Experimental investigation on friction and squeezing of roof structure key blocks corner upon long-wall face

The coefficients of friction and squeezing of the key blocks comer in the roof structure of underground coalface are key factors to roof structure stability quantitative analysis. In this paper, through the special test of three-type corner friction and squeez- ing of real rock specimens, and physical simulation test on the roof key blocks of roof structure as well as the finite element calcula- tion of the corner stress distribution and failure mechanism, the characteristics of friction and squeezing of the roof key blocks comer are revealed. It is found that the friction angle of the roof key blocks corner is the residual friction angle, and the frictional angle of the roof key blocks is 22-32° (average 27°), so the friction coefficient is determined as 0.5. It also found the squeezing strength is less than the uniaxial strength, and the squeezing coefficient of the roof blocks corner is determined as 0.4. Based on the results, the ground control theory can be updated from qualitative analysis to quantitative analysis.

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

BLOCK PIVOT METHODS FOR SOLVING FRICTIONAL CONTACT PROBLEMS

Based on elementary group theory, the block pivot methods for solving two-dimensional elastic frictional contact problems are presented in this paper. It is proved that the algorithms converge within a finite number of steps when the friction coefficient is ''relative small''. Unlike most mathematical programming methods for contact problems, the block pivot methods permit multiple exchanges of basic and nonbasic variables.

沙粒介入高速列车制动界面对摩擦块摩擦磨损行为的影响

针对沙区铁路的列车制动摩擦磨损问题,基于自主研制的高速列车制动摩擦磨损试验台,开展了戈壁沙、沙漠沙介入制动界面后影响摩擦块摩擦磨损行为的试验研究.重点探究了2种不同沙粒介入制动界面后摩擦块表面摩擦磨损特性的演变过程及其差异,结果表明:戈壁沙、沙漠沙的介入,都会破坏摩擦块表面的原始磨屑堆积层,进而改变界面接触状态及磨损特性.戈壁沙介入后的摩擦块表面不易形成稳定的摩擦层,且显露出更多的石墨成分,降低了界面摩擦系数及平均温度.而沙漠沙介入后,由于其粒径相对较小,在摩擦块表面堆积了更多的沙粒,形成了沙粒磨屑混合堆积层,这种堆积层增大了界面摩擦系数和平均温度,并对摩擦块基体材料造成严重损伤.

考虑摩擦块形状及轮轨蠕滑的列车制动黏滑振动行为分析

制动盘与摩擦块之间相互摩擦引起的黏滑振动直接影响高速列车制动系统的稳定性并威胁车辆安全运行.为探明摩擦块形状对高速列车制动系统黏滑振动的影响,本文中针对高速列车制动系统常用的五边形和六边形摩擦块,在相对低速条件下开展了盘-块黏滑振动试验,辨识了盘-块界面的Stribeck摩擦参数,揭示了摩擦块形状、摩擦系数和盘-块界面黏滑振动之间的关系.进一步,建立了考虑盘-块摩擦、轮-轨黏着及轮-盘扭转的高速列车制动系统动力学模型,并将辨识的Stribeck摩擦参数集成到该动力学模型中,构建了盘-块界面摩擦特征与制动系统动态响应之间的关联.基于此,研究了摩擦块形状对高速列车制动系统黏滑振动的影响.结果表明,摩擦块形状通过改变盘-块界面摩擦特征,影响制动系统的黏滑振动响应及稳定性.此外,相比五边形摩擦块,采用六边形摩擦块制动系统的黏滑振动强度更低.

制动闸片摩擦块孔结构对盘-块界面黏滑振动的影响

制动闸片摩擦块多采用孔结构以改善界面摩擦磨损行为及热分布特征。为进一步研究制动闸片摩擦块孔结构与盘-块界面黏滑振动特性的关系,通过开展摩擦学试验,分析了有孔和无孔摩擦块对界面黏滑振动的影响,并辨识了相应的Stribeck模型参数以描述盘-块界面间的摩擦因数特征。然后,建立了盘-块摩擦系统数值模型,基于辨识的Stribeck模型参数并结合理论分析,探讨了黏滑振动的关键影响因素,揭示了摩擦块孔结构对界面黏滑振动的作用机理。结果表明,摩擦因数-相对速度负斜率特征造成的负阻尼效应向系统输入能量,导致了系统的不稳定及黏滑振动。动、静摩擦因数的差值越大,负阻尼效应越强,系统黏滑振动强度及不稳定程度更高。相比无孔摩擦块,有孔摩擦块可通过孔结构调整界面摩擦特征,使动、静摩擦因数的差值减小,从而有效抑制界面黏滑振动强度,提高系统的稳定性。

机体表面振动信号影响因素关联性分析

为了研究机体表面振动信号各影响因素的影响规律,在不同转速、转矩、润滑油温度及配缸间隙下,对比分析振动信号的峰值、方差、标准差及均方根等4个时域参数以及小波包分解得到的各频段能量的变化趋势。结果表明:随着转速的升高,燃烧压力峰值出现波动,在活塞惯性力的主导作用下,振动信号时域特征参数及频段5以上频率成分的能量呈增加的趋势;燃烧压力峰值随着转矩的增加而增大,振动信号时域特征参数及各频段能量均呈增加的趋势;随着润滑油温度的升高,在润滑油阻尼及燃烧压力的双重作用下,振动信号时域特征参数幅值整体呈降低的趋势,频段12以上频率成分的能量呈增加的趋势;随着配缸间隙的增加,密封性降低导致燃烧压力峰值减小,但由于活塞二次运动加剧,导致振动信号时域特征参数及频段5以上频率成分的能量呈现增加的趋势。

煤的冲击倾向性对深部煤岩界面超低摩擦效应影响研究

为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度,开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明:(1)超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区,强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5~3.5 Hz、2.0~3.0 Hz、1.5~2.5 Hz,频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强,频率显著影响区域整体右移。(2)超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关,在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。(3)建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式,实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0~12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论]40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。

CVT变速箱油标准中LFW-1钢对钢摩擦特性的研究

目前在市场上主要有液力机械自动变速器(AT)、无级自动变速器(CVT)、电控机械式自动变速器(AMT)以及双离合器式自动变速器(DCT)。它们都有各自的特点,分别占据一定的市场份额。不同结构的自动变速器所用润滑油均为专用油,那么专用油主要区别在哪?文章以CVT变速箱油(CVTF)标准中LFW-1钢对钢摩擦特性试验为例,来阐述不同油品摩擦性能的差异,以及不同类型自动变速箱油品不能通用和互换的原因。

环保纤维型钻机刹车块制备及性能评价

传统石棉型钻机刹车块在高温工作条件下易脱落,且产生有毒致癌分解物。本文以环保纤维型材料制备的盘式钻机刹车块作为实验,各项性能实验结果,表明纤维型钻机刹车块的密度、冲击强度、摩擦系数、磨损率性能与石棉型钻机刹车块基本相似,符合行业标准要求,且制动导热温度比石棉型钻机刹车块低,因此,纤维型钻机刹车块性能稳定,使用寿命较长,利于作业人员健康及设备工作效率。

复兴区块陆相页岩油水平井降摩减阻技术

复兴区块陆相页岩油水平井摩阻异常高,导致成井困难,为了揭示复兴区块水平井摩阻异常发生的原因,文中开展了岩石力学及钻井液性能分析等相关实验,对比分析了陆相页岩与海相页岩地质特征差异。通过建立考虑岩屑床、钻井液液柱压力与地层孔隙压力差的管柱力学模型,研究了岩屑床和压差对摩阻的影响规律。研究结果表明,陆相页岩微裂缝发育、压力传递速度快、钻井液液柱压力与地层孔隙压力的差值大、钻井液低密度固含超标而引发的管柱与地层之间的压差黏附过大是导致摩阻异常高的根本原因。制定了钻井液性能调控、低密度固含控制、减小压差等降摩减阻工程措施并进行了现场先导试验,水平段摩阻得到极大改善。研究结果为解决四川盆地陆相页岩水平段摩阻异常高这一工程难题提供了参考。

合成摩擦材料在轨道交通领域的应用与发展

合成摩擦材料以其重量轻、摩擦系数稳定、性能可调节性强等优点,成为轨道交通列车制动装置中的关键材料,主要产品应用于制动的合成闸片、合成闸瓦和用于踏面清扫及修形的研磨子。综合概述了合成摩擦材料在我国轨道交通领域的发展历程,详细介绍了3种产品的物理力学性能和摩擦性能特点,并就合成摩擦材料在铁路机车、城市轨道交通列车、动车组列车等轨道交通上的应用实例和发展情况做了分析。基于列车行驶和制动的复杂工况,对合成摩擦材料在使用过程中常见的金属镶嵌、裂纹、异常磨耗等问题进行成因剖析并提出解决策略。面对轨道交通“提速、重载、轻量化、安全”的发展趋势,提出合成摩擦材料在深化基础理论研究、更高速度等级应用及摩擦副匹配关系等方向的发展需求,为我国在合成摩擦材料的研究及应用提供参考和思路。

Preparation and Properties of Friction Materials by Using Two Kinds of Fibrous Industrial Minerals

The basic technology and properties of the brake blocks made of modified needle-like wollastonite and fibrous sepiolite were intensively researched.The impact strengthes and fixed velocity friction of the brake blocks prepared by different recipes were tested. The testing results show that it is feasible for needle-like wollastonite and fibrous sepiolite to take the place of asbestos as the reinforced materials of friction materials.The braking effect of the brake blocks is the best when the ratio of the needle-like wollastonite to the fibrous sepiolite was 1∶6.

Tribological Behavior of Stellite 720 Coating under Block-on-Ring Wear Test

Stellite 720 is a high-carbon Co-Cr-Mo alloy, designed for severe wear/corrosion environments. This article presents a study of the Stellite 720 coating on stainless steel 304 under block-on-ring wear test. The coating is deposited through a slurry/powder metallurgy sintering process. Micro-hardness indentation test is conducted on the cross section of the coating specimen to investigate the hardness of individual phases of the coating material and the dilution effect of the substrate material on the coating layer. The tribological behavior of the coating under low and high load wear is investigated. The worn surfaces of the coating specimens are analyzed using a Philips XL30S FEG scanning electron micro- scope (SEM) with an EDAX energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy system. The experimental results are discussed to explore the wear mechanisms of the Stellite 720 coating under block-on-ring wear.

煤表面粗糙度对煤岩超低摩擦效应影响试验研究

超低摩擦型冲击地压本质是煤岩界面发生超低摩擦效应诱发的一种新型煤矿动力灾害,以沈阳红阳三矿顶板-煤层-底板为研究对象,利用自主研发的试验装置进行了轴压、垂直扰动和水平冲击共同作用下砂岩-煤-砂岩叠加块体超低摩擦效应模拟试验,以煤块为工作块体,分析了煤表面粗糙度对工作块体水平位移幅值、水平位移突变时间、水平加速度幅值、水平加速度突变时间的影响,得到了煤表面粗糙度对超低摩擦效应影响规律。结果表明:(1)砂岩表面粗糙度系数一定时,随煤表面粗糙度系数增大,工作块体水平位移和水平加速度时间历程曲线存在三阶段特征,即孕育阶段、激发阶段、稳定阶段;(2)煤表面粗糙度系数存在拐点为3.98,当煤表面粗糙度小于拐点3.98时,随煤表面粗糙度增大,激发阶段水平位移大于稳定阶段水平位移,位移差线性减小,超低摩擦效应减弱;(3)当煤表面粗糙度大于拐点3.98时,随煤表面粗糙度增加,激发阶段水平位移小于稳定阶段水平位移,此时工作块体水平位移出现二次增加,随位移差绝对值不断增大,超低摩擦效应越显著;(4)水平位移幅值和水平加速度幅值随煤表面粗糙度增大,呈先线性递减后线性递增规律;(5)水平位移突变时间和水平加速度突变时间随煤表面粗糙度增加,呈先线性增加后线性递减规律。

动载扰动下倾斜煤岩组合块体超低摩擦效应研究

随着我国煤矿相继进入深部开采,三高一扰动复杂应力环境使深部煤岩体结构趋于破碎为块体,煤岩块体界面多为含倾角结构面。冲击扰动作用下,煤岩块体易沿煤岩界面产生失稳滑移,诱发超低摩擦型冲击地压。利用有限差分软件,建立砂岩-煤-砂岩组合块体,以工作块体水平位移、加速度幅值作为块体超低摩擦效应表征参数,模拟不同倾角的煤岩组合块体受扰动冲击作用时,工作块体超低摩擦效应特征参数的变化情况。考虑倾角大小、加载方式、冲击幅值和水平冲击延迟时间等因素影响,得到含倾角煤岩组合块体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:动载扰动下含倾角煤岩组合块体,煤岩块体倾角越大,加速度峰值越大,位移错动越明显,超低摩擦效应越显著。随垂直扰动幅值的增加,工作块体加速度振荡越剧烈,趋于平衡收敛时间延长,垂直扰动始终是诱发超低摩擦效应的主要因素。垂直扰动与水平冲击共同作用下,模型底部、中部、顶部监测点超低摩擦效应强度依次增加,随着倾角的增加,位移差值不断扩大。工作块体位移振荡剧烈程度随水平冲击延迟周期增加而增大,在同一位移振荡周期内,波峰点水平冲击比均值点与波谷点水平冲击更易发生超低摩擦效应。

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变过程,可为保障制动安全提供必要的理论支撑。

考虑轮轨蠕滑的高速列车制动非线性振动行为研究

为了揭示在制动工况下轮轨蠕滑对高速列车非线性振动的影响,考虑Polach轮轨蠕滑和盘片Stribeck摩擦,建立了高速列车盘式制动系统的3自由度非线性动力学模型,采用数值积分法求解制动系统的振动响应,并与线路试验数据进行对比,验证了模型的有效性。通过该模型进一步研究了低速下盘式制动系统非线性动力学行为,对比分析了Polach轮轨蠕滑模型与双线性轮轨蠕滑模型的差异;探究了平均蠕滑率和轨面条件对制动系统振动的影响;揭示了轮轨黏着与盘式制动系统非线性行为的相互作用机理。结果表明:相比于双线性轮轨蠕滑模型,Polach轮轨蠕滑模型受车速影响更为明显,更加符合实际服役情况;平均蠕滑率增大、轨面条件变差将导致混沌运动出现时的制动压力更小,混沌-周期振动交替出现的次数增加,制动系统振动行为更为复杂。

LD高温高压气井井身结构优化与适用性评价

LD区块储层超高温高压,压力窗口极窄,压力预测误差大,套管层次及下深优化的余地小,井下复杂频繁,优化井身结构降低井下复杂至关重要。考虑已钻超高温高压探井遇到的复杂情况、现有的地质认识,结合国内塔里木油田与川东北地区实钻经验,提出了LD高温高压气井井身结构优化方案,并建立了井身结构适用性评价方法。推荐的井身结构方案在不改变一开井眼尺寸的基础上,通过放大技术套管,预留了备用井眼,为下部薄弱层位预留风险应对空间,具有井下复杂的风险处置能力。对推荐的井身结构方案开展水力性能评价、扭矩极限校核、管柱下入可行性分析,结果显示该井身结构方案具有较优的适用性。为LD区块开发安全作业、降本增效提供了保障,具有较好的应用前景。