專利名稱：帶壓力表新型單體支柱的制作方法
帶壓力表新型單體支柱是95218181.9《煤礦井下帶胎新型支護支架》附屬權(quán)利繼續(xù)，但它們的作用結(jié)構(gòu)構(gòu)造有極大的不同，屬于系列發(fā)明之一。煤礦支護發(fā)展極快。五十年代是木支柱，六十年代是鋼鐵摩按支柱，七十年代末就有液壓支護支架和單體液壓支柱，在中國煤礦井下使用。高壓液作為支護動力直延續(xù)到九十年代，但是95年煤炭支護技術(shù)發(fā)生一次根本性的信息變革——《煤礦井下新型帶胎支護支架》申請專利被國家專利局批準(zhǔn)！它誕生影響將是巨大的。
煤炭工業(yè)是能源工業(yè)，它一直處于能源工業(yè)重要位置，但是它的生產(chǎn)一直處于惡劣環(huán)境中。水、火、瓦斯、煤塵、頂?shù)装迨鹿蕵?gòu)成五大災(zāi)害。其中頂?shù)资鹿适亲罱?jīng)常發(fā)生的事故，造成人民國家生命財產(chǎn)嚴(yán)重的損失。頂板好壞是采煤工作的關(guān)鍵，好的自然頂權(quán)極少，給大力發(fā)展煤炭事業(yè)造成不可迂越的困難，尋求新的最佳人工頂板變成煤炭戰(zhàn)線廣大職工非常關(guān)心的大事。
金屬摩按支柱和液壓支柱都是支護技術(shù)重大地前進，但都存在極大的不足——克服不了應(yīng)力集中于一點，造成支護一點或局部受力，造成支護工程損壞。煤礦煤層頂板冒落塌方經(jīng)常發(fā)生造成生命財產(chǎn)損失慘重。最佳人工頂板是什么？我回答是釋解應(yīng)力于支護器材各個部位，做到支護器材各個部位或點同時受力，應(yīng)力集中不起來。俗語說天塌壓大家，結(jié)果天塌不不來，每個人都不會被壓例。煤層頂板壓力非常大，變化也很大，堅硬的鋼鐵腿子、梁子有時都會被壓折。固體特點各個部位或點都很堅硬?？梢猿惺茌^大的力量，應(yīng)力集中于一點或局部難以釋解。應(yīng)力集中最容易造成該物損壞，相比之下液體和汽體，應(yīng)力難以集中于一點或局部，沒有固定的形態(tài)，各個部位都較軟灘，不能承受較大的壓力。但當(dāng)我們把它集中于一個封閉容器內(nèi)，密集的液體、汽體——高壓液、高壓汽能承受巨大的沖擊和壓力。受到?jīng)_擊或擠壓時，應(yīng)力會通過分子運動，及時輻射傳送開，形成不了強大應(yīng)力。帶內(nèi)胎的支護器材每點或局部同時受力，汽體優(yōu)于液體和其他固體。能夠釋解應(yīng)力同時也能集中應(yīng)力，這就是帶胎的容器壁的產(chǎn)生彈力。帶胎的容器——支護或支柱受到外力，容器內(nèi)壁每點都要產(chǎn)生一個彈力與相應(yīng)的應(yīng)力平衡，如同籃球受擊后瞬時顫動，瞬時又恢復(fù)，達到彈力與應(yīng)力平衡。這樣狀態(tài)不斷進行。
無形的高壓汽充入封閉的容器內(nèi)作介質(zhì)，形成玻一瑪公式。應(yīng)當(dāng)指出玻一瑪公式解釋有嚴(yán)重錯誤，“V”不是體積而是體面積。在F1力不變的情況下，F(xiàn)1＝V1P1，F(xiàn)2＝V2P2，F(xiàn)1＝F2。體面積變大，壓強變小；壓強變大，體面積變小，即V1P1＝V2P2。
我設(shè)S1為受力面積，即外力煤層頂板面積，支柱控制的面積，下落煤層頂板壓強我設(shè)Qx，它是一個變化多端的未知數(shù)。
設(shè)f1是頂板壓力，f1＝S1Qx。
我們輸入支柱外力f2＝S2Q2，S2是支柱內(nèi)壁面積和，Q2是輸入壓強。F2≠F1，所以S1Qx≠S2Q2，但平衡必須產(chǎn)生，否則就會發(fā)生破壞行為。錳合金鋼無縫鋼管控制F2＝S2Q2，使它不外溢，它拿出一小部分來平衡F1＝S1Qx，如同大人拉著孩子手打轉(zhuǎn)。大人只用極小的力，S2′Q2′＝S1Qx，只使用輸入外力一小部分，表面上還是S2Q2＝S1Qx。
支柱容器靠輸入壓強來維持力量的，壓強大力量就大，壓強小力量就小。它不是煤層頂板壓力，它大于頂板壓力，它是有相當(dāng)大的安全系數(shù)，煤層頂板壓力變化較大，在特定情況下產(chǎn)生壓力是平均壓力若干倍，因此輸入壓強要保持相當(dāng)大，才能保持安全系數(shù)可靠性。彈力F2＞F1，S2Q2＞S1Q1，S2Q2/S1Qx等于安全系數(shù)。
帶壓力表新型單體支柱，主要由內(nèi)胎及其外殼，壓力表和控制器構(gòu)成。壓力表也是壓強表現(xiàn)，這個壓力不是煤層頂板壓力，而是支柱工作能力，帶有安全系數(shù)，它永遠大于煤層頂板壓力。在支柱瀉壓過程中，頂板失去力平衡巖石結(jié)構(gòu)力受到破壞，煤層頂板開始垮落。平時支柱壓力，是工作力所以放在支柱底下的測力器，測出來的是支柱的工作能力，不是頂板壓力。煤層頂板壓力由三個力量構(gòu)成。其一是巖石重量，其二是巖石抗壓力，其三是巖塊摩按力，后二個與重力方向相反，當(dāng)重量超過巖不結(jié)構(gòu)力和巖塊摩按力時，頂板巖石下落。巖石摩按力與巖塊的大小，密度相關(guān)，巖塊結(jié)塊是摩擦力大所致，一般在距煤層頂板十米左右處結(jié)塊，叫結(jié)頂，多數(shù)是3-5米，只有時間較長，冒落高度才達到十米。
一、內(nèi)胎——皮囊?guī)毫Ρ硇滦蛦误w支柱有兩個內(nèi)胎，其一是支柱內(nèi)胎；其二是壓力表內(nèi)胎，兩個內(nèi)胎串聯(lián)著，它們分別安裝在相應(yīng)的容器內(nèi)，壓力表容器按裝支柱內(nèi)腔內(nèi)。汽體特點充滿容器，高不汽更是如此。高壓汽充入支柱內(nèi)胎，內(nèi)胎緊貼支柱內(nèi)壁，內(nèi)胎尺寸與支柱內(nèi)壁一致內(nèi)胎只起防止支柱漏汽。充汽胎皮不膨脹，緊貼支柱內(nèi)壁，沒有撕裂可能。
壓力表內(nèi)也有一個內(nèi)胎，它與支柱內(nèi)胎串聯(lián)著，它也有一個外殼，設(shè)有壓簧放在外殼下部上部裝入個內(nèi)胎。充汽后壓簧受壓縮，放汽后壓簧恢復(fù)原位，壓簧上下運動帶動游標(biāo)指出內(nèi)胎內(nèi)的壓力，也可以換算成壓強。壓力表固定在支柱觀測孔處，請看

圖1。
二、支柱外殼支柱外殼是5毫米厚的錳合金無縫鋼管做成。它由上柱和下柱組合而成，上柱較粗，外徑104毫米，內(nèi)徑94毫米，還有一個頂蓋子，它相應(yīng)比上柱粗，外徑114毫米內(nèi)徑104毫米。頂蓋上設(shè)梁爪四個，10毫米厚頂蓋板，還設(shè)有一個調(diào)整上梁的墊片，用螺釘鉚定在上柱上，比較方便。下柱較細，外徑90毫米內(nèi)徑80毫米，它設(shè)有一個底座，外徑80毫米內(nèi)徑70毫米，頂蓋和底座都設(shè)固定內(nèi)胎的設(shè)施，底座是套在下柱內(nèi)，同樣使用螺釘鉚定。頂蓋50毫米長，底座焊一個直徑為104毫米底板，合計40毫米長。在上柱上還設(shè)有觀測孔，手把和控制器，導(dǎo)向槽放在下柱上。
三、控制器控制器由壓簧、壓簧螺釘、控制頭和外殼及其滑動槽構(gòu)成。按裝在上柱下口，距下口200毫米處，相應(yīng)的下柱下底向上200毫米設(shè)一個鎖窩，鎖窩和控制頭相適應(yīng)。當(dāng)控制頭進駐鎖窩后上下柱就鎖在一起了，無法脫節(jié)了。當(dāng)控制頭入鎖窩后再起動支柱時，要將控制頭移到滑動槽時，擰動手把上勁(順時針擰動)，控制頭自動上提壓緊壓簧，把支柱向上提少許，控制頭進入滑動槽，充汽上下柱相對運動，再反時針擰把手控制頭有一定的壓力，當(dāng)它運動到下柱上口鎖窩時會自動入鎖窩，瀉壓后它會自動進入下口鎖窩，它的作用就是防止上下柱脫節(jié)?？刂破魇莾蓚€成對稱布置，它還起導(dǎo)向調(diào)整上柱位置作用?？刂破靼囱b在上柱上，滑動槽按裝在下柱兩個鎖窩之間?；瑒硬塾?.5毫米薄鐵皮做成，兩幫平行深從底下面算2毫米。上柱內(nèi)徑94毫米，下柱外徑90毫米，它們兩平均空隙是2毫米，滑動槽的兩幫斜在上下柱平均空隙中，導(dǎo)向調(diào)整上下柱運行。
帶壓力表新型單體支柱，不僅新穎，而且比現(xiàn)在單體液壓支柱有明顯突破和優(yōu)點。
1、它帶有壓力表，能保證工作人員直觀知道支柱正常工作否？當(dāng)工作壓力不夠，系數(shù)偏小時，及時調(diào)整高壓汽的壓風(fēng)機供汽的壓強，直到滿足為止。這是液壓單體支柱難以做到。
2、設(shè)有控制器，比液壓單體支柱設(shè)有拉簧好，拉簧不僅加大支柱重量，同時降低它的支撐力量。它們使320個壓強，密封圈是W型的，產(chǎn)生強大的壓力，摩按力特大，拉簧和密封圈都要消耗掉很多支撐力量，我設(shè)計的控制器相對來說耗力很小。
3、結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，制造方便，不用銑床就可以制造成功，重量輕，不超過50公斤，成本低，減輕體力勞動強度。
4、使用高壓汽成本低，新鮮空氣壓縮成高壓汽輸入工作面，施放時可以釋解工作面有害汽體；改善工作環(huán)境，有利職工身心健康，適用高低瓦斯礦井。
帶壓力表新型單體支柱型號鋼材重量力量表(單位毫米、噸)
重量計算1、參數(shù)700～1000型上柱長度700，外徑104，內(nèi)徑94，厚度5毫米，錳合金比重8/m3，抗拉強度35.00/cm2抗彎曲強度5200/cm2，下柱長度600，外徑90，內(nèi)徑80。
2、8π×[(0.052+0.047)(0.052-0.047)×(0.045+0.04)(0.045-0.04)×0.6]+(0.0522×0.01+0.0522×0.01)×8＝8π×0.005
＝8π×3.14×0.005×0.1371＝17kg3、1000～1900型，參數(shù)只有長度上柱1100，下柱1000，其他不變；4、算式8π·0.005(1.1×0.099+1.0×0.095+4×0.0522)＝8×3.14×0.005×(0.1089+0.095+0.0108)＝8×3.14×0.005×0.2138＝27kg5、1900～2700型，參數(shù)只是上下柱長度變長，上柱1.5m，下柱1.4m。
6、算式8π·0.005(0.099×1.5+0.095×1.4+4×0.0522)＝8×3.14×0.005×(0.1485+0.133+0.0108)＝8×3.14×0.005×0.2923＝37kg彈力計算彈力面存在內(nèi)胎內(nèi)，充汽以后內(nèi)胎壁緊貼支柱內(nèi)壁，內(nèi)胎是優(yōu)質(zhì)橡膠塑造而成，壁厚規(guī)定1～1.5mm，因此真正的內(nèi)腔尺寸比支柱內(nèi)腔小2mm。彈力分兩步計算起動力和工作力。類型不同起動力和工作力不同，但它們的機械應(yīng)力是相同的。橫斷面和鋼材相同，拉壓和彎曲面相同。上柱內(nèi)腔直徑92，半徑46，下柱內(nèi)胎內(nèi)胎直徑78，半徑39。
7、700～1000型號支柱(1)起動力πRHQ2+π(R/2)2Q2+πrhQ2+π(r/2)2Q2＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝πQ2(9.2(10+23)+7.8(5.7+19.5)]＝3.14×10[9.2×33+7.8×76.5]＝31.4×[303.6+596.7]＝28.3T(2)運行最終力πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝3.14×10[9.2(30+23)+7.8(57+19.5)]＝3.14[487.6+596.7]＝3.14×1084.3＝34T8、1000～1900型支柱(1)起動力πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝3.14×10[9.2×(10+23)+7.8(99+19.5)]＝31.4×[303.6+7.8×116.5]＝31.4×1212.3＝38.1T
(2)運行最終力πRHQ2+π(R2/4)+πrhQ2+π(r2/4)＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝3.14×10[9.2×(87+23)+7.8(97+19.5)]＝3.14[1012+908.7]＝3.14×1920.7＝60.3T9、1900～2700型支柱(1)起動力πRHQ2+π(R2/4)Q2+πrhQ2+π(r2/4)Q2＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝3.14×10[9.2×(10+23)+7.8(137+19.5)]＝3.14×[33×9.2+7.8×156.5＝31.4×[303.6+1220.7]＝31.4×1524.3＝48T(2)運行最終力πRHQ2+π(R2/4)Q2+πrhQ2+π(r2/4)Q2＝πQ2[R(H+R/4)+r(h+r/4)]＝3.14×10[9.2×(147+23)+7.8(137+19.5)]＝3.14[1564+1220.1]＝3.14×2784.7＝87.4T
10、支柱各種應(yīng)力和安全系數(shù)應(yīng)力即在支柱未充汽前或瀉汽后煤層頂板對支柱施力所造成拉壓和彎曲。我所設(shè)計的帶壓力表單體支柱應(yīng)力主要是支柱的上柱，上柱內(nèi)徑94，外徑104，抗拉壓強度為3500/cm2，抗彎曲強度5200/cm2。
抗壓拉力π·0.005×0.099×3500＝3.14×0.005×0.099×3500＝54T抗彎曲力π·0.005×0.099×5200＝3.14×0.005×0.099×5200＝81T經(jīng)驗和計算基本相符煤層頂板施力給每根支柱的應(yīng)力一般15T左右，它就是我們要求的安全系數(shù)依據(jù)。在說明中已以說明充汽以后頂板施給支柱的應(yīng)力被釋解分散輻射給支柱內(nèi)胎的彈力面，彈力與之平衡。彈力和各種抗應(yīng)力聯(lián)合形成綜合抗力。綜合抗力比標(biāo)準(zhǔn)抗力15T求得安全系數(shù)。
綜合撐力及基安全系數(shù)表 單位(T)
表中彈力是起動彈力和運行最大彈力的平均值，再加壓拉應(yīng)力和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力比求得安全系數(shù)。安全系數(shù)在撐力危機時才用上，平時安全運行。比如700～1000型支柱在運行中瀉汽，當(dāng)支柱彈力小于15T時，支柱本身抗壓拉應(yīng)力馬上投入，抗彎曲應(yīng)力也隨機投入。支撐力出現(xiàn)危機不僅得到緩解，同時給予處理機會，這就是安全系數(shù)的作用。煤礦井下條件非常惡劣，定期壓力變換和不定期變換，難以肯定，安全系數(shù)就是防止一萬或萬一。煤礦井下安全系數(shù)越來越大，這是機械保護措施，大馬拉小車是日常生活中常見現(xiàn)象，滿負荷運營是缺少安全，太大也會造成不必要浪費，有關(guān)生命財產(chǎn)部位安全系數(shù)偏大，如主付井的絞車及其有關(guān)設(shè)施備安全系數(shù)偏大。國家防預(yù)力量也需相當(dāng)安全系數(shù)，鴉片戰(zhàn)爭和八國聯(lián)軍進北京，我們國防力量是單薄的，缺少應(yīng)有的防預(yù)系數(shù)。98年亞洲經(jīng)濟風(fēng)暴席卷東亞，而中國安然無恙，說明我們有相當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。煤礦支護工作是煤礦正常生產(chǎn)的重要工作，必須相當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。支護器材不斷更新?lián)Q代，說明最佳值尚未出現(xiàn)，仍需有關(guān)人員努力！我做點滴工作是拋磚引玉，希望志士同仁給予協(xié)作！11、各種圖標(biāo)說明圖1是摘要標(biāo)說明(1)梁爪(2)頂蓋(3)進出汽嘴(4)壓力表(5)頂蓋壁
(6)上柱壁(7)下柱壁(8)手把(9)控制器(10)滑動槽(11)鉚螺釘(12)底蓋壁(13)底蓋圖2說明書附圖底座正面投影3說明書附標(biāo)說明底座水平投影圖(1)R1＝114(底板直徑)(2)R2＝104(上柱直徑)(3)R3＝94(上柱內(nèi)徑)(4)R4＝90(下柱外徑)(5)R5＝80(下柱內(nèi)徑)(6)R6＝70(底座內(nèi)徑)圖4說明書附圖頂蓋正面投影5說明書附圖頂蓋水平投影圖(1)R1＝114(頂蓋外徑)(2)R2＝104(頂蓋鈉徑)(3)R3＝94(上柱內(nèi)徑)(4)梁爪圖6壓力表正面投影標(biāo)說明(9)壓力游標(biāo)尺圖7說明書附圖汽胎與壓簧關(guān)系標(biāo)說明(6)汽囊(7)觀測孔(8)壓力彈簧圖8壓力表上蓋水平投影標(biāo)說明(1)玻璃窗(2)固定爪(3)鉚釘(4)進出汽孔
(5)壓力表外殼圖9控制器正面投影標(biāo)說明(1)把手(2)壓彈簧(3)控制螺釘(4)控制頭(5)控制器外殼(6)控制頭螺孔(7)鉚螺釘圖10控制器側(cè)面投影圖11控制器水平投影圖12滑動槽正面投影圖(1)A1A2A3A4右?guī)?，B1B2B3B4左幫(2)A1B1，A3B槽底曲面線，A1A2A3A4曲面底(3)A1A2B3B4曲面正面投影(4)鉚釘
權(quán)利要求
1.壓力表內(nèi)胎和支柱內(nèi)胎同時串聯(lián)在支柱內(nèi)腔里，它們互通，壓力表胎內(nèi)壓強可以代替支柱內(nèi)胎壓強，這就是它們工作原理。它們同時按在支柱腔內(nèi)可以避免碰壞損傷。通過觀測孔透過玻璃窗直接看到壓簧游標(biāo)指示壓強數(shù)據(jù)，此項技術(shù)屬于嶄新技術(shù)。
2.控制器，分布在上柱兩側(cè)成對稱形，由外殼，控制頭和壓簧通過控制螺桿聯(lián)接起來，控制頭壓縮壓簧在外殼頂和控制頭之間，它蘊藏壓力，控制頭進入滑動槽后，螺桿擰松，在槽內(nèi)滑動，當(dāng)控制頭滑動到鎖窩時，靠著蘊藏在壓簧內(nèi)的彈力把控制頭壓入鎖窩。鎖窩設(shè)在下柱相應(yīng)位置，當(dāng)控制頭進入鎖窩，上下柱鎖在一起防止脫節(jié)，達到目的。此項技術(shù)用處很多，如測量三角架，照像機三角架。
全文摘要
帶壓力表新型單體支柱,工作原理煤層頂板的壓力為S
文檔編號E21D15/00GK1269456SQ9910505
公開日2000年10月11日 申請日期1999年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月6日
發(fā)明者周長英, 周敬嶺 申請人:周長英