液压支架工作时，液压支架将顶梁升起，如图2所示，顶梁上吸能柱（7）的橡胶顶（8）与煤矿巷道的顶板接触，因巷道顶板凹凸不平，橡胶顶（8）与顶板的凸起部分接触时，吸能柱（7）被压下而向下移动，同时安装板（13）推移下端的金属球（5）和聚氨酯球（6），金属球（5）和聚氨酯球（6）在安装板（13）的推移下在顶梁箱体（3、4）内移动；凸起位置下的金属球（5）和聚氨酯球（6）移动到凹起位置处，金属球（5）和聚氨酯球（6）推动顶板凹起位置下的吸能柱（7）向上移动，吸能柱（7）上的橡胶顶（8）与顶板凹起位置全面接触，不同位置处的橡胶顶（8）与顶板接触后会发生变形，橡胶顶（8）的接触面与顶板间全面接触。因金属球（5）和聚氨酯球（6）能够快速的在顶梁箱体（3、4）内移动，满足吸能柱（7）的上下移动功能，所以在顶板不同凹凸情况下，顶梁都能与巷道顶板间产生均匀的接触支撑，达到快速自适应接顶支护的效果。

当冲击地压来临时，先是吸能柱（7）上端的橡胶顶（8）发生弹性变形吸收顶板的一部分冲击能量，此为一级吸能；若橡胶顶（8）的变形无法完全吸收冲击能量，这时弹簧（11）和橡胶基体（12）将同时产生弹性变形，吸收剩余的冲击能量，此为二级吸能；当橡胶顶（8）、弹簧（11）和橡胶基体（12）的变形仍然无法完全吸收冲击能量时，吸能柱（7）会在冲击载荷作用下移动，吸能柱（7）下端的安装板（13）推移顶梁箱体（3、4）内金属球（5）和聚氨酯球（6），这时金属球（5）和聚氨酯球（6）间会发生相对摩擦而吸收一部分能量，此外在安装板（13）的作用下聚氨酯球（6）会发生弹性变形而吸收能量，因箱体内的金属球（5）和聚氨酯球（6）大小不一、数量多，所以金属球（5）和聚氨酯球（6）在接触摩擦和变形过程中会吸收大量的能量，此为三级吸能。在不同等级冲击能量的情况下，顶梁均能有效保证巷道顶板和超前液压支架不会在冲击载荷作用下损坏。

以上所述是对本发明的有效实施方式进行描述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，包括前支架，后支架，前顶梁箱体，后顶梁箱体，金属球，聚氨酯球，吸能柱；

所述吸能柱由橡胶顶、骨架、固定圈、弹簧、橡胶基体、安装板、接头和连接管组成；

所述骨架由多根弧形钢丝骨架和圆圈钢丝骨架组成；

所述骨架封装在橡胶顶中，橡胶顶安装在固定圈上，弹簧封装在橡胶基体内，橡胶基体固定在安装板上，固定圈的下端安装有接头，接头的下端固定在连接管上；

所述前支架、后支架为超前支架的主体部分，前支架上端连接有前顶梁箱体，后支架上端连接有后顶梁箱体，两个箱体中分别装有金属球和聚氨酯球；

所述顶梁上端并列安装有多根吸能柱，可在箱体中上下滑动，快速适应凹凸不平的顶板形状，实现与顶板的密切接触；

所述吸能柱，具有瞬时吸载能力，当冲击载荷来临时，吸能柱中橡胶顶先产生形变，实现一级吸载；然后弹簧和橡胶基体将同时产生弹性变形，吸收冲击能量，实现二级吸载；吸能柱会在剩余冲击载荷作用下移动，吸能柱下端的安装板推移顶梁箱体内金属球和聚氨酯球，金属球和聚氨酯球间会发生相对摩擦，同时聚氨酯球会发生弹性变形，吸收大量能量，实现三级吸载；

所述吸能柱连接管，主要是用于在超前液压支架工作前，与气源连接，对橡胶顶进行充气使橡胶顶膨胀，橡胶顶内气体达到额定压力时，充气过程结束。

2.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，所述前支架、后支架为超前支架的主体部分，前支架上端连接有前顶梁箱体，后支架上端连接有后顶梁箱体。

3.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，前顶梁箱体与后顶梁箱体内均布满金属球与聚氨酯球，且在各个箱体内金属球与聚氨酯球的体积分数比为1:1，其中金属球的直径大小有四种类型，分别为12mm、16mm、18mm、20mm，在各个箱体内的个数比例为1:1:1:1，其中聚氨酯球的直径大小有四种类型，分别为18mm、20mm、24mm、30mm，各个箱体内的个数比例分别为1:1:1:1。

4.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，顶梁上端并列安装有多根吸能柱，吸能柱可在箱体中上下滑动。

5.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，工作前，先将吸能柱的连接管与气源连接，橡胶顶内被充气而膨胀，橡胶顶内气体达到额定压力时，充气过程结束。

6.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，前顶梁箱体与后顶梁箱体内的金属球与聚氨酯球可以自由移动，且聚氨酯球可以受压变形。

7.根据权利要求1所述的防冲击超前液压支架的顶梁，其特征在于，顶梁上吸能柱的橡胶顶与煤矿巷道的顶板直接接触。

Images