摘要:煤矿井下开采过程中巷道及采掘工作面的安全至关重要，如果没有可靠的防护设备的保护就可能发生灾害。单体液压支柱一旦泄漏失去支撑压力，将导致其它支柱受力不均甚至失效出现意外。为尽早发现单体液压支柱泄液失压不能正常工作，设计了弹簧预警检测装置，可根据工作过程中的压力变化情况检测出单体液压支柱工作是否正常。本文以弹簧压力系数范围选择及压力设定范围的计算方法和安装结构做了详细的分析与计算，并进行了模拟样机制作，试验验证该装置可以及时反应出单体液压支柱工作压力低于设定值时，可在支柱顶端观察到警示区域示并起到预警作用。
关键词 机械工程 单体液压支柱 警示装置 参数设计
0概述
    煤矿开采过程中普采工作面采用普通单体液压支柱进行顶板支护，以保证开采过程中人员安全。所采用的单体液压支柱是采用外部供液方式的恒阻式单体液压支柱，是机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。因其结构简单，便于井下恶劣环境下操作，价格低廉且因其可重复使用等优势而广泛使用于煤矿回采工作面的顶板支护和端头顶板支护。其承载能力大、抗偏载能力强、工作行程大、使用范围广，可应用于薄煤层、中厚煤层及较厚煤层工作面。但在使用过程中，如果设备出现渗漏或异常将致使内部工作介质流失，导致泄液失压，工作面失去保护作用，出现意外。
    针对井下工作性质和工作条件，为改善劳动强度，提高安全可靠性，则产品设计了泄液低压指示装置，可提前进行预示报警。产品设计吸取了活塞式单体液压支柱的优势，采用耐氧化、抗溶解，并具有防锈、密封、润滑作用的工程机械润滑油，对油缸内表面密封工作面进行油缸与活柱体之间的动态密封，密封工作面在油缸内壁不暴露，不会因工作环境导致工作面锈蚀、划伤、磕碰等问题导致密封工作面失效致使支柱报废。该支柱具有工作行程大、结构重量轻、可不用乳化液、使用寿命长、维修方便等特点。
1 结构设计
    为防止液压支柱泄液失压导致危险发生，可在支柱设置压力异常后显示，提前预警，并显示液压支柱压力异常，以防止灾害发生。
    压力异常报警显示装置可采用螺旋弹簧压力显示装置，具体设计主要以弹簧的K值系数和压力变化范围的有效位移距离，指示压力变化范围。
    如图1所示，压力报警显示装置主要以柱头和顶盖为配合体，内部设置压力弹簧，弹簧外径置于柱头和顶盖闭合空间，柱头与顶盖配合为滑动并有限位槽配合结构，初始状态为预设报警工作压力。

    低压显示装置组成：单体液压支柱低压指示装置安装于柱头内部，主要工作部件为圆形压力弹簧、柱头、顶盖。
2参数设计
    如设置初始压力为50 kN预设报警工作压力，或工作介质压力为5 MPa，显示报警工作行程为10 mm，液压支柱油缸工作压力F油缸为：
                
式中P----显示介质压力报警，MPa
      D----工作油缸直径，mm
    而弹簧预紧工作压力F弹簧为：
                    F弹簧=xk
式中x----为弹簧的压缩行程
      k----弹簧的弹性系数
    则弹簧预紧力F弹簧即为报警显示压力低于工作压力时，报警显示压力可自行设定。也就是设定显示出工作压力低于设定值，显示液压缸没有在工作压力下工作。 

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