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（一）概况
单体液压支柱是利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱。单体液压支柱是一种新环保型的、恒阻式支护装备，既可与金属铰接顶梁配套用于一般机械化采煤或炮采工作面支护项板用，以及综采工作面支护端头，也可单独做点柱或其它临时性支护用。单体液压支柱采用了中频调质处理和镍-磷-硼化学镀表面处理技术，防腐、耐磨性强、防炮崩，可用井下中性水作为工作介质，从而大大提高了单体液压支柱的稳定性和安全性，提高了支柱的支撑高度，承载能力和抗偏载能力，是环保型支护设备。
长期的煤矿井下使用情况证明，DWX型支柱的工作原理和结构形式具有明显的先进性。但是，其活柱与手把体配合密封的结构形式对密封技术提出了很高的要求，采用密封补偿和密封涨紧技术，增加了密封难度。这个问题严重影响了DWX型支柱性能优势的发挥，并且已经明显影响到整个DWX型支柱行业的发展。改进活柱与手把体的密封原理和结构，具有现实的必要性和紧迫性。
（二）目前密封技术分析（目前DWX型支柱密封存在的问题）
DWX型支柱的主要密封点依靠活柱外圆面、手把体与密封件密封，而在煤矿支护现场，活柱外圆面长期暴露在具有较强腐蚀性的恶劣环境中，活柱外表面很容易被腐蚀、磕碰划伤，在支柱工作的来回升缩过程中，容易造成密封圈损坏，从而导致支柱密封失效，严重时这是煤矿生产的一个安全隐患。
由于DWX型悬浮式单体液压支柱的结构特点，活柱与手把的密封问题既是是重点，也是难点。
现在市面上单体液压支柱的密封形式主要有两种：“Y型”密封和“D型”鼓型密封。对于DWX型支柱来说，由于参与密封的活柱外圆面容易锈蚀、划伤，上述两种密封的使用效果都不理想。因为：
一、矿用液压支柱工况的特点
煤矿地质条件千差万别，顶板压力复杂多变，因而单体液压支柱所承受的工作阻力是不断变化的，有时低压，有时高压，是一个动态变换的受力过程。当顶板忽然来压时，支柱压力甚至达到数倍于正常压力的超高峰值。这一受力特点要求单体液压支柱的密封结构应该同时具有高压和低压密封的能力。
二、“Y型”圈密封，如图1所示
依靠A、B两个面密封。工作液通过注液孔进入单体液压支柱的工作腔，在液体压力的作用下，“Y型”密封圈的A、B面向内侧（活柱方向）和外侧（手把体密封槽底面）贴合，起到密封效果。但“Y型”圈密封，低压密封效果好，高压或超高压密封性能差。并且，“Y型”密封圈基本上是线密封，一旦活柱表面损伤或者锈蚀、活柱在升缩过程中密封圈的唇口很容易被损坏，造成密封失效。
三、“D型”鼓型密封圈，如图2所示
“D型”鼓型密封圈配套的密封手把体的结构，是在Y型密封手把体的基础上，在三用阀安装孔和密封槽质检添加一个密封圈增压注液孔。
从理论上讲，使用“D型”鼓型密封圈以后，当DWX型支柱升柱时，工作液通过单体液压支柱注液孔进入液压缸工作腔的同时，高压液体通过增压注液孔进入鼓型密封圈内腔，在密封圈内腔形成向外的膨涨力，密封圈的E面爱内腔膨涨力的作用面与活塞杆外表面的贴合力增大，贴合面积也增大。因为鼓型密封这种面接触，即使活柱外圆面有轻微的损伤或锈点，只要这些伤痕能够被密封圈与活柱表面接触范围所覆盖，就能达到密封的效果，改善了活塞杆外表面的密封性能，从而改善密封效果，延长支柱的使用寿命。相比之下，鼓型密封比Y型圈密封效果更好一些，应该肯定鼓型密封可以改善DWX型支柱的密封状况这种理论概念。
但是，我们通过受力分析不难发现，“D型”鼓型密封圈在的F面同时受到密封圈腔内和腔外大小几乎相同、方向完全相反的两个力的作用，压力液体形成向密封圈腔内的压力与向密封槽的液压涨力相互抵消，即密封增压力几乎为零。而且，在这种密封结构中，F面与手把体密封槽的三个面之间都有缝隙，单靠密封圈材料自身的弹力不足以形成有效的密封，液压缸内腔的高压或低压液体都能轻易地从这些缝隙中泄漏，从而导致液压支柱工作腔压力下降，甚至密封失效。
综上所述，目前普遍应用的上述两种手把体密封形式，都不能兼顾单体液压支柱的低压、高压和变压的复杂工况，更是影响了井下工作面安全支护方面DWX型悬浮式单体液压支柱先进原理和结构优势的发挥。
（三）改进DWX型支柱密封结构的基本思路
通过实际使用和上述总结分析可以确定，DWX型支柱的活柱与手把之间采用鼓型密封，效果优于Y型密封。
现在，我们采用一种鼓型增压密封与Y型密封相结合的新型复合密封结构，即鼓形增压多环复合密封结构。该结构的设计要点为：
一、克服“D型”鼓型密封的设计缺陷，完善、优化鼓型增压密封结构；
二、Y型密封结构部分支撑正常压力；
三、鼓型增压密封结构部分解决高压问题。
该复合密封结构具有复合密封性能，可以满足DWX型支柱活柱与手把之间密封的高精要求。
（四）鼓形增压多环复合密封的实现方式
一、这种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体的结构要点为：
1、手把体结构 鼓形增压多环复合密封手把体上设有互相垂直的两个圆柱孔；一个是密封液压缸和活柱体的竖孔，一个是安装三用阀的横孔，两孔之间设有注液通孔，竖孔设有密封环槽，其内安装密封圈。
2、手把体充、排液孔 鼓型增压多环复合密封手把体上设有三用阀与手把体工作腔连通的注排液孔，与油缸轴向方向平行或夹角的方向开设。
3、新型密封圈 鼓形增压多环复合密封手把采用鼓型增压多环复合密封圈，该密封圈比较现有的“D型”鼓型密封圈，结构和性能具有根本性的区别，这是实现高效增压复合密封的关键。其结构特点为：
（1）密封圈充压机构 鼓形增压多环复合密封圈的密封环槽的端面上设有与液压腔相通的通孔，密封圈在朝向通孔的方向设有与通孔相通的充压结构，包括与通孔相通的缓充槽，以及位于缓充槽内侧的密封圈充压腔，缓充槽与充压腔之間设有支撑隔板，支撑隔板上设有联通缓充槽与充压腔的1-N个注液孔。 （2）高、低压密封区 密封圈的内、外两个环面密封面为密封环面，密封环槽与密封圈下端面接触的端面上设置了至少一个与油缸工作腔相通的注液通孔；密封圈下端包括低压密封区和高压密封区与油缸工作腔相通，且低压密封区与高压密封区沿密封圈轴向设置。低压密封区位于密封圈下端面，高压密封区位于低压密封区的后侧。低压密封区与高压密封区间设有支撑隔板，支撑隔板上设有贯通高压密封区与低压密封区的注液孔。
（3）复合密封 高压密封区包括一个中空的充压腔，充壓腔由注液孔与低压密封区贯通；密封圈的内外密封圆柱面分为1-N道密封环面。与现有技术相比，本手把体与鼓型增压多环复合密封圈配合，在密封环槽的端面开设通孔注液，实现鼓型增压密封和多环复合密封的目的。
二、鼓型增压多环复合密封手把体的工作原理
这种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体与鼓型增压多环复合密封圈配合，在工作过程中，低压由低压密封区实现密封，高压下，高压密封区内充液，从而使得密封件向两边需要密封的一侧膨胀，避免“D型”鼓型密封圈那样因在密封环面充液出现的压力抵消现象，以提高密封效果。
密封圈的下充压端面用于充液，使得密封圈本体向两密封环面方向膨胀。密封圈的轴向方向上分为贯通的低压密封区和高压密封区，其中低压密封区位于密封圈外端用于实现低压下的密封，高压密封区用于实现高压的密封。
DWX型支柱为单向作用、单项充液，因此，在下充液端面设有低压密封区和高压密封区。低压密封区可以采用Y型密封，也可以在充压端面上设置增压缓冲区，实现低压下的密封。高压密封区包括一个充压腔，充压腔通过容纳并充盈高压工作介质向四周膨胀形成密封，使得密封圈向两个密封环面膨胀，密封圈整体向外膨胀，密封环面与油缸内壁或柱塞密封槽底面之间的贴合力明显增大，完全克服“D型”鼓型密封的设计缺陷，充分实现增压密封。
（五）鼓形增压多环复合密封手把的性能特点
由此可见这种鼓型增压多环复合密封结构具有如下特点：
（1）采用改进的手把体与鼓型增压多环复合密封合理组合，是一种更加可靠、安全的新型密封手把。
（2）一个密封圈上兼有传统Y型密封环和鼓型增压密封环两种密封的复式结构，使液压支柱能够适应井下工作面的低压、高压、变化压力等复杂工况。
（3）采用多环复式密封形式，密封圈的多个不同密封环面之间可以互相替补密封，加上鼓型增压密封效果，使得液压支柱的密封安全系数提高数倍。
（4）从支柱工作腔轴向注液，保障密封面增压涨力充分、可靠。
（5）鼓型增压多环复合密封圈的A、B两个密封环面结构合理，保障鼓型密封有效增压，能够明显改善支柱的密封效果。
（6）对于单体液压支柱手把密封槽或（和）活塞杆严重腐蚀或机械损伤的情况，采用鼓型增压多环复式密封形式，能够有效地进行补偿密封，从而显著提高单体液压支柱的可靠性和安全性，大大延长其使用寿命。
（六）结论
此种密封有效解决目前手把体密封结构存在的性能单一、适应能力差、安全系数低、使用寿命短等不足。手把体辅以鼓型增压多环复式密封圈这种密封结构，各密封垫采用密封补偿和密封涨紧技术，增压涨力充分、可靠，密封安全系数提高数倍。从而显著提高单体液压支柱的可靠性和安全性，大大延长其使用寿命降低了密封件的更换率，同时密封件的更换也十分方便，装拆维修简单，降低了维修和维护费用，可以满足DWX型煤矿单体液压支柱在复杂工况下的密封要求。
单体液压支柱是利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱。单体液压支柱是一种新环保型的、恒阻式支护装备，既可与金属铰接顶梁配套用于一般机械化采煤或炮采工作面支护项板用，以及综采工作面支护端头，也可单独做点柱或其它临时性支护用。单体液压支柱采用了中频调质处理和镍-磷-硼化学镀表面处理技术，防腐、耐磨性强、防炮崩，可用井下中性水作为工作介质，从而大大提高了单体液压支柱的稳定性和安全性，提高了支柱的支撑高度，承载能力和抗偏载能力，是环保型支护设备。
长期的煤矿井下使用情况证明，DWX型支柱的工作原理和结构形式具有明显的先进性。但是，其活柱与手把体配合密封的结构形式对密封技术提出了很高的要求，采用密封补偿和密封涨紧技术，增加了密封难度。这个问题严重影响了DWX型支柱性能优势的发挥，并且已经明显影响到整个DWX型支柱行业的发展。改进活柱与手把体的密封原理和结构，具有现实的必要性和紧迫性。
（二）目前密封技术分析（目前DWX型支柱密封存在的问题）
DWX型支柱的主要密封点依靠活柱外圆面、手把体与密封件密封，而在煤矿支护现场，活柱外圆面长期暴露在具有较强腐蚀性的恶劣环境中，活柱外表面很容易被腐蚀、磕碰划伤，在支柱工作的来回升缩过程中，容易造成密封圈损坏，从而导致支柱密封失效，严重时这是煤矿生产的一个安全隐患。
由于DWX型悬浮式单体液压支柱的结构特点，活柱与手把的密封问题既是是重点，也是难点。
现在市面上单体液压支柱的密封形式主要有两种：“Y型”密封和“D型”鼓型密封。对于DWX型支柱来说，由于参与密封的活柱外圆面容易锈蚀、划伤，上述两种密封的使用效果都不理想。因为：
一、矿用液压支柱工况的特点
煤矿地质条件千差万别，顶板压力复杂多变，因而单体液压支柱所承受的工作阻力是不断变化的，有时低压，有时高压，是一个动态变换的受力过程。当顶板忽然来压时，支柱压力甚至达到数倍于正常压力的超高峰值。这一受力特点要求单体液压支柱的密封结构应该同时具有高压和低压密封的能力。
二、“Y型”圈密封，如图1所示
依靠A、B两个面密封。工作液通过注液孔进入单体液压支柱的工作腔，在液体压力的作用下，“Y型”密封圈的A、B面向内侧（活柱方向）和外侧（手把体密封槽底面）贴合，起到密封效果。但“Y型”圈密封，低压密封效果好，高压或超高压密封性能差。并且，“Y型”密封圈基本上是线密封，一旦活柱表面损伤或者锈蚀、活柱在升缩过程中密封圈的唇口很容易被损坏，造成密封失效。
三、“D型”鼓型密封圈，如图2所示
“D型”鼓型密封圈配套的密封手把体的结构，是在Y型密封手把体的基础上，在三用阀安装孔和密封槽质检添加一个密封圈增压注液孔。
从理论上讲，使用“D型”鼓型密封圈以后，当DWX型支柱升柱时，工作液通过单体液压支柱注液孔进入液压缸工作腔的同时，高压液体通过增压注液孔进入鼓型密封圈内腔，在密封圈内腔形成向外的膨涨力，密封圈的E面爱内腔膨涨力的作用面与活塞杆外表面的贴合力增大，贴合面积也增大。因为鼓型密封这种面接触，即使活柱外圆面有轻微的损伤或锈点，只要这些伤痕能够被密封圈与活柱表面接触范围所覆盖，就能达到密封的效果，改善了活塞杆外表面的密封性能，从而改善密封效果，延长支柱的使用寿命。相比之下，鼓型密封比Y型圈密封效果更好一些，应该肯定鼓型密封可以改善DWX型支柱的密封状况这种理论概念。
但是，我们通过受力分析不难发现，“D型”鼓型密封圈在的F面同时受到密封圈腔内和腔外大小几乎相同、方向完全相反的两个力的作用，压力液体形成向密封圈腔内的压力与向密封槽的液压涨力相互抵消，即密封增压力几乎为零。而且，在这种密封结构中，F面与手把体密封槽的三个面之间都有缝隙，单靠密封圈材料自身的弹力不足以形成有效的密封，液压缸内腔的高压或低压液体都能轻易地从这些缝隙中泄漏，从而导致液压支柱工作腔压力下降，甚至密封失效。
综上所述，目前普遍应用的上述两种手把体密封形式，都不能兼顾单体液压支柱的低压、高压和变压的复杂工况，更是影响了井下工作面安全支护方面DWX型悬浮式单体液压支柱先进原理和结构优势的发挥。
（三）改进DWX型支柱密封结构的基本思路
通过实际使用和上述总结分析可以确定，DWX型支柱的活柱与手把之间采用鼓型密封，效果优于Y型密封。
现在，我们采用一种鼓型增压密封与Y型密封相结合的新型复合密封结构，即鼓形增压多环复合密封结构。该结构的设计要点为：
一、克服“D型”鼓型密封的设计缺陷，完善、优化鼓型增压密封结构；
二、Y型密封结构部分支撑正常压力；
三、鼓型增压密封结构部分解决高压问题。
该复合密封结构具有复合密封性能，可以满足DWX型支柱活柱与手把之间密封的高精要求。
（四）鼓形增压多环复合密封的实现方式
一、这种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体的结构要点为：
1、手把体结构 鼓形增压多环复合密封手把体上设有互相垂直的两个圆柱孔；一个是密封液压缸和活柱体的竖孔，一个是安装三用阀的横孔，两孔之间设有注液通孔，竖孔设有密封环槽，其内安装密封圈。
2、手把体充、排液孔 鼓型增压多环复合密封手把体上设有三用阀与手把体工作腔连通的注排液孔，与油缸轴向方向平行或夹角的方向开设。
3、新型密封圈 鼓形增压多环复合密封手把采用鼓型增压多环复合密封圈，该密封圈比较现有的“D型”鼓型密封圈，结构和性能具有根本性的区别，这是实现高效增压复合密封的关键。其结构特点为：
（1）密封圈充压机构 鼓形增压多环复合密封圈的密封环槽的端面上设有与液压腔相通的通孔，密封圈在朝向通孔的方向设有与通孔相通的充压结构，包括与通孔相通的缓充槽，以及位于缓充槽内侧的密封圈充压腔，缓充槽与充压腔之間设有支撑隔板，支撑隔板上设有联通缓充槽与充压腔的1-N个注液孔。 （2）高、低压密封区 密封圈的内、外两个环面密封面为密封环面，密封环槽与密封圈下端面接触的端面上设置了至少一个与油缸工作腔相通的注液通孔；密封圈下端包括低压密封区和高压密封区与油缸工作腔相通，且低压密封区与高压密封区沿密封圈轴向设置。低压密封区位于密封圈下端面，高压密封区位于低压密封区的后侧。低压密封区与高压密封区间设有支撑隔板，支撑隔板上设有贯通高压密封区与低压密封区的注液孔。
（3）复合密封 高压密封区包括一个中空的充压腔，充壓腔由注液孔与低压密封区贯通；密封圈的内外密封圆柱面分为1-N道密封环面。与现有技术相比，本手把体与鼓型增压多环复合密封圈配合，在密封环槽的端面开设通孔注液，实现鼓型增压密封和多环复合密封的目的。
二、鼓型增压多环复合密封手把体的工作原理
这种鼓型增压多环复合密封单体液压支柱手把体与鼓型增压多环复合密封圈配合，在工作过程中，低压由低压密封区实现密封，高压下，高压密封区内充液，从而使得密封件向两边需要密封的一侧膨胀，避免“D型”鼓型密封圈那样因在密封环面充液出现的压力抵消现象，以提高密封效果。
密封圈的下充压端面用于充液，使得密封圈本体向两密封环面方向膨胀。密封圈的轴向方向上分为贯通的低压密封区和高压密封区，其中低压密封区位于密封圈外端用于实现低压下的密封，高压密封区用于实现高压的密封。
DWX型支柱为单向作用、单项充液，因此，在下充液端面设有低压密封区和高压密封区。低压密封区可以采用Y型密封，也可以在充压端面上设置增压缓冲区，实现低压下的密封。高压密封区包括一个充压腔，充压腔通过容纳并充盈高压工作介质向四周膨胀形成密封，使得密封圈向两个密封环面膨胀，密封圈整体向外膨胀，密封环面与油缸内壁或柱塞密封槽底面之间的贴合力明显增大，完全克服“D型”鼓型密封的设计缺陷，充分实现增压密封。
（五）鼓形增压多环复合密封手把的性能特点
由此可见这种鼓型增压多环复合密封结构具有如下特点：
（1）采用改进的手把体与鼓型增压多环复合密封合理组合，是一种更加可靠、安全的新型密封手把。
（2）一个密封圈上兼有传统Y型密封环和鼓型增压密封环两种密封的复式结构，使液压支柱能够适应井下工作面的低压、高压、变化压力等复杂工况。
（3）采用多环复式密封形式，密封圈的多个不同密封环面之间可以互相替补密封，加上鼓型增压密封效果，使得液压支柱的密封安全系数提高数倍。
（4）从支柱工作腔轴向注液，保障密封面增压涨力充分、可靠。
（5）鼓型增压多环复合密封圈的A、B两个密封环面结构合理，保障鼓型密封有效增压，能够明显改善支柱的密封效果。
（6）对于单体液压支柱手把密封槽或（和）活塞杆严重腐蚀或机械损伤的情况，采用鼓型增压多环复式密封形式，能够有效地进行补偿密封，从而显著提高单体液压支柱的可靠性和安全性，大大延长其使用寿命。
（六）结论
此种密封有效解决目前手把体密封结构存在的性能单一、适应能力差、安全系数低、使用寿命短等不足。手把体辅以鼓型增压多环复式密封圈这种密封结构，各密封垫采用密封补偿和密封涨紧技术，增压涨力充分、可靠，密封安全系数提高数倍。从而显著提高单体液压支柱的可靠性和安全性，大大延长其使用寿命降低了密封件的更换率，同时密封件的更换也十分方便，装拆维修简单，降低了维修和维护费用，可以满足DWX型煤矿单体液压支柱在复杂工况下的密封要求。