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申请/专利权人：辽宁工程技术大学

摘要：本发明公开了一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，包括液压立柱，用于调节立柱所在的液压支架高度和承受载荷；升降控制系统，与液压立柱连接，用于控制液压立柱的工作液体方向和将液压立柱下腔的液体锁住；快速吸能组件，与液压立柱连接，用于存储和释放冲击来压时排出液压立柱下腔的高压液体，提高排出液压立柱下腔的瞬时流量。本发明在液压立柱中引入蓄能器实现快速吸能让压，冲击地压发生时，蓄能器存储安全阀未能及时排出的高压液体，提高液压立柱在冲击地压发生时立柱下腔卸荷的瞬时流量，间接提高安全阀的通流能力，防止液压立柱因安全阀卸荷流量小导致立柱下腔压力过高而造成的支护失效，提高了液压立柱的抗冲击性能。

主权项：1.一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱的工作方法，其特征在于，带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱包括：液压立柱，用于调节液压立柱所在的液压支架高度和承受载荷；升降控制系统，与所述液压立柱连接，包括方向控制阀和液控单向阀，用于控制液压立柱的工作液体方向和将液压立柱下腔的液体锁住；快速吸能组件，与所述液压立柱连接，包括单向阀、蓄能器和安全阀，用于存储和释放冲击来压时排出液压立柱下腔的高压液体，提高排出液压立柱下腔的瞬时流量；所述蓄能器及安全阀通过所述单向阀和液压立柱下腔连通；所述安全阀通过所述单向阀与液压立柱下腔连接，用于改变安全阀的调定压力来调节立柱的工作阻力；所述蓄能器与所述安全阀相连接，用于存储冲击来压时安全阀未能及时排出的高压液体，提高立柱在冲击地压发生时排出液压立柱下腔的瞬时流量；所述方向控制阀连接在液压立柱和乳化液泵站之间，用于控制液压立柱的工作液体的流动方向；所述液控单向阀连接在所述方向控制阀与液压立柱下腔之间，用于控制液体的单向流动，将液压立柱下腔的液体锁住，使立柱停在要求的工作高度；所述方向控制阀为三位四通电磁换向阀，该三位四通电磁换向阀的阀芯有三个工作位置；所述三位四通电磁换向阀有四个阀口，分别和乳化液泵站、油箱、液压立柱上腔和液压立柱下腔连接；带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱的工作方法为：当方向控制阀工作在右位即阀口P和B接通，T和A接通时，液控单向阀控制油口K进液，液控单向阀反向打开，液压立柱上腔进液，液压立柱下腔回液，立柱降柱；当方向控制阀工作在左位即阀口P和A接通，T和B接通时，液压立柱下腔进液，液压立柱上腔回液，顶起活柱，活柱上升到指定工作高度且立柱下腔压力P0升至初撑压力，升柱完成，升柱完成后方向控制阀工作在中位，阀口P和A、B断开，液控单向阀将液压立柱下腔的液体锁住，使立柱锁定在工作高度；升柱时，若蓄能器压力P1小于系统压力，单向阀打开，高压乳化液流入蓄能器直至蓄能器压力P1和系统压力相同；冲击地压发生时，快速吸能组件吸收排出液压立柱下腔大部分的高压乳化液，改变安全阀的调定压力P2来调节立柱的工作阻力，安全阀的调定压力P2高于蓄能器压力P1和立柱下腔压力P0，冲击载荷载荷作用在液压立柱上，立柱下腔压力P0急速上升，产生液压冲击：当立柱下腔压力P0高于蓄能器压力P1时，单向阀打开，立柱下腔乳化液经单向阀流入蓄能器，蓄能器压力P1升高，蓄能器存储排出液压立柱下腔的高压液体；当立柱下腔压力P0低于蓄能器压力P1时，单向阀关闭，高压液体被锁死在蓄能器内；当蓄能器压力P1超过安全阀的调定压力P2时，安全阀开启卸压，蓄能器压力P1最终稳定在安全阀的调定压力P2附近；冲击来压时，快速吸能组件分为三个工作阶段：第一阶段，冲击来压瞬间,在冲击载荷作用下立柱下腔压力P0快速升高，单向阀打开，立柱下腔乳化液经单向阀全部流入蓄能器内，排出液压立柱下腔的瞬时流量q等于流入蓄能器内的瞬时流量q1，此阶段蓄能器承担全部吸能让位功能；第二阶段，当蓄能器压力P1急速升高至安全阀的调定压力P2时，安全阀开始排液卸压，此时，排出液压立柱下腔的瞬时流量q等于流入蓄能器内的瞬时流量q1和经过安全阀排出的瞬时流量q2之和；强冲击载荷作时，由于安全阀的排液流量小于来压速率，排出安全阀的瞬时流量q2低于流入蓄能器内的瞬时流量q1，即排出液压立柱下腔的液体主要存储在蓄能器内，此阶段蓄能器和安全阀共同承担吸能让位功能；第三阶段，当冲击能量削弱后，立柱下腔压力P0低于蓄能器压力P1，单向阀关闭，不再有液体从液压立柱下腔流入快速吸能组件，蓄能器内储存的高压乳化液通过安全阀持续排液卸荷直至蓄能器压力P1低于安全阀的调定压力P2，安全阀关闭，立柱卸荷让压完成，此阶段安全阀承担全部吸能让位功能。

全文数据：一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱技术领域本发明属于煤矿防冲支护的技术领域，尤其涉及一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱。背景技术冲击地压是煤矿生产中遇到的最严重灾害之一，冲击地压的发生具有瞬时性、突发性和破坏性，同时伴随着大量能量释放，其巨大冲击能作用于煤岩体及巷道，造成煤岩体破碎和巷道及其支护结构破坏。液压立柱具有强支撑力和压力可调的特点，被广范应用在煤矿支护中，液压立柱是煤矿支护过程中的主要的承载部件，立柱的抗冲击性能对支护设备乃至整个工作面的安全性和可靠性起着至关重要的作用。由于开采深度不断增加，地应力随之升高，为提高液压立柱的支撑能力，液压立柱缸径也随之增大，当冲击地压来临时，由于冲击速度大，这就要求液压立柱卸荷排液时，安全阀能够提供上万升每分钟的瞬时流量。但目前矿用安全阀最大额定流量只有1000Lmin，远不能满足冲击地压事故发生时对安全阀瞬时流量的要求，而大流量安全阀研发遇到剧烈振动等问题。发明内容基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，防止液压立柱因安全阀卸荷流量小导致立柱下腔压力过高而造成的支护失效，提高液压立柱的抗冲击性能。为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，液压立柱，用于调节液压立柱所在的液压支架高度和承受载荷；升降控制系统，与所述液压立柱连接，包括方向控制阀和液控单向阀，用于控制液压立柱的工作液体方向和将液压立柱下腔的液体锁住；快速吸能组件，与所述液压立柱连接，包括单向阀、蓄能器和安全阀，用于存储和释放冲击来压时排出液压立柱下腔的高压液体，提高排出液压立柱下腔的瞬时流量。进一步的，所述蓄能器及安全阀通过所述单向阀和液压立柱下腔连通；所述安全阀通过所述单向阀与液压立柱下腔连接，用于改变安全阀的调定压力来调节立柱的工作阻力；所述蓄能器与所述安全阀相连接，用于存储冲击来压时安全阀未能及时排出的高压液体，提高立柱在冲击地压发生时排出液压立柱下腔的瞬时流量。可选的，所述方向控制阀连接在液压立柱和乳化液泵站之间，用于控制液压立柱的工作液体的流动方向；所述液控单向阀连接在所述方向控制阀与液压立柱下腔之间，用于控制液体的单向流动，将液压立柱下腔的液体锁住，使立柱停在要求的工作高度。进一步的，所述方向控制阀为三位四通电磁换向阀，该三位四通电磁换向阀的阀芯有三个工作位置；所述三位四通电磁换向阀有四个阀口，分别和乳化液泵站、油箱、液压立柱上腔和液压立柱下腔连接。进一步的，所述液控单向阀带有控制油口，用于控制液体的反向流通。由上，本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱结合蓄能器吸能储存高压液体的特点，在液压立柱中引入蓄能器实现快速吸能让压，冲击地压发生时，蓄能器存储安全阀未能及时排出的高压液体，提高液压立柱在冲击地压发生时立柱下腔卸荷的瞬时流量，间接提高安全阀的通流能力，防止液压立柱因安全阀卸荷流量小导致立柱下腔压力过高而造成的支护失效，提高了液压立柱的抗冲击性能。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱的示意图；图2为本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱的原理图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。如图1和图2所示，本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱包括液压立柱、位于所述液压立柱中并在其内上下移动的活柱1、升降控制系统和快速吸能组件，其中，本发明的液压立柱为双作用液压立柱，用来调节活柱1所在液压支架高度和承受载荷，顶板压力作用在活柱1上，通过改变液压立柱上腔2和液压立柱下腔3中工作液体的压力和方向来控制活柱1的伸出和缩回从而实现支架高度调节，液压立柱型式为单活塞杆式或伸缩式，图2以单活塞杆式双作用液压立柱为例。其中，乳化液泵站9为液压立柱提供压力可调的乳化液。本发明的升降控制系统包括液控单向阀4和方向控制阀8，当立柱升柱时，液压立柱下腔3进液，液压立柱上腔2回液；当立柱降柱时，液控单向阀4控制油口K进液，液控单向阀4反向打开，液压立柱下腔3回液，液压立柱上腔2进液。方向控制阀8连接在液压立柱和乳化液泵站9之间，用于控制液压立柱的工作液体方向，液控单向阀4连接在所述方向控制阀8与液压立柱下腔3之间，用于将液压立柱下腔3的液体锁住，使活柱1停在要求的工作高度。另外，方向控制阀8为三位四通电磁换向阀，该三位四通电磁换向阀的阀芯有三个工作位置；所述三位四通电磁换向阀有四个阀口，分别和乳化液泵站9、油箱、液压立柱上腔2和液压立柱下腔3连接。当三位四通电磁换向阀的阀芯处于乳化液泵站阀口和液压立柱下腔阀口连通位置时，高压乳化液经液控单向阀4进入液压立柱下腔3，推动液压立柱内的活柱1向上移动，同时液压立柱上腔2中的液体排出；当三位四通电磁换向阀的阀芯处于乳化液泵站阀口和液压立柱上腔阀口连通位置时，高压乳化液从液压立柱上腔2进入，推动液压立柱内的活柱1向下移动，同时，液控单向阀4反向打开，液压立柱下腔3中的液体通过液控单向阀4排出。本发明的快速吸能组件包括单向阀5、蓄能器6和安全阀7，其中，蓄能器6及安全阀7通过单向阀5和液压立柱下腔3接通，改变安全阀7的调定压力来调节立柱的工作阻力。蓄能器6用于存储冲击来压时安全阀7未能及时排出的高压液体，提高液压立柱在冲击地压发生时排出液压立柱下腔3的瞬时流量，间接提高安全阀7的通流能力。单向阀5用于保证液体的单向流动，蓄能器6内的高压乳化液不倒流回液压立柱下腔3。快速吸能组件用来存储和释放冲击来压时排出液压立柱下腔3的高压液体，提高排出液压立柱下腔的瞬时流量，防止排液速率和冲击来压速率不匹配导致的立柱失效，提高了液压立柱的抗冲击性能。快速吸能组件的布置图，如图1所示。下面，参照图1～图2并结合上述结构描述，对本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱的工作过程进行描述：乳化液泵站9为液压立柱提供动力，调节系统压力为液压立柱的初撑压力。方向控制阀8用于控制工作液体的流动方向，当方向控制阀8工作在右位即阀口P和B接通，T和A接通时，液控单向阀4控制油口K进液，液控单向阀4反向打开，液压立柱上腔2进液，液压立柱下腔3回液，立柱降柱；当方向控制阀8工作在左位即阀口P和A接通，T和B接通时，液压立柱下腔3进液，液压立柱上腔2回液，顶起活柱1，活柱1上升到指定工作高度且立柱下腔压力P0升至初撑压力，升柱完成，升柱完成后方向控制阀8工作在中位，阀口P和A、B断开，液控单向阀4将液压立柱下腔3的液体锁住，使立柱锁定在工作高度。升柱时，若蓄能器压力P1小于系统压力，单向阀5打开，高压乳化液流入蓄能器6直至蓄能器压力P1和系统压力相同。冲击地压发生时，快速吸能组件吸收排出液压立柱下腔3大部分的高压乳化液，改变安全阀7的调定压力P2来调节立柱的工作阻力，安全阀7的调定压力P2高于蓄能器压力P1和立柱下腔压力P0。冲击载荷载荷作用在液压立柱上，立柱下腔压力P0急速上升，产生液压冲击：当立柱下腔压力P0高于蓄能器压力P1时，单向阀5打开，立柱下腔乳化液经单向阀5流入蓄能器6，蓄能器压力P1升高，蓄能器6存储排出液压立柱下腔3的高压液体，以充气式蓄能器为例，液体的动能转化为气体的压力能；当立柱下腔压力P0低于蓄能器压力P1时，单向阀5关闭，高压液体被锁死在蓄能器6内；当蓄能器压力P1超过安全阀7的调定压力P2时，安全阀7开启卸压，蓄能器压力P1最终稳定在安全阀7的调定压力P2附近。其中，单向阀5用于保证液体的单向流动，蓄能器6内的高压乳化液不倒流回液压立柱下腔3，保证液压立柱下腔3的压力时刻在安全范围内。冲击来压时，快速吸能组件分为三个工作阶段。第一阶段，冲击来压瞬间,在冲击载荷作用下立柱下腔压力P0快速升高，单向阀5打开，立柱下腔乳化液经单向阀5全部流入蓄能器6内，排出液压立柱下腔的瞬时流量q等于流入蓄能器6内的瞬时流量q1，此阶段蓄能器6承担全部吸能让位功能。第二阶段，当蓄能器压力P1急速升高至安全阀7的调定压力P2时，安全阀7开始排液卸压，此时，排出液压立柱下腔的瞬时流量q等于流入蓄能器6内的瞬时流量q1和经过安全阀7排出的瞬时流量q2之和。强冲击载荷作时，由于安全阀7的排液流量远小于来压速率，排出安全阀7的瞬时流量q2远低于流入蓄能器6内的瞬时流量q1，即排出液压立柱下腔的液体主要存储在蓄能器6内，此阶段蓄能器6和安全阀7共同承担吸能让位功能。第三阶段，当冲击能量削弱后，立柱下腔压力P0低于蓄能器压力P1，单向阀5关闭，不再有液体从液压立柱下腔3流入快速吸能组件，蓄能器6内储存的高压乳化液通过安全阀7持续排液卸荷直至蓄能器压力P1低于安全阀7的调定压力P2，安全阀7关闭，立柱卸荷让压完成，此阶段安全阀7承担全部吸能让位功能。蓄能器6用于存储冲击来压时安全阀7未能及时排出的高压液体，提高排出液压立柱下腔3的瞬时流量，延长安全阀7排液时间，解决了液压立柱在强冲击载荷作用下因安全阀流量限制而造成的液压立柱失效，提高了液压立柱在冲击载荷作用下的防冲性能。本发明的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱结合蓄能器吸能储存高压液体的特点，在液压立柱中引入蓄能器实现快速吸能让压，冲击地压发生时，蓄能器存储安全阀未能及时排出的高压液体，提高液压立柱在冲击地压发生时立柱下腔卸荷的瞬时流量，间接提高安全阀的通流能力，防止液压立柱因安全阀卸荷流量小导致立柱下腔压力过高而造成的支护失效，提高了液压立柱的抗冲击性能。以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，其特征在于，包括：液压立柱，用于调节液压立柱所在的液压支架高度和承受载荷；升降控制系统，与所述液压立柱连接，包括方向控制阀和液控单向阀，用于控制液压立柱的工作液体方向和将液压立柱下腔的液体锁住；快速吸能组件，与所述液压立柱连接，包括单向阀、蓄能器和安全阀，用于存储和释放冲击来压时排出液压立柱下腔的高压液体，提高排出液压立柱下腔的瞬时流量。2.如权利要求1所述的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，其特征在于，所述蓄能器及安全阀通过所述单向阀和液压立柱下腔连通；所述安全阀通过所述单向阀与液压立柱下腔连接，用于改变安全阀的调定压力来调节立柱的工作阻力；所述蓄能器与所述安全阀相连接，用于存储冲击来压时安全阀未能及时排出的高压液体，提高立柱在冲击地压发生时排出液压立柱下腔的瞬时流量。3.如权利要求1所述的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，其特征在于，所述方向控制阀连接在液压立柱和乳化液泵站之间，用于控制液压立柱的工作液体的流动方向；所述液控单向阀连接在所述方向控制阀与液压立柱下腔之间，用于控制液体的单向流动，将液压立柱下腔的液体锁住，使立柱停在要求的工作高度。4.如权利要求3所述的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，其特征在于，所述方向控制阀为三位四通电磁换向阀，该三位四通电磁换向阀的阀芯有三个工作位置；所述三位四通电磁换向阀有四个阀口，分别和乳化液泵站、油箱、液压立柱上腔和液压立柱下腔连接。5.如权利要求3所述的带有蓄能器快速吸能让位的液压立柱，其特征在于，所述液控单向阀带有控制油口，用于控制液体的反向流通。

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