单体液压支柱
技术领域
本实用新型涉及一种矿用支护装备，特别涉及一种单体液压支柱。
背景技术
单体液压支柱是煤矿井下广泛使用的支护设施，包括顶盖、活柱体、三用阀、油缸、底座、复位弹簧等。现有单体液压支柱主要与金属铰接顶梁配套用于普采和炮采用工作面支护顶板以及采煤工作面、掘进工作面临时支护，其主要由顶梁形成大面积支护。在煤质较松软的炮采工作面内使用时，对活柱体镀层表面采取保护措施，以防崩坏。支柱与顶梁配合或做点柱使用时，通常需要将顶盖换成柱帽增大接触面积，以免破坏顶板的完整性。但在用于采煤工作面或掘进工作面临时支护的点柱支护时，由于现有顶帽支护面积小，且顶帽由顶盖上的四个卡爪支撑，而由于顶帽固定在活柱顶端，顶帽不能随工作面顶板坑洼不平的现场条件灵活转动而调整角度，极易导致顶帽损坏，且支护面积要求稍大时，还需要设多个支柱，或者在顶帽上设置垫板类构件，增大工作量或增加危险性。为此，需要进一步改进。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有顶帽结构尺寸小且不能自适应转动倾斜的不足，提供一种单体液压支柱，该支柱通过在顶盖上球铰一具有球壳的顶托，顶托的支撑面显著大于顶盖外周轮廓尺寸，可有效增大单根支柱的支护面积，并利用球铰结构形成万向角度的自适应调节。适用于掘进工作面临时支护、采煤工作面顶板局部支护和顶板局部垮塌隐患处理时的临时支护。
为实现前述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种单体液压支柱，包括顶盖；所述顶盖的顶端中部形成有球窝，顶盖上设有顶托，顶托上形成有轮廓尺寸显著大于顶盖外周的支撑面，顶托中部形成有球壳结构，顶托通过球壳结构与所述球窝球铰配合在所述顶盖上；顶托中部还设有穿透球壳的穿销孔，该穿销孔内穿设有销轴，销轴里端与顶盖连接，穿销孔直径大于销轴设定值，以确保顶托能够绕顶盖形成设定角度的偏摆，且销轴上还设有阻止顶托脱落的第一挡圈和防止第一挡圈脱出的锁销。
采用前述技术方案的本实用新型，通过在支柱的顶盖上通过球窝铰接具有球壳结构的顶托，顶托利用球铰结构能够与工作面顶板或临时需要支护的顶板的倾斜或坑洼不平形成自适应的倾斜角度自动调节，从而形成良好的支护。其中，顶托可采用薄板钢材冲压成形，也可采用轻质高强度的工程塑料等非金属材料注塑成型等，顶托的支撑面形状可制作成圆形、矩形或正方形，其轮廓尺寸显著大于是指二者的比值为2倍及以上。为了保证顶托对顶板的自适应支撑调节范围，顶盖上部为倾斜面或锥面。顶托与顶盖之间还通过销轴、第一挡圈和锁销防止二者分离，以有效防止顶托脱落，确保使用安全，球壳的凹陷部分为销轴、第一挡圈和锁销提供安装空间，使其不额外占用高度，从而提高结构稳定性，从另一个方面提高使用安全性。其结构简单、特别适用于掘进工作面、采煤工作面顶板局部支护和顶板局部垮塌隐患处理时的临时支护。
优选的，所述销轴上设有对所述顶盖和顶托形成压紧的弹性加载元件。以通过加载弹簧保持凸凹球面形成紧密贴合，利用弹簧的回正趋势力使顶托自动回正与顶盖形成大面积接触状态，提高球铰稳定性。
进一步优选的，所述第一挡圈为球面垫圈；所述弹性加载元件通过所述第一挡圈向顶托施加载荷，弹性加载元件外端设有第二挡圈，第二挡圈套装在所述销轴上；所述锁销位于所述第二挡圈外端。球面垫圈用于增大与顶托上球壳内球面的接触面积，利于弹性加载元件的预加载荷均匀施加在顶托上，延长第一挡圈使用寿命；通过第二挡圈和锁销形成结构简单的预加载荷可靠施加结构，降低制造成本。
进一步优选的，所述弹性加载元件为碟簧或钢丝压缩弹簧。压缩钢丝压缩弹簧包括圆柱压缩弹簧和圆锥压缩弹簧，而碟簧具有轴向尺寸小、刚度好等特性；三者均可直接在市场上直接采购，以提高制造效率，降低制造成本。
进一步优选的，所述顶托的支撑面上形成有防滑齿或者覆盖有防滑材料构成的防滑层。以增大摩擦系数，增大摩擦阻力，提高支护稳定性。
更进一步优选的，在形成有防滑齿的方案中，所述防滑齿分布在多个同心圆的上。进一步增强防滑效果，并方便通过切削加工方式形成防滑齿。
优选的，还包括活柱和位于活柱顶端内部的密封盖组件；所述顶盖套装在所述活柱顶端；所述密封盖组件中部形成有凹坑；所述销轴具有位于所述凹坑内的头部，销轴的头部大于顶托上设置的用于穿设销轴的穿销孔直径。以便采用顶托和顶盖呈分离状态的运输方式，销轴大部分藏匿在密封盖组件的凹坑中，确保运输方便。安装时，将顶托套在销轴的杆部后，将销轴向上拉出，依次装设第一挡圈、加载弹簧、第二挡圈和锁销即可。
进一步优选的，所述头部与所述穿销孔接触的端面为球面。以便在需要销轴随顶托倾斜角度自适应摆动时，销轴摆动灵活，进一步确保顶托倾斜角度自适应调节灵活、方便和可调性能可靠。
本实用新型的有益效果是，顶托能够根据支护面状况自适应调节倾斜角度，且单点支护面积大，特别适用于综采工作面顶板局部支护和顶板局部垮塌隐患处理时的临时支护。且结构简单，功能可靠，使用安全，运输方便。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图，其中，顶托的支撑面与水平面平行。
图2是本实用新型图1中的A部放大。
图3是本实用新型的部分结构示意图，其中，顶托的支撑面与水平面倾斜a度的角度。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
参见图1、图2，一种单体液压支柱，包括顶盖1、活柱8和位于活柱8顶端内部的密封盖组件9；顶盖1套装在所述活柱8顶端；所述密封盖组件9中部形成有凹坑；顶盖1的顶端中部形成有球径为SR1的球窝，顶盖1上部为倾斜面或锥面，顶盖1上设有顶托2，顶托2上形成有轮廓尺寸大于或等于顶盖1外周轮廓尺寸2倍及以上的支撑面2a，顶托2中部形成有球壳结构，顶托2通过球壳结构与所述球窝球铰配合在所述顶盖1上；顶托2中部还设有穿透球壳的穿销孔，该穿销孔内穿设有销轴3，销轴3里端与顶盖1连接，穿销孔直径大于销轴3设定值，以确保顶托2能够绕顶盖1形成设定角度的偏摆，且销轴3上还设有阻止顶托2脱落的第一挡圈4和防止第一挡圈4脱出的锁销5。其中，顶托2的支撑面2a为直径为D的圆形；顶盖1最大部分的直径为d，并且D/d≥2。
其中，所述销轴3上设有对所述顶盖1和顶托2形成压紧的弹性加载元件6。具体为，所述第一挡圈4为球面垫圈；所述弹性加载元件6通过所述第一挡圈4向顶托2施加载荷，弹性加载元件6外端设有第二挡圈7，第二挡圈7套装在所述销轴3上；所述锁销5位于所述第二挡圈7外端。而弹性加载元件6为碟簧；锁销5为圆柱销或圆锥销。顶托2的支撑面2a上形成有防滑齿，且防滑齿分布在多个同心圆的上。进一步增强防滑效果，并方便通过切削加工方式形成防滑齿。
其中，销轴3具有位于所述凹坑内的头部，销轴3的头部大于顶托2上设置的用于穿设销轴3的穿销孔直径；所述头部与所述穿销孔接触的端面为球径为SR2的球面。
本实施例中，顶托2可采用薄板钢材冲压成形，也可采用轻质高强度的工程塑料等非金属材料注塑成型，顶托2的支撑面2a形状还可制作成矩形或正方形，正方形的边长或矩形的长边尺寸大于或等于顶盖1最大部分直径d的2倍；或者矩形的宽度和正方形的边长均大于顶盖1最大部分直径d，对角尺寸大于或等于顶盖1最大部分直径d的2倍；弹性加载元件6可选用圆柱压缩弹簧和圆锥压缩弹簧中的一种钢丝弹簧。
本实施例中，顶托2可采用在支撑面2a上覆盖防滑材料构成的防滑层，如橡胶类防滑材料，用以替代防滑齿的方案。
本实施例中，弹性加载元件刚度较小，或不设置弹性加载元件的条件下，锁销5可选用开口销。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
