一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置.pdf

本发明公开了一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，它包括光纤测量装置（1）、单片机（2）、LED显示报警装置（4）、无线传输装置（5）、压力测量装置（7）以及安装在悬浮式单体液压支柱上的手把体（8）；所述的光纤测量装置（1）通过导线（3）与单片机（2）的输入口连接，单片机（2）的两个输出口分别通过导线（3）与LED显示报警装置（4）和无线传输装置（5）连接，由安装于手把体（8）的阶梯孔内压力测量装置（7）控制的开关控制电路（6）通过导线（3）与单片机（2）的输入口连接；本发明能够实时监测矿井下端头超前支护区域内单体液压支柱的工作状态，为矿井的安全生产和工人的生命安全保驾护航。

1.  一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，
它包括光纤测量装置（1）、单片机（2）、LED显示报警装置（4）、无线传输装置（5）、压力测量装置（7）以及安装在悬浮式单体液压支柱上的手把体（8）；其特征在于，
所述的光纤测量装置（1）安装于手把体（8）上端部加厚处新开凹槽和孔内，靠近单体液压支柱一侧，并通过导线（3）与单片机（2）的输入口连接，单片机（2）的两个输出口分别通过导线（3）与安装于手把体（8）顶部的LED显示报警装置（4）和无线传输装置（5）连接，由安装于手把体（8）的阶梯孔内压力测量装置（7）控制的开关控制电路（6）通过导线（3）与单片机（2）的输入口连接；
所述的单片机（2）和无线传输装置（5）按照从左至右布置方式分别安装于手把体（8）上端部加厚处新开孔内；
所述的开关控制电路（6）安装于压力测量装置（7）正上方的孔内；
所述各处连接导线（3）分别安装于手把体（8）上端部加厚处新开的线孔内。

2.  根据权利要求1所述的一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，其特征在于，所述的压力测量装置（7）包括顶板（9）、与顶板（9）通过沉头螺钉二（13）连接的支撑块（10）、导压杆（12）、螺旋弹簧（14）、导压块（15）、隔膜膜片（18）、压力缸（20）和波纹管（21）；
所述的波纹管（21）上端部通过沉头螺钉一（11）与支撑块（10）相连接、波纹管（21）下端部通过沉头螺钉三（17）与导压块（15）相连接；所述的螺旋弹簧（14）缠绕在波纹管（21）上，导压杆（12）下端部与导压块（15）通过螺纹相互连接，压力缸（20）外围上端部通过螺纹与顶板（9）相互连接，隔膜膜片（18）卡嵌在压力缸（20）下部内圆壁上，压力缸（20）内部冲有灌充液（19）。

3.  根据权利要求1所述的一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，其特征在于，所述的光纤测量装置（1）包括光源（24）、光纤一（25）、光纤二（26）、光纤三（27）和光检测器（28）；光源（24）发出的光耦合进入光纤一（25），经光纤一（25）进入调制区，在调制区内来自液压支柱（35）任意方向的弯曲压力P作用于光纤二（26）内的光信号，使其光学性质发生变化成为被调制的信号，再经过光纤三（27）送入光检测器（28），光检测器（28）对进来的光信号进行转换后输出电信号，电信号通过导线（3）输入单片机（2）。

4.  根据权利要求1所述的一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，其特征在于，所述的LED显示报警装置（4）电路包括设置在导压杆（12）正上方的开关K1(29)；由开关K1（29）控制电路上通过导线（3）与单片机（2）的一个输入口连接，由光检测器（28）所输出的光纤测量信号通过导线（3）与单片机（2）的输入口连接，单片机（2）的输出口通过导线（3）与一个NPN型的三极管（30）连接，NPN型三极管（30）的集电极通过导线（3）与电磁继电器K（31）相连，发射极接地，在电磁继电器K（31）正上方放置开关K2(32),由K2(32)控制LED(33)的显示状态。

5.  根据权利要求1所述的一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，其特征在于，所述的无线传输装置（5）包括编码器、调制解调器、放大器、RF射频器、天线（34）、环形天线、选频器、放大器、调制解调器和RS-422收发器；
所述的单片机（2）的输入端在接收到一定的电平信号时，单片机（2）响应并将处理的信息依次送入编码器、调制解调器、放大器、RF射频器 ，经天线（34）发射，穿越岩层耦合至环形天线，环形天线将所载信号送入选频器、放大器、调制解调器、RS-422收发器，经双绞缆将信息传至地面计算机。

6.  根据权利要求2所述的一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，其特征在于，还包括O型密封圈一（16）、O型密封圈二（22）和O型密封圈三（23）；O型密封圈一（16）安装于导压块（15）下部外圆壁凹槽内，O型密封圈二（22）安装于与波纹管（21）上端部相贴合处的支撑块（10）的外圆壁凹槽内，O型密封圈三（23）安装于与压力缸（20）内圆壁相贴合处的支撑块（10）的外圆壁凹槽内。

一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置
技术领域
本发明涉及一种悬浮式单体液压支柱，具体是一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置。
背景技术
悬浮式单体液压支柱是一种新型外部供液的恒阻式单体液压支柱，是高档机械化普采工作面和综采工作面的理想配套设备和端头支护设备；由于它具有较强的抗偏载能力和较大的稳定性、可靠性高、重量轻、工作行程大、强度大、使用方便等优点，现已被广泛使用在矿井工作面的支护上，为矿井和工人的安全生产和工作提供了很好的保护作用，具有较大的应用前景。
但是近年来，在现场使用中发现，当工作面顶板周期来压时，支柱所承受的顶板压力突然达到或超过其工作阻力时，安全阀不能迅速打开或因安全阀流量过小等，引起支柱被压弯，造成柱腔内液压力瞬间剧增；由于目前所使用的悬浮式单体液压支柱没有安装有效的支柱弯曲变形检测装置和报警装置，无法实时提醒工人和地面监测人员支柱处于危险状态，如果不及时处理，有可能会发生冒顶事故，影响矿井的安全生产和危害工人的生命安全。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，能够实时监测矿井下端头超前支护区域内单体液压支柱的工作状态，为矿井的安全生产和工人的生命安全保驾护航。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，
它包括光纤测量装置、单片机、LED显示报警装置、无线传输装置、压力测量装置以及安装在悬浮式单体液压支柱上的手把体；
所述的光纤测量装置安装于手把体上端部加厚处新开凹槽和孔内，靠近单体液压支柱一侧，并通过导线与单片机的输入口连接，单片机的两个输出口分别通过导线与安装于手把体顶部的LED显示报警装置和无线传输装置连接，由安装于手把体的阶梯孔内压力测量装置控制的开关控制电路通过导线与单片机的输入口连接；
所述的单片机和无线传输装置按照从左至右布置方式分别安装于手把体上端部加厚处新开孔内；
所述的开关控制电路安装于压力测量装置正上方的孔内；
所述各处连接导线分别安装于手把体上端部加厚处新开的线孔内。
所述的压力测量装置包括顶板、与顶板通过沉头螺钉二连接的支撑块、导压杆、螺旋弹簧、导压块、隔膜膜片、压力缸和波纹管；
所述的波纹管上端部通过沉头螺钉一与支撑块相连接、波纹管下端部通过沉头螺钉三与导压块相连接；所述的螺旋弹簧缠绕在波纹管上，导压杆下端部与导压块通过螺纹相互连接，压力缸外围上端部通过螺纹与顶板相互连接，隔膜膜片卡嵌在压力缸下部内圆壁上，压力缸内部冲有灌充液。
所述的光纤测量装置包括光源、光纤一、光纤二、光纤三和光检测器；光源发出的光耦合进入光纤一，经光纤一进入调制区，在调制区内来自液压支柱任意方向的弯曲压力P作用于光纤二内的光信号，使其光学性质发生变化成为被调制的信号，再经过光纤三送入光检测器，光检测器对进来的光信号进行转换后输出电信号，电信号通过导线输入单片机。
所述的LED显示报警装置电路包括设置在导压杆正上方的开关K1；由开关K1控制电路上通过导线与单片机的一个输入口连接，由光检测器所输出的光纤测量信号通过导线与单片机的输入口连接，单片机的输出口通过导线与一个NPN型的三极管连接，NPN型三极管的集电极通过导线与电磁继电器K相连，发射极接地，在电磁继电器K正上方放置开关K2,由开关K2控制LED的显示状态。
所述的无线传输装置包括编码器、调制解调器、放大器、RF射频器、天线、环形天线、选频器、放大器、调制解调器和RS-422收发器；
所述的单片机的输入端在接收到一定的电平信号时，单片机响应并将处理的信息依次送入编码器、调制解调器、放大器、RF射频器 ，经天线发射，穿越岩层耦合至环形天线，环形天线将所载信号送入选频器、放大器、调制解调器、RS-422收发器，经双绞缆将信息传至地面计算机。
还包括O型密封圈一、O型密封圈二和O型密封圈三；O型密封圈一安装于导压块下部外圆壁凹槽内，O型密封圈二安装于与波纹管上端部相贴合处的支撑块的外圆壁凹槽内，O型密封圈三安装于与压力缸内圆壁相贴合处的支撑块的外圆壁凹槽内。
与现有悬浮式单体液压支柱相比，本发明具有以下优点：
1、采用波纹管和螺旋弹簧组成的压力测量装置，灵敏度高，可灵敏检测柱腔内液压力，检测结果可靠、稳定。
2、采用光纤测量装置，可灵敏检测单体液压支柱沿任意方向的弯曲变形，清楚告诉工人和地面监测人员单体液压支柱工作状态，适应性强，小巧，检测结果精确。
3、采用LED显示报警装置和无线传输装置，工人和地面监测人员可以很清楚掌握支柱的工作状态，从而最大限度保障生产安全。
4、压力测量装置、光纤测量装置、单片机、LED显示报警装置和无线传输装置分别安装在手把体加厚处新开的凹槽和孔内，没有较大改变原有手把体的内部结构，结构简单、紧凑，安装、拆卸方便。
5、本发明装置在端头超前支护具体安装使用时，只需间隔一根或两根单体液压支柱安装本发明装置，就可以获取整个端头支护区域支柱的工作状态，工人操作、安装方便，测量结果可靠。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明的压力测量装置的详细结构图；
图3为本发明所使用的光纤测量装置原理图；
图4为本发明的LED控制电路图；
图5为本发明的无线传输装置原理图；
图6为本发明的单体液压支柱、手把体和三用阀的总装配图；
图7为本发明在实际使用中的安装方法说明示意图。
图中：1、光纤测量装置，2、单片机，3、导线，4、LED显示报警装置，5、无线传输装置，6、开关控制电路，7、压力测量装置，8、手把体，9、顶板，10、支撑块，11、沉头螺钉一，12、导压杆，13、沉头螺钉二，14、螺旋弹簧，15、导压块，16、O型密封圈一，17、沉头螺钉三，18、隔膜膜片，19、灌充液，20、压力缸，21、波纹管，22、O型密封圈二，23、O型密封圈三，24、光源，25、光纤一，26、光纤二，27、光纤三，28、光检测器，29、开关K1，30、NPN型三极管，31、电磁继电器K，32、开关K2，33、 LED，34、天线，35、液压支柱，36、三用阀，37、上端头，38、工字钢梁，39、悬浮式单体液压支柱，40、液压支架，41、采煤机，42、刮板输送机，43、下端头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种悬浮式单体液压支柱弯曲变形检测及报警装置，
它包括光纤测量装置1、单片机2、LED显示报警装置4、无线传输装置5、压力测量装置7以及安装在悬浮式单体液压支柱上的手把体8；
所述的光纤测量装置1安装于手把体8上端部加厚处新开凹槽和孔内，靠近单体液压支柱一侧，并通过导线3与单片机2的输入口连接，单片机2的两个输出口分别通过导线3与安装于手把体8顶部的LED显示报警装置4和无线传输装置5连接，由安装于手把体8的阶梯孔内压力测量装置7控制的开关控制电路6通过导线3与单片机2的输入口连接；
所述的单片机2和无线传输装置5按照从左至右布置方式分别安装于手把体8上端部加厚处新开孔内；
所述的开关控制电路6安装于压力测量装置7正上方的孔内；
所述各处连接导线3分别安装于手把体8上端部加厚处新开的线孔内。
如图2所示，所述的压力测量装置7包括顶板9、与顶板9通过沉头螺钉二13连接的支撑块10、导压杆12、螺旋弹簧14、导压块15、隔膜膜片18、压力缸20和波纹管21；
所述的波纹管21上端部通过沉头螺钉一11与支撑块10相连接、波纹管21下端部通过沉头螺钉三17与导压块15相连接；所述的螺旋弹簧14缠绕在波纹管21上，导压杆12下端部与导压块15通过螺纹相互连接，压力缸20外围上端部通过螺纹与顶板9相互连接，隔膜膜片18卡嵌在压力缸20下部内圆壁上，压力缸20内部冲有灌充液19，O型密封圈一16安装于导压块15下部外圆壁凹槽内，O型密封圈二22安装于与波纹管21上端部相贴合处的支撑块10的外圆壁凹槽内，O型密封圈三23安装于与压力缸20内圆壁相贴合处的支撑块10的外圆壁凹槽内，起密封作用；支撑块10下部细长部分起垂直导向作用，导压块15上部较长部分起对中作用，螺旋弹簧14具有增加波纹管21刚度和线性度的作用，灌充液19具有传递压力作用。
隔膜膜片18在柱腔内液压力的作用下发生形变，通过灌充液19将压力作用于波纹管21底部，使波纹管21产生垂直向上的位移。
如图3所示：所述的光纤测量装置1包括光源24、光纤一25、光纤二26、光纤三27和光检测器28；光源24发出的光耦合进入光纤一25，经光纤一25进入调制区，在调制区内来自液压支柱35任意方向的弯曲压力P作用于光纤二26内的光信号，使其光学性质发生变化成为被调制的信号，再经过光纤三27送入光检测器28，光检测器28对进来的光信号进行转换后输出电信号，电信号通过导线3输入单片机2，单片机2进行相应的操作。
如图4所示：所述的LED显示报警装置4电路包括设置在导压杆12正上方的开关K1/29；由开关K1/29控制电路上通过导线3与单片机2的一个输入口连接，由光检测器28所输出的光纤测量信号通过导线3与单片机2的输入口连接，单片机2的输出口通过导线3与一个NPN型的三极管30连接，NPN型三极管30的集电极通过导线3与电磁继电器K/31相连，发射极接地，在电磁继电器K31正上方放置开关K2/32,由K2/32控制LED33的显示状态。
如图5所示：所述的无线传输装置5包括编码器、调制解调器、放大器、RF射频器、天线34、环形天线、选频器、放大器、调制解调器和RS-422收发器；
所述的单片机2的输入端在接收到一定的电平信号时，单片机2响应并将处理的信息依次送入编码器、调制解调器、放大器、RF射频器 ，经天线34发射，穿越岩层耦合至环形天线，环形天线将所载信号送入选频器、放大器、调制解调器、RS-422收发器，经双绞缆将信息传至地面计算机，地面监控室可实时掌握悬浮式单体液压支柱39的工作状态。
如图6所示，由液压支柱35、三用阀36、手把体8、光纤26和压力测量装置7构成的总装配图；在原有手把体8的上端部加厚几毫米，光纤二26安装于新开凹槽内，光源24、光检测器28、单片机2和无线传输装置5按照从左至右布置方式依次安装于新开孔内，压力测量装置7安装于新开孔内，LED显示报警装置4安装于手把体8顶部，光纤一25、光纤三27和导线3安装于新开线孔内。
如图7所示，综采工作面包括液压支架40、采煤机41和刮板输送机42，综采工作面上端头37和下端头43采用悬浮式单体液压支柱39与工字钢梁38配合的方式进行超前支护。本发明装置在安装使用时，不必在每根悬浮式单体液压支柱39上都安装此装置，只需间隔一根或两根悬浮式单体液压支柱39安装此装置，就可以获取整个上端头37和下端头43支护区域悬浮式单体液压支柱39的工作状态，其它端头支护区域单体液压支柱的安装方法相同。通过此种安装方法，就可获取井下所有支护区域悬浮式单体液压支柱39的工作状态，确保矿井安全生产和工人生命安全。
工作时，当工作面顶板周期来压时，悬浮式单体液压支柱39所承受的顶板压力突然达到或超过其工作阻力时，造成柱腔内液压力P瞬间剧增，柱腔内液压力P作用于隔膜膜片18的下方后，隔膜膜片18产生向上的变形，通过灌充液19将柱腔内液压力P传递到压力缸20内部，并作用于波纹管21底部，波纹管21受压力作用产生垂直向上位移，继而带动导压块15和导压杆12产生垂直向上位移。导压杆12推动开关K1/29闭合，由开关K1/29控制的电路接通，此时单片机2输入端为高电平，输出为高电平，NPN型三极管30导通，电磁继电器K/31得电，常开开关K2/32被吸合，由开关K2/32控制的电路接通，LED33发出红光。
单片机2输入端在得到高电平的同时，响应并将处理信息依次送入编码器、调制解调器、放大器、RF射频器 ，经天线34发射，穿越岩层耦合至环形天线，环形天线将所载信号送入选频器、放大器、调制解调器、RS-422收发器，经双绞缆将信息传至地面计算机，地面监控室可实时掌握悬浮式单体液压支柱39工作状态，实现及时提醒工人和地面监测人员的目的。
另外，有可能在顶板周期来压时，悬浮式单体液压支柱39的安全阀不能迅速打开或因安全阀流量过小等，引起支柱被压弯，安装于手把体8内凹槽内的光纤二26在感受到来自液压支柱35任一方向的弯曲压力P时，光强、波长、振幅、相位、偏振态和模式分布等这些参量在调制区内的光纤二26传输中都会随之发生改变，发生变化的光学参数被调制再经过光纤三27送入光检测器28，光检测器28对进来的光信号进行转换后输出电信号，从而作用于单片机2的输入端，继而单片机2作出响应。
本发明装置在实际使用中具体安装方法是：综采工作面上端头37和下端头43采用悬浮式单体液压支柱39与工字钢梁38配合的方式进行超前支护；本发明装置在安装使用时，只需间隔一根或两根单体液压支柱39安装此装置，就可以获取整个端头支护区域悬浮式单体液压支柱39的工作状态，其它端头支护区域单体液压支柱的安装方法相同。通过此种安装方法，就可获取井下所有支护区域悬浮式单体液压支柱39的工作状态，从而最大限度地保障煤矿安全生产。
综上所述，本发明采用波纹管21和螺旋弹簧14组成的压力测量装置7，灵敏度高，可灵敏检测柱腔内液压力，检测结果可靠、稳定。采用光纤测量装置1，可灵敏检测单体液压支柱沿任意方向的弯曲变形，清楚告诉工人和地面监测人员单体液压支柱工作状态，适应性强，小巧，检测结果精确。采用LED显示报警装置4和无线传输装置5，工人和地面监测人员可以很清楚掌握支柱的工作状态，从而最大限度保障生产安全。压力测量装置7、光纤测量装置1、单片机2、LED显示报警装置4和无线传输装置5分别安装在手把体8加厚处新开的凹槽和孔内，没有较大改变原有手把体8的内部结构，结构简单、紧凑，安装、拆卸方便。本发明装置在端头超前支护具体安装使用时，只需间隔一根或两根悬浮式单体液压支柱39安装本发明装置，就可以获取整个端头支护区域支柱的工作状态，工人操作、安装方便，测量结果可靠。