一种煤矿用轻型电动支架的制作方法

本申请涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种煤矿用轻型电动支架。

背景技术：

目前，在煤炭开采过程中，由于受到空间限制，工作面人员很难进入，因此需要支架自主完成相关动作，以配合采煤机实现工作面自动采煤。

然而，为了保证足够的支护强度，现有液压支架的顶梁、掩护梁、底板都采用较厚的钢板，使得支架整体重量较重，导致在支架在推移过程中，摩擦阻力较大，进而导致支架的动作响应存在延时，无法有效保证液压缸的控制精度，亟需对现有的支架结构进行改进。

申请内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种煤矿用轻型电动支架，该煤矿用轻型电动支架可以降低支架的重量，实现轻型设计的目的，有效保证控制的精确性和实时性，提升使用体验。

为达到上述目的，本申请实施例提供一种煤矿用轻型电动支架，包括：

推移装置，所述推移装置用于驱动所述煤矿用轻型电动支架行进；

顶梁，所述顶梁相对于地面可升降，其中，所述顶梁上设有填充有高分子材料的多个凹槽；

支撑框架，所述支撑框架包括两组并排布置的支撑架，每组所述支撑架包括：

底板；

驱动装置，所述驱动装置可伸缩且其一端与所述底板可枢转相连，所述驱动装置的另一端与所述顶梁可枢转相连；

掩护梁，所述掩护梁与所述顶梁可枢转相连；

连接杆，所述连接杆的一端与所述掩护梁可枢转相连且另一端与所述底板可枢转相连。

根据本申请实施例的煤矿用轻型电动支架，通过设计框架状的支撑框架，并且顶梁上设置有填充有用于降低摩擦系数且减轻重量的高分子材料的多个凹槽，降低支架的重量，实现轻型设计的目的，并且有效保证控制的精确性和实时性，提升使用体验。

另外，根据本发明上述实施例的煤矿用轻型电动支架还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，在本申请的一个实施例中，每组所述支撑架中，所述连接杆包括沿所述底板行进方向间隔开的多个子连接杆，所述子连接杆的两端分别与所述掩护梁和所述底板可枢转相连。

可选地，在本申请的一个实施例中，邻近所述驱动装置的所述子连接杆为折弯杆结构。

可选地，在本申请的一个实施例中，远离所述驱动装置的所述子连接杆为直杆结构。

可选地，在本申请的一个实施例中，远离所述驱动装置的所述子连接杆的两端分别连接在所述底板和所述掩护梁的端部。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述驱动装置包括：

第一支撑油缸；

第一供油装置和第一油缸，所述第一供油装置和所述第一油缸同轴设置后设在所述第一支撑油缸的外侧。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：

电动平衡杆，所述电动平衡杆的一端与所述顶梁可枢转相连，所述电动平衡杆的另一端与邻近所述驱动装置的所述子连接杆可枢转相连。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述驱动装置包括：

第二支撑油缸；

第二供油装置和第二油缸，所述第二供油装置和所述第二油缸同轴设置后设在所述第二支撑油缸的外侧。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述多个凹槽呈蜂窝状排布。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述多个凹槽的每个凹槽的深度为预设值，或者所述多个凹槽的深度随着掩护梁侧沿着另一侧呈梯度式减少设置。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中煤矿用液压支架的结构示意图；

图2为根据本申请实施例提供的一种煤矿用轻型电动支架的结构示意图；

图3为根据本申请实施例提供的一种煤矿用轻型电动支架的顶梁上表面俯视示意图；

图4为根据本申请实施例提供的一种煤矿用轻型电动支架的整体效果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面在描述根据本申请实施例的煤矿用轻型电动支架之前，先来简单描述一下现有技术的缺陷。

相关技术中，如图1所示，现有煤矿用液压支架多采用大流量乳化液泵站+液压油缸作为动作执行机构，利用油缸的伸缩实现支架的降、移、升、推等功能。

然而，为了保证足够的支护强度，现有液压支架的顶梁、掩护梁、底板都采用较厚的钢板，使得支架整体重量较重，通常在10t以上，导致在支架在推移过程中，摩擦阻力较大，尤其是支架的推移距离以及升降姿态控制大多采用电液阀进行控制，由于大流量乳化液在阀控系统循环过程中存在一定的滞后性，导致支架的动作响应存在延时，无法有效保证液压缸的控制精度，如现有控制技术液压支架自动完成一次推移拉架过程需要12s以上，推移距离偏差超过10cm。即言，采用伺服电动缸进行液压支架姿态及推拉位移控制，推移速度和控制精度虽然可以大幅提高，但是其推移和支护阻力不能太大，亟需对现有的支架结构进行改进。

本申请正是基于上述问题，而提出了一种煤矿用轻型电动支架。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的煤矿用轻型电动支架。

具体而言，图2为本申请实施例所提供的一种煤矿用轻型电动支架的结构示意图。

如图2所示，该煤矿用轻型电动支架包括：推移装置100、顶梁200和支撑框架300(图中未具体标识)。其中，支撑框架300的每组支撑架包括：底板301、驱动装置302、掩护梁303、连接杆304。

具体地，推移装置100，用于驱动煤矿用轻型电动支架行进。

一些示例中，推移装置100可以但不仅限于驱动煤矿用轻型电动支架行进，如在支架需要自主完成前进动作或后退动作时，由推移装置100推送支架移动，保证推移支架的工作效率和控制精度。

顶梁200，顶梁200相对于地面可升降，其中，顶梁200上设有填充有高分子材料的多个凹槽。

一些示例中，相对于现有技术中的顶梁设置，本申请实施例的顶梁200由于用于填充降低摩擦系数且减轻重量的凹槽设计，其为轻型顶梁(下面会进行具体阐述)，顶梁200设置为相对于地面可升降，从而有效满足煤矿用轻型支架需求，提高支架的适用性和实用性，保证煤层开采的工作效率和可靠性，简单便捷，且易实现。

支撑框架300，支撑框架300包括两组并排布置的支撑架。

可以理解的是，为了解决相关技术中支架整体重量较重的技术问题，本申请实施例设计了框架状的支撑框架，降低重量，轻型设计，实现对支架结构的实用改进，不但降低支架在推移过程的摩擦阻力，有效保证控制精度，而且保证支架的功能性，简单易实现。

其中，如图2所示，每组支撑架包括：

驱动装置302，驱动装置302可伸缩且其一端与底板301可枢转相连，驱动装置302的另一端与顶梁200可枢转相连。

例如，驱动装置302为支撑立柱，通过内置的多根柱体可伸缩实现长短控制，在结合底板301对顶梁200实现固定支撑的同时，实现顶梁200的高度和/或倾斜角度的可调目的。

掩护梁303，掩护梁303与顶梁200可枢转相连。

可以理解的是，掩护梁303能将顶梁200承受的部分顶板压力通过连杆或交接点传递给底座，又如掩护梁303上可以设置有活动侧护板，以进一步完善上述功能，其主要起连接和掩护功能。

并且能够承受采空区冒落矸石的压力，并将它传递至顶梁、下述的连接杆和底座，即底板301。

具体而言，掩护梁303的作用为：

1)承受顶板给与的水平分力和侧向力，增强支架的抗扭性能；

2)掩护梁与前、后连杆、底座形成四连杆机构，保证梁端距变化不大；

3)承担老塘矸石给予的压力，使立柱免受横向弯曲的载荷,阻挡后部落煤和矸石前窜，维护工作空间。

连接杆304，连接杆304的一端与掩护梁303可枢转相连且另一端与底板301可枢转相连。

可选地，在本申请的一个实施例中，如图2所示，每组支撑架中，连接杆304可以包括沿底板301行进方向间隔开的多个子连接杆，子连接杆的两端可以分别与掩护梁303和底板201可枢转相连，并且邻近驱动装置302的子连接杆可以为折弯杆结构，而远离驱动装置302的子连接杆可以为直杆结构，远离驱动装置302的子连接杆的两端可以分别连接在底板301和掩护梁303的端部。

可以理解的是，连接杆304用于实现采煤时的运动规律。例如，当主动杆运动规律一定时，从动杆相应地按给定的运动规律运动，实现一定的轨迹，实现采煤动作，常见的连杆机构包括：曲柄摇杠机构、双曲柄机构、双摇杆机构、吊滑块的四杆机构、多杆机构等，图2中的连接杆仅是示意性的，本申请并不仅限于这一种连接方式。

基于上述相关实施例的说明可以理解到的是，本申请实施例的支架的全部执行动作均可以由电机驱动控制完成，无需外接液压油管，不但有效提升控制的精确度，而且降低支架重量，更便捷自动化。

可选地，在本申请的一个实施例中，驱动装置302包括：第一支撑油缸、第一供油装置和第一油缸。

其中，第一供油装置和第一油缸同轴设置后设在第一支撑油缸的外侧。

可选地，在本申请的一个实施例中，驱动装置包括：第二支撑油缸、第二供油装置和第二油缸。

其中，第二供油装置和第二油缸同轴设置后设在第二支撑油缸的外侧。

具体而言，在实际执行过程中，驱动装置302外侧可以设有单独供油装置，如由高速电机驱动油泵实现立柱升降供油，不但减小了供油装置空间占比，而且将供油装置设计为与油缸同轴换套在支撑油缸外侧，在此不作具体限定，在保证足够的支护强度的同时，有效满足支架的功能性需求。

可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的煤矿用轻型电动支架还包括：电动平衡杆400。

其中，电动平衡杆400的一端与顶梁200可枢转相连，电动平衡杆400的另一端与邻近驱动装置302的子连接杆可枢转相连。

举例而言，电动平衡杆400可以为电平衡装置，如可以在作用时，减少支架的侧倾，和/或达到力的传递的作用。

可选地，在本申请的一个实施例中，多个凹槽呈蜂窝状排布。

在此轻型顶梁进行具体阐述。本领域技术人员应该理解到的是，为进一步解决相关技术中支架整体重量较重的问题，实现轻型概念的目的，本申请实施例进一步对顶梁200进行镂空设计。一些示例中，如图3所示，为了减轻支架重量，且缩小电驱装置的功率和体积，支架的顶梁200采用特殊镂空设计，中间填充轻质高分子材料如碳纤维材料，从而在满足支撑强度的同时，降低支架与煤壁之间的摩擦系数，不但满足工作面使用要求，而且支架整体重量较轻，摩擦阻力较小，有效提高推移速度和控制精度。

例如，相比较于现有技术，在设置了填充有碳纤维材料的凹槽之后，由于碳纤维的具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，且碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高，通过碳原子排列的结构特性，使得本申请实施例的支架在保证支撑强度的同时，进一步减小摩擦系数，有利于煤炭的运输，并且有效减小移动拉架过程的摩擦阻力，有效配合采煤机实现工作面自动采煤的同时，提升支架的灵活性和功能性，保证采煤效率。

上述部分虽然以碳纤维为例，但是本领域技术人员应当理解的是，对于可以保证强度的同时，可以减小摩擦系数，或者可以减轻重量，又或者既可以减小摩擦系数又可以减轻重量的材料均为本申请保护范围内，在此不做具体限制。

需要说明的是，上述的镂空设计可以为但不仅限于蜂窝状设计，可以由本领域技术人员根据实际情况对减重孔的个数或者排布方式进行设计，在此不作具体限定。

可选地，在本申请的另一个实施例中，多个凹槽的每个凹槽的深度为预设值，或者多个凹槽的深度随着掩护梁侧沿着另一侧呈梯度式减少设置。

在本申请的实施例中，凹槽的深度可以如图所示为本领域技术人员根据实际情况进行设置的固定值，但是图中仅是处于示例目的，深度并不限定于此，如可以通过技术人员经验或者实验设定，得出凹槽的最优深度排布方案，保证顶梁最轻的同时，减小摩擦系数，有效降低摩擦阻力

另外，如图4所示，掩护梁303、电动平衡杆400、连接杆304与底板301之间采用的空间网架结构设计方法，可以利用有限元分析软件对铰接点位置以及连接杆形状进行优化分析，从而准确得到最优铰接位置以及连接杆厚度的最优值，进而保证支架稳定支撑的同时，支架的结构重量达到最轻的目的。

综上，本申请实施例的支架在移动时，推移装置100可以采用电动丝杠的工作原理，通过高速电机带动丝杠快速旋转，实现支架的快速精确移动的目的，并且有效减轻支架的重量，使得在受限空间下电动丝杠的推力有限时，支架在拖动过程中可以将其对周围环境的摩擦阻力控制在一定范围内，从而保证推移速度和控制精度，并且顶梁上设置有填充有用于降低摩擦系数且减轻重量的高分子材料的多个凹槽，由此，解决了相关技术中由于支架整体重量较重，导致控制精度无法得到有效保证，而且推移距离偏差较大等技术问题。

根据本申请实施例的煤矿用轻型电动支架，通过设计框架状的支撑框架，降低支架的重量，实现轻型设计的目的，并且有效保证控制的精确性和实时性，提升使用体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。