Numerical simulation and analysis of drill rods vibration during roof bolt hole drilling in underground mines

Structural deterioration in the roof in an underground mine can easily cause roof fall, and deterioration is difficult to detect. When drilling holes for roof bolts, there is a relationship between the vibration of the drill rod and the properties of the rock being drilled. This paper analyzes transverse, longitudinal, and torsional vibrations in the drill rod by using vibration theory. Characteristic indexes for three kinds of vibration are determined. Using the finite element analysis software ABAQUS, a model for drill rod vibration during the drilling of roof bolt holes was established based on the geological and mining conditions in the Guyuan Coal Mine, northern China. Results from the model determined that the transverse and the longitudinal vibration decrease as the rock hardness decreases. In descending order, sandstone,sandy mudstone, mudstone, and weak interbeds cause progressively less vibration when being drilled.The ranking for strata that cause decreasing torsional vibration is slightly different, being, in descending order, mudstone, sandstone, sandy mudstone, and weak interbeds. These results provide a theoretical basis for predicting dangerous roof conditions and the presence of weak interbeds to allow for adjusting bolt support schemes.

头部支撑面角对连杆螺栓与大头盖接触应力的影响

国标六角法兰面螺栓对螺栓支撑面角度范围提出设计指导,但没有具体指出最佳角度,且其对螺栓预紧力及支撑面应力的影响尚无明确结论。通过建立发动机连杆螺栓的精细拧紧有限元仿真模型,并利用Yamamoto解析法验证了连杆螺栓有限元模型的准确性。研究了螺栓头部支撑面角对拧紧载荷下连杆螺栓预紧力和应力分布的影响,同时通过计算疲劳安全系数对螺栓头部支撑面的结构可靠性进行综合评估。结果表明:螺栓头部支撑面角取0.5°为最佳;提出了带有U型沉割槽的连杆螺栓结构模型,优化后的螺栓结构在螺栓头部与螺杆结合处的平均应力下降16.2%,平均疲劳安全系数提高19.6%。

某核电厂18PA6B柴油机发生连杆螺栓断裂事故失效原因分析与研究

某核电厂备用柴油发电机组A列按计划执行设备季度试验(满功率试验)过程中,A8缸活塞连杆螺栓断裂,连杆飞出击破A8缸曲轴箱盖板,伴随大量润滑油及冷却水泄漏,现场人员立即紧急停机干预,柴油发电机停机。针对此次事件,该文结合事故后受损零部件的检验报告开展连杆螺栓断裂原因分析,其中A8-1和A8-2连杆螺栓分别有1处和2处断口,A8-1连杆螺栓断口和A8-2连杆螺栓断口1的断口形貌均为双向弯曲疲劳断裂,A8-2连杆螺栓断口2的断口形貌为弯曲过载断裂。通过断口形貌及柴油发电机运行情况,可以判断出连杆螺母松退导致A8-1和A8-2连杆螺栓断口1发生双向弯曲疲劳断裂,从而引起其他部件损坏。最后,为避免该类型事件发生,提出一些建议。

燃气轮机转子分布式拉杆螺栓螺纹受载和松动特性

针对燃气轮机转子分布式拉杆螺栓螺纹载荷分布不均匀以及松动特性,研究公制螺纹、内锥螺纹、带卸荷槽公制螺纹和带卸荷槽内锥螺纹等4种形式的拉杆螺栓的螺纹载荷分布,分析各螺纹牙载荷分布特点,结果表明带卸荷槽的内锥螺纹牙载荷分布最均匀。针对燃机转子运行时的载荷特点,采用有限元准静态方法模拟多种载荷因素作用下拉杆螺母的松动过程,研究预紧力和第一扣螺纹最大滑移量在不同载荷作用下的变化,结果表明:转子弯矩不会导致螺母松动,多次短路扭矩累积导致预紧力大幅减少,横向载荷持续作用下预紧力缓慢减小,拉杆螺母发生松动;在3种载荷分别作用下,带卸荷槽的内锥螺纹预紧力减小幅度最小。

某型机主起落架撑杆螺栓裂纹问题原因分析

某型机主起落架发生裂纹情况,一旦出现断裂会造成安全事故。本文采用理化分析及故障树排除法对撑杆螺栓产生裂纹的原因进行了分析,并提出了相应的解决方法,避免类似问题的再次出现。

长螺杆加强型胶合木梁柱节点力学性能

胶合木梁柱螺栓钢填板节点由于抗弯刚度较低,在结构设计中通常被视为铰接。提出了一种长螺杆加强型胶合木梁柱节点,为无支撑或剪力墙的中高层木结构体系中提供较好的刚性连接。设计并加工了3组不同长螺杆直径的节点试件,通过单调加载和往复加载试验探究了节点的抗弯刚度、抗弯承载力、破坏模式及耗能性能。通过ABAQUS有限元软件建立了节点力学模型,模拟结果与试验结果较为吻合,并基于该模型开展了参数分析。结果表明:该节点具有较高的抗弯刚度与抗弯承载力,经过合理构造后节点损伤主要集中在长螺杆,而长螺杆在破坏后易于更换,可提高节点韧性与使用寿命。参数分析结果表明,转动刚度与长螺杆直径及力臂呈正相关。基于试验与模拟的结果,提出了该类节点抗弯刚度及抗弯承载力的计算方法,为其在实际工程中的设计与应用提供参考。

冲击矿压巷道支护锚杆杆体材料优选

针对目前冲击矿压巷道锚杆支护存在变形量大、锚杆易破断的问题,在实验室对HRB400,HRB600和CRM600三种锚杆杆体材料进行了常规力学性能试验和冲击载荷下力学性能试验。试验结果表明,CRM600锚杆材料不仅能够满足常规巷道支护的要求,在冲击载荷作用下表现出优越的瞬时延伸性能和吸能能力。在瞬时冲击载荷作用下,CRM600锚杆材料总变形量为HRB600锚杆材料的7.9倍,为HRB400锚杆材料的1.5倍;冲击全过程总吸收能量为HRB600锚杆材料的4.2倍,为HRB400锚杆材料的2.1倍。CRM600锚杆在冲击矿压巷道支护井下工业性试验中克服了锚杆破断的问题,巷道变形得到有效控制。

特大断面开切眼桁架锚杆组合支护研究

根据东庞煤矿厚煤层(4.4～4.8m)一次采全高综采特大断面开切眼的地质生产条件(切眼高3.5m,宽6.8m,机窝处宽7.8m,转盘悬顶面积60m^2),研究设计了交错复式桁架锚杆组合支护。经工业性试验,这种支护比相同断面木材支护开切眼的顶板下沉量减少了60.7～86.9％,自掘进到安装完综采支架和设备历时140天,围岩稳定,切眼不需维修,取得了显著技术经济、社会效益。

35CrMoA钢连杆螺栓断裂失效分析

用于热轧厂卷取机卷筒上的35CrMoA钢螺栓在使用过程中发生断裂,对其化学成分、硬度、力学性能进行了金相、扫描电镜及能谱分析。结果表明,螺栓断裂属于旋转弯曲疲劳断裂,螺牙根部表面缺陷造成应力集中是疲劳裂纹的萌生地,其材质的强度不足以及内部数量较多的长条状MnS夹杂加速了疲劳裂纹的扩展,引起螺栓瞬时断裂。

某船用柴油机连杆螺栓断裂研究

针对某船用柴油机连杆螺栓频频断裂,详细探讨了螺栓断裂的分析方法。在调研的基础上,对连杆螺栓的设计强度进行校核,理论分析了异常情况下的受力,并对样品进行了预紧力测试、疲劳对比试验研究和材料分析,最后通过断口分析给出了某船用柴油机连杆螺栓发生断裂的原因。

光圆螺杆加强胶合木梁柱螺栓节点抗侧性能

采用光圆螺杆对节点进行横纹加强,并通过进行胶合木螺栓连接梁柱节点在有、无光圆螺杆加强时的单调和低周往复加载试验,研究了节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能.结果表明:普通节点裂缝出现较早且发展迅速,主要破坏模式为劈裂破坏;采用光圆螺杆加强后,节点的主要破坏模式为销槽承压破坏和螺栓弯曲破坏,并且节点的承载力、延性和抗震性能得到了明显提高.

大功率柴油机连杆螺栓疲劳强度分析

柴油机连杆螺栓在工作过程中承受螺栓预紧力及拉伸载荷,其刚度和强度决定了连杆能否正常工作。通过建立考虑螺栓螺纹细节的连杆大头部分的装配模型,利用有限元方法对其进行了刚度及静强度分析。在此基础上,对分析结果编制后处理程序,绘制螺栓材料的疲劳Goodman曲线,对螺栓进行了疲劳强度评定。分析结果表明:螺栓的刚度、静强度及疲劳强度均满足使用要求;最大当量应力出现位置在第一级螺纹上,疲劳破坏最危险位置出现在螺栓头部和杆身圆角过渡处。在静强度及刚度满足要求的前提下,使用疲劳强度分析方法更适合找到螺栓失效的位置,为螺栓设计提供参考。

锚杆静压桩在加固加层危房地基中的应用研究

武汉市某船厂一层框架结构的生产车间 ,在加层过程中出现沉降量过大且不均匀 ,墙体开裂等现象而成为危房。经过重新勘察设计 ,决定采用锚杆静压桩加固此危房。通过该工程实例 ,介绍了锚杆静压桩的工作机理、应用范围和设计方法 ,以及锚杆静压桩的施工工艺和施工中应注意的问题。

DQ_(45)型钳夹式货车端盖方式运输1000MW发电机定子试验研究

为了保证DQ45型钳夹式货车端盖方式运输1000 MW发电机定子的安全,对端盖及连接端盖与定子的螺栓、拉杆进行强度试验研究。根据DQ45型钳夹式货车的技术参数、端盖的结构特点和材料性能,设计试验流程和试验方法。试验研究结果表明：螺栓的平均预紧力为375.9 kN,平均预紧应力为419.5 MPa,确定以（3 400±100）N.m力矩预紧,合车后最大应力增量为53.7 MPa,运输中最大合成应力为480.6 MPa;拉杆的最大预紧力为2 825 kN,最大预紧应力为301.3 MPa,确定以2 815~2 825 kN预紧力预紧,合车后最大合成应力为363.8 MPa,运输中最大合成应力为376.5 MPa;耳板R150圆弧大应力区,合车后最大应力为212.0 MPa,运输中最大合成应力为268.1 MPa;耳孔附近应力区,合车后最大应力为121.7 MPa,运输中最大合成应力为181.2 MPa。端盖各主要部件合成应力均在相应材料许用应力范围之内,满足运输安全的要求。

高强度连杆螺栓的疲劳寿命分析

针对SOFIM发动机连杆螺栓出现的早期疲劳断裂现象,建立了连杆螺栓的有限元模型,利用有限元方法进行了该连杆螺栓的疲劳寿命分析,并与疲劳试验进行了对比。结果表明,该连杆螺栓杆部与头部的过渡圆弧处容易产生应力集中,造成其疲劳断裂。为此,提出了局部滚压的改进方法,经有限元分析,该改进措施可有效提高连杆螺栓的疲劳寿命。

球罐结构支柱拉杆应力分析计算

《压力容器》杂志2012年第7期上发表的《球罐整体结构自振周期计算及地震响应分析》一文中通过不同的方法对多种规格球罐结构水平刚度、自振周期及地震响应进行分析计算,指出现行球罐设计标准GB 12337—1998《钢制球形储罐》对大型球罐的计算误差较大,《压力容器》杂志2006年第3期上发表的《球罐整体结构水平刚度及支柱拉杆应力分析》一文中给出一种较精确的球罐整体结构水平刚度、自振周期的工程计算方法。通过不同的方法对多种规格球罐结构水平地震工况的支柱和拉杆及地脚螺栓的应力分析计算,指出球罐结构设计应注意的问题,为球罐设计标准的改版提出一些建议。

机械缺陷对GIS外壳振动影响

气体绝缘开关(GIS)在运行过程中会发生振动。为了分析在GIS外壳连接处的螺栓松动和导杆不对中两种缺陷的振动信号分别与无缺陷正常运行时的差别,文中建立了252 kV三相分箱型GIS的三维模型,并在固体力学场中对模型进行模态分析,确定其固有频率,得到较有代表性的六阶模态振型。文中通过施加不同载荷及改变模型参数等方法,在固体力学场中分别求解无缺陷、不同数量螺栓松动和不同情况的导杆不对中状态下GIS外壳振动加速度的时域信号,并通过频谱分析得到其频域信号,通过比较分析几种情况下外壳振动加速度信号的差别,获得GIS出现螺栓松动缺陷和导杆不对中缺陷在GIS外壳振动加速度上的特征,得到出现以上缺陷时的判据。文中所得到的相关结论对于后续的GIS设备运行状态监测、机械缺陷判别和振动情况研究有一定的参考价值。

连杆螺栓断裂失效分析

发动机连杆螺栓发生断裂失效,通过断口宏微观观察、金相组织检查、硬度及拉伸性能测试、螺纹尺寸测量和化学成分分析,对连杆螺栓断裂原因进行了分析。结果表明:螺栓的断裂性质为疲劳断裂;螺栓的金相组织及化学成分未见异常,硬度及拉伸性能符合要求,螺纹尺寸不符合标准要求。综合分析认为:螺栓发生松动是螺栓断裂的根本原因;螺栓松动与装配时预紧力过小和螺纹直径偏小有关。针对断裂原因,提出了预防措施。

发动机12.9级连杆螺栓的材料与工艺

为实现12.9级螺栓的国产化,以发动机连杆螺栓为对象,研究了12.9连杆螺栓的材料和工艺。研究结果表明,35CrMo钢是发动机12.9级连杆螺栓的优良材料,可满足12.9级螺栓材料的力学性能要求。对12.9级连杆螺栓采取氮气保护热处理、杆部缩细冷镦、热处理后滚丝是可行的工艺方法,可生产出高质量、高精度螺栓,而且满足批量生产要求。

发动机连杆螺栓孔、轴瓦卡槽加工专用机床设计

连杆是发动机的重要传动部件之一,连杆体、连杆盖螺栓孔的精度直接影响连杆的工作精度。通过分析连杆螺栓孔加工难点,并对比传统加工方法的优劣,提出双工位三面同时加工多副连杆的全新工艺方案;通过对机床工艺方法、运动装配、精度要求、自动化程度及生产效率等的分析,确定机床的整体布局,重点介绍后端五主轴变速箱及进给数控滑台的结构。生产实践表明:设计的工艺及装备使连杆螺栓孔的生产效率提高了30%左右,产品合格率达到98%以上。