一种适用于采煤工作面的模拟液压支架的制作方法与工艺

本发明属于相似材料模拟领域，特别涉及一种适用于采煤工作面的模拟液压支架。技术背景相似材料模拟实验由于其突出的特点，被广泛应用于煤矿开采的诸多问题研究中，成为矿山压力及上覆岩层移动规律研究的有效方法之一。在工作面覆岩移动规律与“支架-围岩”相互作用关系的模拟实验研究中，采用力学特征与原型相似的支架模型是模拟实验成功与否的关键所在。近年来，随着模拟实验方法的不断发展，相似材料模拟实验中支架的模拟仍然存在一些缺陷。目前有一些按合理的相似比缩制而成的支架模型，可实时地监测支架的受力情况，也可实现支柱的升降及侧护板的伸缩，但需为人工调节，很难准确给出支架初撑力，同时人为操作可能会改变支架实际的工作状态。

技术实现要素：
基于此，本发明公开了一种适用于采煤工作面的模拟液压支架；所述液压支架包括支架立柱、支架顶梁、支架掩护梁、支架尾梁和支架底座；所述支架顶梁的一端与支架掩护梁的一端可操作耦合；所述支架掩护梁的另一端与支架尾梁可操作耦合；所述支架立柱位于支架顶梁与支架底座之间。附图说明图1为本发明一个实施例的液压支架主视图；图2为本发明一个实施例的液压支架左视图；图3为本发明一个实施例的液压支架主视图的A-A剖视图；图4为本发明一个实施例的液压支架主视图的B-B剖视图；图5为本发明一个实施例的液压控制系统结构图；其中：1-支架顶梁、2-支架掩护梁、3-支架尾梁、4-支架底座、5-立柱液压杆、6-液压管防脱帽、7-立柱液压缸连接板、8-右立柱液压缸、9-左立柱液压缸、10-油管、11-液压管接头、12-弹性簧片、13-弹簧、14-连接杆、15-限位杆、16-顶梁护板、17-顶梁护板侧推液压缸、18-底座护板、19-底座护板侧推液压缸。具体实施方式下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步的说明：在一个实施例中，本发明公开了一种适用于采煤工作面的模拟液压支架，所述液压支架包括支架立柱、支架顶梁、支架掩护梁、支架尾梁和支架底座；所述支架顶梁的一端与支架掩护梁的一端可操作耦合；所述支架掩护梁的另一端与支架尾梁可操作耦合；所述支架立柱位于支架顶梁与支架底座之间。在本实施例中，所述液压支架是按照1：30的比例缩制而成的，用于模拟煤矿现场的综采液压支架。所述液压支架由立柱液压缸、顶梁、掩护梁、尾梁和底座及相关机械连接部件组成。在一个实施例中，所述支架立柱包括立柱液压杆、液压管防脱帽、立柱液压缸；所述立柱液压缸上方布设有液压管防脱帽，所述立柱液压杆通过液压管防脱帽伸入左右立柱液压缸中。在本实施例中，所述液压管防脱帽是为了固定立柱液压缸的和限制立柱液压杆的位置，防止液压杆脱离液压缸。在一个实施例中，所述支架顶梁和支架底座之间布设有立柱液压缸位移传感器，所述位移传感器用于检测立柱液压缸的位移。本实施例未在支架内部布置测力传感器，通过在液压缸外部管道中安装压力传感器检测各液压缸的液压压力，通过压力值计算各液压缸的力值大小。在一个实施例中，所述支架顶梁和支架底座上分别布设有侧推液压缸，所述侧推液压缸由液压控制系统驱动支架顶梁和支架底座上的支架护板的伸缩。在本实施例中，所述支架护板的伸缩，能够调整两个液压支架之间的间隙。本实施例中所述的液压控制系统位于所述液压支架的外部，用于驱动侧推液压缸。在一个实施例中，所述立柱液压缸包括左立柱液压缸和右立柱液压缸；所述立柱液压缸由外部的液压控制系统驱动，从而实现支架立柱的升降，升降的高度范围为80～130mm。具体的，如图2所示：所述左右立柱液压缸之间布置有限位杆，所述限位杆用于控制液压缸的最大伸长量，左右液压缸由液压连接板进行连接。本实施例中设置左右两个立柱液压缸是为了与现场的两柱式液压支架外观结构相同。在本实施例中，根据1:30的支架设计比例，所述支架立柱适用于采高为2.4～3.9m煤层的工作面开采；即当所述立柱支架升价的高度为80mm时，所述立柱支架能够适用于采高为2.4m的煤层的工作面开采；当所述立柱高度为100mm时，所述立柱支架能够适用于采高为3.0m的煤层的工作面开采；当所述立柱高度为130mm时，所述立柱支架能够适用于采高为3.9m的煤层的工作面开采。在一个实施例中，所述支架立柱还包括有液压缸连接板，所述液压缸连接板位于左右立柱液压缸之间。在本实施例中，所述液压缸连接板用于连接左右两个液压缸并将他们的相对位置固定。在一个实施例中，所述液压支架还包括有液压管接头、油管和限位杆；所述液压管接头通过油管与外部的液压控制系统相连，驱动立柱液压缸的升降；所述限位杆位于左右立柱液压缸的之间，限位杆用于控制立柱液压缸的最大伸长量。在本实施例中，液压支架底座设有两个液压管接头，其中一个是立柱液压缸的液压管接头，另一个是底座侧推液压缸的液压管接头，作用都是通过油管将液压缸与外部液压控制系统相连。油管的作用是输送液压油，从而为液压缸的伸缩提供动力。更优的，如图2所示，所述限位杆位于左右立柱液压缸之间，用于控制立柱液压缸的最大伸长量，防止左右液压缸超出其限定的位置，保证液压缸的安全。在一个实施例中，所述应变计粘贴于弹性簧片上，所述弹性簧片固定在支架顶梁上，弹簧一端与弹性簧片相连，另一端与支架底座相连，且与支架立柱平行。在本实施例中，当立柱液压缸伸长时，弹簧也产生拉伸变形，弹簧两端的力值也会随拉伸量而增加。连接于弹簧一端的弹性簧片会根据弹簧变形的力值大小产生相应变形，粘贴于弹性簧片上的应变计因产生的机械变形而发生电阻变化，在惠斯登电桥的作用下输出测量信号，从而实现位移量的检测。本实施例中的弹簧与支架立柱平行是用以保证弹簧的伸缩与支架立柱的升降同步，从而实现立柱液压缸位移的检测。在一个实施例中，所述液压控制系统包括：液压泵系统、电磁阀、节流阀、压力传感器、位移传感器、数据采集控制系统和计算机操作软件；所述液压泵系统与电磁阀相连接；所述计算机软件通过控制数据采集控制系统完成压力数据采集、位移数据采集及电磁阀的开关；所述电磁阀用于控制立柱液压缸或侧推液压缸的加压与泄压；所述节流阀用于控制立柱液压缸或侧推液压缸的加载速度；所述压力传感器和位移传感器用于完成立柱液压缸或侧推液压缸的压力值检测。在本实施例中，如图5所示：所述液压控制系统由液压泵系统、电磁阀、节流阀、压力传感器、位移传感器、数据采集控制系统、计算机操作软件等附件组成。计算机软件控制数据采集控制系统完成压力数据采集、位移数据采集及电磁阀开关。所有液压缸共用一套液压泵系统，每个液压缸配置一套电磁阀、流量调节阀、压力传感器，电磁阀控制液压缸加压与泄压，流量阀控制加载速度，压力传感器和位移传感器完成油缸压力值检测。所述数据采集控制系统具有128个数据采集和压力控制通道，用于压力传感器的压力值和位移传感器的位移量检测。液压控制过程：电磁阀选用3位4通电磁阀，两个电磁线圈分别控制液压缸的加压与泄压。在数据采集控制系统的控制驱动下，当液压缸的压力或高度达到指定值时，关闭电磁阀停止加压，液压缸处于压力保持状态。泄压时，计算机软件和数据采集控制系统控制电磁阀的另一组线圈，将液压缸内的压力释放，释放完成后，关闭电磁阀。在本实施例中，每个液压缸配备一套量程为6MPa的电阻应变式压力传感器，用于检测液压缸的压力值。在一个实施例中，所述计算机软件能够同时采集128只传感器的测量信号，并能够控制128路电磁阀的开关。在本实施例中，所述数据采集软件具有数据列表显示、曲线显示、数据存储、传感器标定校准、历史数据回读、压力控制值设置、所有通道同时加载或卸载、单个通道加载或卸载、控制状态查询等功能。在一个实施例中，如图1-图5所示：所述液压支架由支架顶梁(1)、支架掩护梁(2)、支架尾梁(3)、支架底座(4)和支架立柱通过连接杆(14)组合而成。在支架顶梁(1)和支架底座(4)之间布置有立柱，支架立柱由立柱液压杆(5)、液压管防脱帽(6)、液压连接板(7)及立柱液压缸(8和9)等组成。液压管接头(11)通过油管(10)与液压控制系统相连，驱动立柱液压缸(8和9)的升降，限位杆(15)用于控制液压缸的最大伸长量。粘贴有应变计的弹性簧片(12)与弹簧(13)组成立柱位移传感器，弹性簧片固定在顶梁上，弹簧一端与弹性簧片相连，一端与底座相连，且与立柱平行，以保证弹簧的伸缩与立柱的升降同步，从而实现立柱液压缸位移的检测。支架顶梁(1)沿护板(16)垂直方向布置侧推液压缸(17)，顶梁护板侧推液压缸由液压控制系统驱动支架顶梁侧护板的伸缩，用于调整支架间隙。支架底座(4)沿护板(18)垂直方向布置侧推液压缸(19)，底座护板液压缸由液压控制系统驱动支架底座护板的伸缩，用于调整支架间隙。以上实施例仅用以说明本发明专利而并非限制本发明专利所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明专利已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明专利进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明专利的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的权利要求范围中。