轴向冲击与偏载下吸能防冲构件吸能特性研究

针对液压支架中吸能构件吸能防冲性能不足以及在偏载下易出现冲击性失效等问题,利用数值方法探究不同类型防冲构件在轴向冲击和偏载下的吸能特性。研究结果表明:普通圆管和方管变形模式不稳定、能量吸收较低,增加肋板后变形分别转为混合模式与渐进叠缩手风琴模式,变形中反力初始峰值、反力均值与吸能量均明显提高;偏载作用下构件易产生非对称变形和失稳,非对称变形下构件初始峰值损失严重,吸能防冲作用基本失效,且失稳下构件初始峰值降低,吸能量减少,反力均方差增大,吸能防冲效果较差;平台有倾角的偏载下构件吸能特性与轴向冲击下几乎相同,吸能防冲效果理想。研究结果可为进一步提高液压支架吸能防冲性能提供理论支撑。

冲击地压新型加肋板圆管式吸能防冲构件的仿真与试验

针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用加肋板圆管式吸能防冲构件,通过仿真和试验方法分析不同肋板厚度和布置形式下加肋板圆管式构件以及无肋板圆管构件的吸能防冲特性。结果表明:肋板的布置抑制了圆管构件压溃屈曲的圆环模式变形和欧拉失稳,使变形趋于稳定;随着肋板厚度增加,构件压溃变形阈值、吸能量、反力平均水平增加,反力波动增大,可用变形让位距离减小;一字形肋板布置构件变形普遍不规范,十字形构件出现开裂和偏斜变形现象,Y字形、肋板厚度较小构件变形普遍较规范,从一字形、Y字形到十字形构件,其变形阈值、吸能量、反力平均水平基本有所增加,可用变形让位距离减小;Y字形、肋板厚8 mm的构件为ZHD6000型防冲支架较理想的吸能防冲构件。

矿用防冲方形折纹薄壁构件吸能特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用防冲方形折纹薄壁构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能和压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、轴向堆积不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规方形薄壁进行了对比分析。结果表明:1方形折纹薄壁构件与常规方形薄壁构件相比有较低的压溃峰值载荷,有较高的总吸能和比吸能,防冲性优势明显。2减小折纹薄壁构件的壁厚和减小模块长度来增加构件轴向模块个数均能有效降低压溃峰值载荷,但同时也降低了总吸能和比吸能。根据模拟结果,选定了矿用防冲方形折纹薄壁构件尺寸,并进行了实验研究,证明了模拟的准确性。防冲构件与现有支架相结合使用,可使现有支架成为顶梁防冲支架、底梁防冲支架、两帮防冲支架、防冲液压支柱等。

矿用六边形折痕构件吸能防冲特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用六边形折痕吸能防冲构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能、压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间和构件恒力变形阶段为液压阀打开提供了时间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、不同凹角宽度、轴向"堆积"不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规六边形薄壁进行了对比分析。结果表明,折痕引入能有效降低常规六边形构件的峰值载荷、载荷波动系数,提高能量吸收和增加冲程效率,验证了折痕构件的有效性。六边形折痕构件具有较高的冲程效率,模块凹角宽度及壁厚对冲程效率、吸能评价指标影响较小。载荷波动系数随壁厚增加而降低,构件的峰值载荷、平均压溃载荷及吸收能量随壁厚增加而增加。模块凹角宽度对构件的防冲性能影响较大,应选择合适的模块凹角宽度。随"堆积"模块数增加,峰值载荷降低,反力波动增大。防冲构件与现有液压支柱结合使用能提高支柱的防冲性能。

自移式吸能防冲巷道超前支架设计与研究

为提高支架抗冲击性能,有效防治巷道冲击地压,针对冲击地压矿井,从防冲角度创新设计了自移式吸能防冲巷道超前支架。支架可调节支护宽度,采用前推后拉实现自动移架,顶梁安装薄壁六边形吸能防冲构件,立柱安装扩径式吸能防冲构件,支架具有吸能让位防冲功能。采用吸能防冲支架支护巷道,将形成"围岩—吸能支护"系统,冲击地压发生时,一是吸能防冲构件通过塑性变形直接耗散围岩冲击能;二是吸能防冲构件让位空间给煤岩提供了一定的能量释放空间,间接耗散围岩冲击能;三是构件恒力变形阶段改善了支架受冲击载荷时的受力情况,也为液压阀开启提供了时间,有效提高了支架抗冲性能;四是支架吸能让位过程中,支架与围岩自调节后又形成新的"围岩—支护"系统,有利于巷道稳定。吸能防冲支架具有较高的支护强度和较强的抗冲击载荷能力,为防治巷道冲击地压提供一种新型支架。

吸能防冲立柱设计及其特性数值分析

为了提高液压立柱的抗冲击力学性能,增强冲击地压巷道支护效果.采用在常规液压立柱中加入具有恒定承载力的吸能防冲构件方法,设计了吸能防冲立柱,并采用ABAQUS有限元软件对吸能防冲立柱的抗冲击力学性能进行数值分析.结果表明:吸能防冲构件变形阶段吸收了部分冲击能量,有效改善了立柱受冲击载荷时的受力情况,减小了立柱变形,较大地提高了立柱抗冲击力学性能;在外界条件均相同情况下,吸能防冲立柱的抗冲击力学性能远好于常规立柱.在常规液压立柱中加入吸能防冲构件可有效增强立柱抗冲击性能.