采煤机牵引部转矩限制器的仿真研究

采煤机牵引部发生严重过载时,通常采用花键轴在剪切槽处断裂的方法来保护牵引电动机,这种保护方式需要频繁更换花键轴,需要消耗大量的时间与成本。为了解决这一问题,文中提出一种依靠螺栓预紧力作用去保护牵引部的转矩限制器结构,同时进一步对其安全保护作用进行研究。基于某型采煤机参数,通过Creo软件建立三维转矩限制器模型,然后对转矩限制器的关键部件内弹性环、外弹性环、铜套在ABAQUS中柔性化,最后在动力学软件ADAMS中对转矩限制器的工作情况进行分析,得到柔性部件的位移、速度、角速度图。结果表明,该转矩限制器部件铜套在相应的时间里发生打滑,可以起到保护牵引部的作用。该转矩限制器结构设计合理,为采煤机牵引部的安全保护装置设计提供了新的思路。

表面涂层分布对自锁螺栓锁紧力矩的影响研究

涂层自锁螺栓是航空航天领域重要的紧固件。表面涂层对自锁螺栓的锁紧力矩和使用安全等影响显著。为了解决航空航天结构用螺纹连接的松动问题,这里分析了自锁螺栓的防松机制及防松措施,提出整周涂层、对点涂层和半周涂层三种表面涂层分布形式,并完成了预试验分析,确定最佳涂层分布形式为半周涂层,选取涂层材料为NYLON11尼龙胶粉;实施了自锁螺栓半周涂层时常温和高温台架性能验证试验。结果表明,采用整周涂层和对点涂层时,随着螺栓的拧入,出现锁紧力矩过大、涂层破坏和锁紧力矩衰退严重问题;半周涂层时,螺栓拧入时未出现涂层破坏,涂层厚度保证自锁螺栓能自由地通过环规(最大螺纹大径+0.076mm)时锁紧性能优异,常温和高温最大锁紧力矩分别趋于为1.82N·m和1.51N·m附近,常温和高温最小脱松力矩均大于0.22N·m,满足生产需求。

自适应贴合力矩的扭矩转角法拧紧工艺分析

螺栓连接是航空发动机装配最重要的连接方式之一。针对航空发动机螺栓传统拧紧工艺中预紧力分散性大和控制精度较低等问题,这里系统地研究了螺栓连接装配工艺中的扭矩转角拧紧工艺。首先对螺栓装配拧紧工艺中的扭矩转角法进行理论和误差分析;接着以M10螺栓为例进行扭矩转角法的有限元仿真,分析了设置动态拐点扭矩下螺栓拧紧过程中预紧力和螺栓应力的变化规律,提出了基于自适应贴合力矩的螺栓扭矩转角拧紧方案;最后以该型号螺栓为例进行试验验证,获取螺栓的自锁力矩,并确定自适应贴合力矩下的扭矩转角法的最优拧紧工艺。

基于修正雅可比旋量模型的C形闩机构偏差分析及优化

使用基于修正雅可比旋量模型的容差分析方法,对引导锁C形闩机构中C形闩的安装位置、运动精度进行分析,与3DCS软件结果进行对比,验证方法适用性。引用机器人运动学相关理论,将静态容差分析拓展到动态容差分析,对C形闩在运动过程中的位置精度进行分析,使用基于Taguchi的容差贡献度、灵敏度对其进行优化分析及容差设计,得出影响较大的因子。

螺栓实用防松方法

螺栓因其易于装配和拆卸的特点,成为工业生产、生活中应用最广泛的一类紧固件。日常生活中各种交通工具、各种工业设备,都会用到螺栓。但因其易于拆卸,也导致螺栓在振动、冲击等情况下发生松脱,从而失去联接能力。

高陡边坡脚手架的稳定性研究

为研究高陡边坡脚手架的稳定性,以实际工程项目为背景,借助有限元软件,研究分析立杆间距和立杆步距两个布设参数对扣件式钢管脚手架整体稳定性的影响,并引入锁脚锚杆技术优化脚手架的边界连接性能,以提高扣件式钢管脚手架整体稳定性。通过以上研究,可以合理确定脚手架结构搭设参数,加强脚手架在高陡边坡施工作业过程中的安全稳定性能,并为类似工程提供借鉴。

胀裂自锁可回收锚杆装置研究

为了进一步完善可回收锚杆技术,针对现有煤矿巷道金属锚杆支护无法回收,可回收锚杆锚固性能差和回收率低等问题,研发一种新型胀裂自锁可回收锚杆装置。通过试验验证了可回收杆体与自锁连接机构承载性能,通过工业性试验验证了金属杆体可回收重复使用。新型胀裂自锁可回收锚杆施工简单,杆体可以回收,节约钢铁资源,降低支护成本,为新型机械式可回收端锚锚杆支护技术的应用提供理论基础和实践经验。

一种防止螺栓在压力循环下松动的结构研究

为防止金属螺栓在常温、高温的压力循环工况变化下导致法兰密封副、金属螺栓发生微弹塑性变形,从而引起法兰密封副出现局部泄漏点、造成介质外泄漏的现象,本文研究了一种能够防止金属螺栓在压力循环下松动的垫圈,通过对金属螺栓松动机理的分析,进行了防松垫圈的结构设计、材料选择、计算校核、试验验证等工作,最终防松垫圈在预紧工装、明确的预紧力矩下,成功通过了常温、高温下的压力循环试验,试验期间防松垫圈保证了金属螺栓受载均匀,避免因金属螺栓紧固力量不均而导致的法兰密封副的不规则变形,使密封性能大大提高,有效地防止法兰密封副泄漏的发生。

软弱围岩隧道取消系统锚杆的现场试验研究

在软弱围岩隧道中,提出初期支护结构由钢架+喷射混凝土+钢筋网+锁脚锚杆+纵向连接筋组成,即取消系统锚杆用钢架联结处的锁脚锚杆代替。以包家山隧道为依托工程,采用现场试验的方法,选取2个试验段,进行锁脚锚杆取代系统锚杆后,有、无拱部锚杆的对比试验研究。对比试验的内容包括:隧道初期支护的净空收敛、围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力和纵向连接筋应力等。研究结果表明:2个试验段初期支护变形趋于稳定,结构受力安全,说明取消系统锚杆不影响初期支护结构的安全与稳定;拱部锚杆有受拉,也有受压,但受力都不大,最大拉应力仅为钢材极限强度的11.8%,其支护作用不明显;锁脚锚杆大部分受拉,最大值达到191MPa,钢架支护作用明显,在支护体系中发挥着重要作用。取消系统锚杆减少了施工工序,降低了工程造价,缩短了工序循环时间,有利于及早封闭围岩以形成完整的支护结构。经济价值和社会效益显著。

锁脚锚管对土质隧道围岩变形和支护内力的影响研究

对比分析了锚杆和锁脚锚管的异同点，提出了锁脚锚管的数值模拟方法。通过三维有限元分析，研究了锁脚锚管对支护结构变形和内力的影响，揭示了锁脚锚管的作用机理，提出了判断锁脚锚管是否有效和合理的标准。研究表明锁脚锚管应通过约束其沿洞轴方向的转动自由度考虑，合理的锚管长度和打入角度不仅有利于限制围岩的变形，而且有助于支护结构承载能力的发挥，一般土质隧道的锁脚锚管长度宜取2．3～3．0m，打入角度宜取0°或30°。判断锁脚锚管是否合理时，可根据工程实际需要，结合承载能力发挥系数与位移限制系数确定。

钢结构高效螺栓连接关键技术研究进展

针对大量使用的钢结构闭口截面构件难以全螺栓连接、风电等大直径高耸钢管结构在风致动载作用下拼接接头抗疲劳能力不足、承受动载的大型钢结构基础预应力抗拔锚栓缺乏设计与施工成套技术等3大问题,通过概念设计、理论分析、试验研究、数值模拟、产品研制、装备开发等手段,研制了单向(边)高强螺栓紧固件、反向平衡法兰连接技术和螺栓预拉力直接张拉法设备、可更换预应力锚栓和大型锚栓施工定位装置,开发了锚栓预应力直接张拉安装技术,提出了梁柱全螺栓连接半刚性钢框架设计方法、拼接节点的等效抗弯承载力设计方法以及防止基础动力疲劳开裂的设计方法,取得了一系列钢结构高效螺栓连接关键技术的研究成果,并在工程中得到了检验和推广应用。

三峡永久船闸闸墩-锚杆-岩基的非线性耦合分析

建立分析了结构与岩基接触问题的非线性物理方程式，并采用“变增量搜索法”迭代方案求解三峡船闸闸墩-锚杆-岩基的相互作用问题。将三峡船闸在施工及运行过程中，由温度荷载和水压力、渗压力等外荷载共同作用下的复杂空间接触问题，分解为求解温度引起的结构与岩基接触面的张开度和由此作初间隙研究外荷载作用下整个系统的变化规律和应力状况。详细分析了锚杆自由长度对锚杆内力分布的影响。研究结果已得到实际应用，研究方法可用于同类结构的空间多体接触问题的求解。

高锁螺栓干涉连接中极限干涉量

干涉配合是提高螺栓连接疲劳寿命的有效工艺方法,针对钛合金高锁螺栓的干涉配合静态压入过程,建立有限元模型并进行数值模拟。分析不同干涉量下螺栓上最大应力、孔壁上最大应力值和叠层板上应力分布特点。结果表明,采用静态压入方法的最大干涉量为2.0%,并分析塑性区随干涉量的变化特点及数值模拟结果中的凸瘤大小。在数值模拟的基础上进行高锁螺栓液压压入试验,通过对比试验和模拟压入力的峰值、历史曲线和孔出口处凸瘤大小,有限元模拟得到了验证,利用有限元结果分析带孔边压痕的试验件孔口易产生裂纹的根本原因,并分析试件孔口凸瘤范围大小对结构疲劳磨损的影响,得出干涉量不宜超过2.0%。

极软煤层巷道钻孔卸压与U型钢协同控制

为解决极软煤层巷道的控制难题,以芦岭煤矿9号煤层(f=0.16~0.53)巷道为研究对象,采用FLAC5.0软件研究了锁腿锚杆与卸压钻孔实施前后U型钢支架的载荷分布规律及巷道变形特征。结果表明:U型钢支架施加锁腿锚杆后支架的稳定性和承载能力得到了明显改善,但巷道变形量并没有大幅度降低,单纯采用锁腿锚杆难以控制巷道的剧烈变形。卸压钻孔可以为围岩的碎胀变形预留一定的释放空间,缓解作用在U型钢支架上的压力,两者协同作用,可以充分发挥各自的优点,有效改善U型钢支架的支护效果。现场实践表明,实施钻孔卸压和锁腿锚杆后巷道回采期间的平均底鼓速度由2.0 mm/d减小至0.98 mm/d,两帮平均变形速度由2.64 mm/d减小到1.86mm/d,能够有效维护极软煤层巷道围岩的稳定。

10.9级国产自锁式单向螺栓承载性能研究

研制开发出了国产自锁式10.9级单向螺栓,并针对6种不同型号的10.9级单向螺栓进行了单个螺栓的轴向拉伸和剪切的静力试验,各种型号的螺栓均进行了多种钢板厚度的试验。通过上述试验,得到了国产自锁式10.9级单向螺栓在轴向拉力和剪力作用下的荷载-位移曲线,由此获得了单个国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉极限承载力、抗剪极限承载力等力学性能指标。试验结果表明,除了用于连接钢板较薄的情况,国产自锁式10.9级单向螺栓的抗拉承载力和同等级承压型高强度螺栓相当,抗剪承载力优于同等级承压型高强度螺栓,能满足工程应用的需要,为国产自锁式10.9级单向螺栓连接的工程应用提供了基础数据和依据。

软弱围岩隧道锁脚锚杆受力特性及其力学计算模型

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中应用非常广泛,为了研究其受力特性,以包茂线西康高速公路包家山特长公路隧道为依托,采用现场试验的方法,对典型断面锚杆轴向应力进行测试,结果表明:拱部锚杆受力较小,最大应力仅为锚杆极限应力的11.5%,作用不大;锁脚锚杆受力较大,最大应力达到锚杆极限应力的55.4%,作用很大;锁脚锚杆受长度和角度限制,不能发挥锚固作用。在分析其受力特性的基础上,采用结构力学和弹性地基梁的方法,建立了钢架和锁脚锚杆力学计算模型。应用该模型对隧道测试断面处的锁脚锚杆受力进行了分析计算,给出了锁脚锚杆弯矩分布图。根据弯矩推算锚杆应变值,并与实测值进行对比,结果表明:实测值和计算值规律一致,在距离孔口最近位置处锚杆应变最大,随着距离孔口距离增大,应变逐渐变小。

导弹关键舱段螺栓联接的有限元分析及预紧力研究

螺栓组联接是导弹舱段间联接的一种常用形式。针对某型号导弹关键舱段间螺栓联接结构在一定预紧力状态下的防松问题,对螺栓联接预紧力范围进行研究。首先利用螺栓强度理论与结构设计要求得到联接螺栓的初始预紧力范围值;然后,通过有限元软件对导弹舱段间螺栓联接结构进行局部有限元分析,对预紧力范围进行校核;最后,对导弹联接螺栓施加预紧力与弯矩组合载荷进行有限元分析,优化预紧力范围,并推导得出预紧力与工程安装扭矩之间的转换关系。

高地应力深埋隧道断裂破碎带大变形控制方法现场试验研究

针对新莲隧道大埋深、高地应力、大变形凸显的实际情况,开展单层支护、双层支护、刚性强支、超前导洞+扩挖方案下支护受力及变形控制方法现场试验研究。结果表明:①原设计方案1支护偏弱不足以抵抗围岩形变压力,平导支护应力超过设计应力值率达100%,正洞支护侵限严重,换拱率100%;②“让抗结合”的双层支护方案2,下台阶与仰拱同步施作,不利于下部围岩应力释放,仰拱隆起开裂,边墙换拱率84%;变更下台阶与仰拱分段施作后,仰拱应力缓慢释放,大变形得以控制;③采用“刚性强支”理念的方案3,增设了“H175型钢+大拱脚靴套+锁脚锚杆套管”,提升了拱架整体刚度,最大收敛变形速率减小42.4%、月开挖进尺达90 m;④采取“超前导洞+扩挖”的方案4,实现了应力分阶段缓释,大变形得到有效控制,但纤维混凝土的应用及超前导洞支护的拆除增加了成本和工序。建议跨断裂破碎带段采用经济合理、工序简便、支护调整灵活的方案3进行施工,方案4可作为更大围岩变形的预备方案。同时拱顶预留变形量可近似按边墙预留变形量的1/2留设。

高锁螺栓连接力学参数关系的实验研究

为了研究高锁螺栓连接过程中拧断力矩、锁紧力矩及预紧力之间的关系,借助普通螺栓连接经典理论推导出了高锁螺栓连接的数学模型。以A286材质的M5、M6、M8型三点高锁螺母及未经自锁工艺处理的高锁螺母与高锁螺栓为实验对象,利用扭拉实验设备,获得了拧断力矩、锁紧力矩及预紧力值。通过推导的数学模型计算出了扭矩系数。实验结果表明:三点高锁螺母及未经自锁工艺处理的高锁螺母的拧断力矩值和扭矩系数值几乎相同。对于三点高锁螺母,收口部位对高锁螺母的拧断力矩几乎没有影响,锁紧力矩是线性叠加到拧断力矩上的。实验结果验证了数学模型的正确性。

隧道三台阶开挖锁脚锚管倾角优化研究

跨度大、扁平率高的隧道在施工过程中拱顶沉降等控制要求十分严格,台阶法因其施工效率高、控制隧道变形能力较强等优点而被广泛采用。工程实际中若支护结构封闭较晚,隧道变形则较难控制,打设锁脚锚管是控制隧道变形的有效手段,然而目前关于锁脚锚管施工和设计方面的研究较少。以新疆石人子沟隧道为例,开展了锁脚锚管倾角优化分析。分析认为,上台阶锁脚锚管是施工控制的关键,锁脚锚管最优倾角范围为上台阶0°~45°、中台阶0°~56°、下台阶10°~60°;且从控制隧道变形的角度考虑,倾角在所述范围内应尽可能大,这与诸多现场经验结论较为吻合,相关成果可以为类似工程提供参考。