液压支架立柱技术条件(液压支架立柱的工作原理)
导语：液压支架立柱培训教材
立 柱
一、立柱的用途
立柱是液压支架的主要工作机构，用于使液压支架承受顶板载荷，调节支护高度。立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能。
二、立柱的分类、结构、工作原理
在国产液压支架中，立柱根据结构的不同大致可分为：单伸缩立柱和双伸缩立柱两种。在单伸缩立柱中又分为不带机械加长杆和带机械加长杆的二种。
当立柱伸缩比较大时，可选用带机械加长杆的单伸缩立柱，也可选用双伸缩立柱。带机械加长杆的单伸缩立柱结构简单，成本低，但不如双伸缩立柱使用方便。
1、单伸缩立柱
1.1、单伸缩立柱的结构
单伸缩立柱主要由缸体、活柱、导向套、密封件组成。
下图所示为卡环式单伸缩立柱。缸体1位于立柱的最外层，是液压缸的主体。缸体一端为缸口，另一端为焊有凸球面的缸底。缸体上焊有可与操纵阀相连的下腔接头（进液孔）和上腔接头（回液口）。在组装支架时，缸底与支架的底座柱窝相连接。活柱4由柱头、柱管、柱塞三体焊接而成，可在缸体中上下运动，成为液压缸中传递力的重要组件。柱头上部为凸球面，在组装支架时，柱头与顶梁柱窝相连接。柱体表面为先镀锡青铜（或乳白铬）再镀硬铬的双层复合镀层，以防止磨损和锈蚀。柱塞上装有两件树脂夹织物导向环2，以减少柱塞与缸壁的磨损，提高滑动功能。在两件导向环之间装有聚氨酯活塞密封3，组成缸体的下腔密封。导向套5是活柱在往复运动时起导向作用的部件，导向套内表面上装有两件树脂夹织物导向环和聚氨酯杆密封，形成活柱运动时的导向和密封，外表面装有聚氨酯静密封，形成与缸体的密封。卡环9、挡套12、挡圈11共同组成导向套与缸体的连接。防尘圈13和O形密封圈组成导向套的内、外表面防尘作用。
1.2、单伸缩立柱的工作原理
1、升柱 当操纵阀手柄扳到升柱位置时，由操纵阀来的压力液从下腔接头进入立柱活塞腔，使活柱升起，直至顶梁与顶板接触。
2、立柱承载 顶梁与顶板接触后，顶板压力通过顶梁转到活柱。由于在进液管路上装有液控单向阀和安全阀，立柱活塞腔的压力液被单向阀封闭，因而活塞腔的压力随着顶板压力的升高而升高。当压力超过立柱的工作阻力，即超过安全阀的额定工作压力时，安全阀开始卸载，活柱收缩。当压力降到低于安全阀额定工作阻力的90%时，立柱又开始承载。在顶梁与顶板脱开接触之前，压力的传递和安全阀的动作总是这样反复进行。
3、降柱 将操纵阀手柄扳到降柱位置时，由操纵阀来的压力液通过上腔接头进入活柱外面的活塞杆腔，同时打开液控单向阀，使立柱活塞腔的液体经操纵阀与回液管路相通。此时，活柱在液压和自重作用下迅速下降。
2、带加长杆立柱
2.1、带加长杆立柱的结构
带加长杆立柱结构的主要特征是：在立柱中，增加加长杆来补偿立柱的行程。
如下图所示。缸体结构同单伸缩立柱。开口活柱7由柱塞和柱管焊接而成。在缸体中上下运动，成为液压缸中传递力的重要组件。由于下腔密封件采用聚甲醛材料，柱塞处密封和导向由外卡键3、支撑环4与柱塞共同作用。导向套8通过螺纹直接与缸体连接。导向套内孔装有导向环9、蕾形密封圈12、挡圈13、防尘圈14形成与开口活柱的密封和防尘。导向套外槽装有O形密封圈10形成与缸体的静密封。加长杆19带有三个加长杆槽，可与大半环18、保持套17、连接销16和开口活柱形成三个不同的固定位置，分别调节S1、1/2S1行程。加长杆头为凸球面，在组装支架时，与顶梁的柱窝相连接。
2.2、带加长杆立柱的工作原理
当支架的支撑高度不能满足回采高度的要求，可在立柱上安装加长杆来补偿立柱高度。带有机械加长杆的单伸缩立柱的工作原理与不带机械加长杆的单伸缩立柱相同。在一般煤层厚度变化不大的工作面中，在安装时就将加长杆调节到需要的高度，然后，在回采过程中，随着采高的变化，只调节活柱液压行程，而不再调节加长杆长度。只有在煤层高度变化超过活柱的液压行程时，才不得不调节加长杆。
3、双伸缩立柱
3.1双伸缩立柱的结构
双伸缩立柱主要由外油缸17、中油缸18、活柱19、导向套1、导向套2、底阀15及密封件、连接件组成。
如下图所示。外油缸17的结构和作用与单伸缩立柱的缸体相通。中油缸18由中缸底和中缸体焊接而成，其即相当于一级缸的活柱，又相当于二级缸的缸体。其可在外油缸17中上下运动，为液压缸中的主要传力部件。其缸底部装有活塞导向环11、活塞密封13形成与外油缸的密封和导向。中油缸内部装有底阀15，以控制活柱19的升降。中油缸的外表面为先镀锡青铜（或乳白铬）再镀硬铬的双层复合镀层，以防止磨损和锈蚀。其上部通过导向套与外油缸相连，形成密封和导向。活柱19位于中油缸内，可在中油缸内上下运动，为液压缸的主要传力部件。其结构、作用与单伸缩立柱的活柱相同，其柱头部加工有进液孔，该进液孔通过活柱中心深孔与二级缸的环形腔相通。
3.2、双伸缩立柱的工作原理
1、升柱 当操纵阀手柄扳到升柱位置时，由操纵阀来的压力液通过下腔接头进入一级缸的活塞腔，使二级缸首先伸出。一旦二级缸的活塞碰到导向套，一级缸活塞腔内的液体压力上升，促使底阀打开使压力液进入二级缸的活塞腔，活柱伸出。此时，初承力为二级缸的面积乘以供液压力。如需较大的初承力，则可稍加降柱，然后再次升柱到接触顶板，此时，初承力可达到一级缸的初承力。
2、立柱承载 顶梁与顶板接触后，顶板压力由顶梁传到活柱上。由于压力液被底阀封闭，活柱不能回缩，因此压力传到二级缸缸底上。此时，一级缸活塞腔的压力随顶板来压而升高，直到超过立柱工作阻力（即安全阀额定工作压力）时，安全阀开始卸载，二级缸收缩。当压力降到低于安全阀额定工作压力的90%，安全阀关闭，立柱又开始承载。在二级缸未完全缩回以前，压力的传递和安全阀的动作就这样反复进行。当二级缸降到最终位置时，底阀的顶杆接触缸底，底阀打开，二级缸活塞腔的压力液进入一级缸活塞腔（实际使用过程中达不到这种地步），这部分压力液又将二级缸升起一定距离，底阀离开缸底后又关闭。若顶板压力又超过立柱的工作阻力，安全阀又动作，二级缸又降到最终位置，底阀又打开。这样的反复动作，保证了立柱的承载在其工作阻力范围之内。
3、降柱 当操纵阀手柄扳到降柱位置时，由操纵阀来的压力液通过上腔接头进入一级缸活塞杆腔，并打开液控单向阀。同时，一、二级缸活塞腔的液体经操纵阀与回流管相通。此时实现被迫降柱。在二级缸完全回缩时，底阀的顶杆被顶起，底阀打开，二级缸活塞腔的压力液通过底阀流入一级缸活塞腔，再通过下腔接头流至回油管路，同时，压力液进入二级缸活塞杆腔。此时，活柱在液压作用下迅速下降。
4、立柱构成
单伸缩立柱主要由缸体部件、活柱部件、缸口导向套部件和密封元件等组成。
机械加长杆立柱主要由外缸体部件、机械加长活柱、机械加长杆、机械加长杆连接件、外缸口导向套部件和密封元件等组成。
双伸缩立柱主要由外缸体部件、中缸体部件、活柱部件、外缸口导向套部件、中缸口导向套部件和密封元件等组成。
4.1外缸体部件
外缸体部件位于立柱的最外层，是液压缸的主体。外缸体由缸筒、缸底焊接组成，在缸体上设有进、回液口和（或）安全阀接口。在组装支架时，缸底与支架的底座柱窝相连接。
4.1.1缸体主体
立柱缸底大部分为球头形，球头处加工有用于连接的销轴孔，或在缸底两侧设有用于销轴连接的连接耳，以防止立柱在使用中缸底脱出球窝、拔柱和转动。大缸径立柱中，为了连接可靠，可在大球径球头和柱底侧设置压板连接耳。
4.1.2缸口结构
缸口结构有卡环、螺纹两种结构。
卡环结构加工简单、装拆无需专用的工具，但连接的零件数较多可靠性低；常用于小缸径立柱。
螺纹结构常见普通三角螺纹、矩形螺纹两种。普通三角螺纹因连接可靠、防松性能好，常用于较小直径立柱；矩形螺纹牙形参数灵活，测量工具简单，装拆摩擦力矩小，在大缸径立柱中使用得较多。
4.1.3进回液口和安全阀接口
在缸径较小的立柱上，外缸是上、下腔各设置一个液口，在较大缸径的立柱上，外缸的下腔除了设置一个进回液口外，还设置了一个通径较大的安全阀接口，以保证立柱受冲击时的安全。
4.2中缸体部件
中缸体由中缸底和中缸体焊接而成，其即相当于一级缸的活柱，又相当于二级缸的缸体。其可在外油缸中上下运动，为液压缸中的主要传力部件。其缸底部装有活塞导向环、活塞密封，形成与外油缸的密封和导向。中油缸内部装有底阀，以控制活柱的升降。中油缸的外表面为先镀锡青铜（或乳白铬）再镀硬铬的双层复合镀层，以防止磨损和锈蚀。其上部通过导向套与外油缸相连，形成密封和导向。
4.3活柱
活柱一般由柱头、柱管、柱塞三体焊接而成。可在缸体中上下运动，成为液压缸中传递力的重要组件。柱头上部为凸球面，在组装支架时，柱头与顶梁柱窝相连接。柱体表面为先镀锡青铜（或乳白铬）再镀硬铬的双层复合镀层，以防止磨损和锈蚀。柱塞上装有两件导向环，以减少柱塞与缸壁的磨损，提高滑动功能。在两件导向环之间装有活塞密封，组成缸体的下腔密封。
4.4密封导向元件和密封沟槽
4.4.1、密封导向元件
密封元件的形式有多种，活塞用的鼓形密封圈、山形密封圈、带切口的聚氨酯密封圈、复合密封圈等；活塞杆用的蕾形密封圈、复合密封圈等。鼓形密封圈、山形密封圈和蕾形密封圈是应用较早的橡胶密封圈，其密封结构陈旧，可靠性较低，寿命短，但价格低，是传统密封元件，目前仍在使用；其他的是新出现的密封元件，尤其是复合密封圈是一种密封结构先进、可靠性高的产品，是目前高可靠性立柱和千斤顶密封的主流。
导向环是立柱和千斤顶上的一个重要元件，一般由聚甲醛材料制成。
4.4.2、密封沟槽
密封沟槽的结构是依据密封元件的结构而产生的。活塞上的密封沟槽大致可分为两类：整体沟槽和组合沟槽。图（a）为鼓形密封圈的组合沟槽结构；图（b）为采用切口聚氨酯密封圈的整体密封沟槽结构；图（c）为采用聚氨酯复合密封圈的整体密封沟槽结构；活塞杆密封沟槽结构形式无多大变化，一般是整体密封沟槽，如图（c）所示。
4.5缸口导向套组件
缸口导向套组件分为卡环结构、钢丝结构和螺纹结构。
4.5.1卡环结构
卡环结构由导向套、卡环、挡套和挡圈构成，在导向套内设置有活塞杆密封圈组件和导向环，在挡套中设置有防尘圈，导向套中的密封圈和导向环的位置有两侧、前和后之分，一般双导向环在密封圈的两侧，或单导向环位于密封圈的外部，只有在结构不允许时才放在内部。
4.5.2钢丝结构
钢丝结构的导向套是整体结构，它与缸筒的连接通过环形钢丝连接。这种结构可在缸径较小的立柱上使用，连接的可靠性差，目前使用得较少。
4.5.3螺纹结构
螺纹结构的导向套是整体结构，它与缸筒的连接通过螺纹连接，其螺纹按缸筒来说可为内螺纹和外螺纹。
四、立柱规格系列
立柱规格是指立柱外缸体的内径（mm）。
单伸缩立柱规格有：
φ125、φ140、φ160、φ180、φ200、φ230、φ250、φ280、φ320
加长杆立柱规格有：
φ180、φ200、φ230、φ250、φ280、φ320
双伸缩立柱规格有：
φ200、φ230、φ250、φ280、φ320、φ360、φ400、φ500
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