双伸缩立柱的有限元分析

为了分析φ340 mm双伸缩立柱的中心过载性能,由能量法推导出静载荷作用下双伸缩立柱液压缸缸内压力公式。根据国家最新关于液压支架立柱加载的试验标准,对φ340 mm双伸缩立柱进行1.5倍额定载荷强度分析、2倍额定载荷强度分析以及大于10 000 kg重物冲击的动态载荷强度分析。经过ANSYS仿真计算,得到了不同加载条件下立柱液压缸的应力及变形云图。结果显示:当对立柱进行2倍额定工作压力加载时,中缸的最大应力值超过材料的屈服强度极限,需进行加强处理。仿真结果可为液压支架立柱的中心过载试验提供依据。     

液压支架立柱在冲击载荷作用下的特性研究

针对液压支架立柱受采场冲击载荷易于损坏的问题,建立了双伸缩立柱的冲击模型,推导了立柱的主振动方程和立柱内液体的运动方程,在此基础上,通过Solid Works软件建立三维模型,在Workbench软件中搭建了立柱-重锤冲击模型,通过多个软件间的联合仿真,得到了立柱整体及各个缸体的总变形、Y轴方向变形、等效应力和等效应变,得出冲击对二级缸的破坏性明显大于一级缸,二级缸的最大等效应变达0.45%,冲击对二级缸的破坏性最大,在立柱设计时,二级缸应采用材质好、硬度大的材料。     

冲击载荷下液压支架关键部位受载特性研究

当煤矿出现意外坍塌事故时,顶板下塌所产生的冲击载荷会直接作用于液压支架顶梁,易造成液压支架关键部位损坏。针对这一问题,以ZY9000/22/45D掩护式液压支架为例,分析了液压支架的受力状态,在Workbench软件中对液压支架进行有限元分析,得到了液压支架的应力和变形云图。由于液压支架顶梁的受载点在实际工况中具有不确定性,在顶梁上选取多个作用点施加冲击载荷进行瞬态动力学仿真,得到了液压支架在不同位置冲击载荷作用下的顶梁柱窝、立柱铰接销轴和掩护梁处铰接销轴的应力变化。为液压支架的强度设计和冲击试验分析提供了理论依据。     

ZY8640/2550/5500型液压支架立柱受载特性的有限元分析

为更好地了解ZY8640/2550/5500型液压支架立柱在受载时各点处的应变情况,建立了该立柱的受载模型,并利用SolidWorks建立其三维模型,利用Workbench软件进行模拟仿真,得到立柱在1.5倍额定载荷下各缸体的应变值。在液压立柱试验台上进行试验,验证仿真结果的正确性。由仿真和试验得出立柱在受载时二级缸的形变量大于一级缸,形变百分比达到0.012 1%。因此在立柱设计中,二级缸应采用硬度更高、材质更好的材料。     

冲击载荷作用下液压支架立柱液压系统特性研究

为了解决液压支架立柱受采场冲击载荷易于损坏的问题,利用AMESim仿真软件在构建立柱液压系统中的立柱模型、大流量安全阀模型和重锤模型的基础上,建立了立柱液压系统的冲击模型|按照国家对煤矿液压支架试验要求,对立柱进行冲击试验,研究了立柱液压系统的冲击响应特性,得到了立柱缸体内部乳化液压力峰值及变化曲线,得出在冲击载荷作用下需要加强液压支架立柱二级缸缸体强度、液压支架立柱系统达到压力峰值的响应时间与冲击质量和重锤下落高度存在一定关系等结论,从而为采煤工作面供液系统设计和液压支架设计提供重要依据。     

基于冲击载荷的液压支架立柱动态特性分析

为解决液压支架在短时间内遭受顶板冲击力时造成立柱液压系统受损问题,对支架立柱液压系统在冲击力作用下的受力特性进行仿真模拟。通过AMESim仿真模拟平台对支架立柱、卸压阀以及重锤分别建模,并根据这3个仿真模型对支架立柱液压系统进行冲击力仿真模拟试验。试验结果表明:冲击力对支架立柱的二级缸影响较大,缸体质量有待加强;支架立柱液压系统对冲击力的响应速度受冲击力大小和重锤运动距离的影响,为液压支架设计及改进提供了理论数据。     

双伸缩液压支架立柱的冲击参数选取分析

对于液压支架立柱的冲击试验,冲击前的相关参数选取往往具有不规范性,针对这一问题,以重锤法为分析方法,通过能量法推导了75%乳化液液柱下立柱等效刚度公式,确定了冲击重锤的质量与冲击的高度,推导了双伸缩立柱缸体内的压力公式,建立了一种基于GB 25974.1-2010的液压支架立柱冲击数学模型,以ZY6000/18.5/38A掩护型液压支架立柱为例进行显式动力学冲击仿真,为立柱冲击所采取的参数试验数据提供了理论基础。     

基于双向流固耦合的液压立柱冲击特性分析北大核心

立柱作为液压支架最重要的承载部件,其承载性能的优劣对液压支架整机的支撑效果有着巨大的影响,尤其当冲击地压灾害发生时,可能造成液压支架立柱弯曲、断裂和爆缸等事故发生。采用Solid Works联合Design Modeler软件建立ZF10000/25/38型液压支架立柱的流固耦合模型,将液压支架立柱等效视为弹簧,推导出单伸缩立柱等效刚度数学模型;使用ANSYS Workbench仿真软件对立柱流固耦合模型进行双向瞬态流固耦合仿真,采用三角波冲击载荷模拟冲击地压冲击特性,研究液压支架单伸缩立柱的抗冲击特性。结果表明:冲击载荷作用下液压支架立柱活塞杆最大应力为508 MPa,发生在顶端,缸体最大应力为254 MPa,发生在底部。     

冲击载荷下的液压支架双伸缩立柱可靠性分析

计算了冲击载荷时液压支架双伸缩立柱的受力及整个过程中各级液压缸所受到的最大压力,并通过有限元Msc.Marc Mentat软件分析了最大压力下双伸缩立柱整体弯曲变形,液压支架双伸缩立柱中缸的应力、应变及镀层脱落的部位,为设计安全、可靠的液压支架提供了理论依据。     

液压支架单伸缩立柱瞬态动力学分析

在国标和欧标规定的重锤加载情况下,利用机械振动原理建立320型单伸缩立柱的冲击模型,计算在冲击载荷下立柱内的乳化液压力变化方程,结果表明当重量为10 t的重锤从2 m高处自由落体冲击320型单伸缩立柱后,立柱的压力在12.15 ms内从31.5 MPa上升到89.297 MPa;建立立柱的ANSYS有限元模型,进行瞬态动力学仿真,分析结果表明320型单伸缩立柱在此冲击过程中产生的最大应力为746.32 MPa。为立柱在动载荷下的冲击强度分析提供一种可行的计算分析方法。     

冲击载荷作用下液压支架的力传递分析

为研究冲击载荷作用下液压支架的力传递特性,利用ADAMS仿真软件建立了液压支架的多体动力学模型。模型中将液压支架的立柱液压缸、平衡液压缸、顶梁、前连杆、后连杆以及掩护梁等效为弹性体,用预载荷模拟正常工作条件下的静载荷,用阶跃载荷模拟基本顶断裂或垮塌时对支架的冲击力。基于此数值仿真模型,计算分析了冲击载荷作用于顶梁不同位置时液压支架各铰接点的力传递系数和各铰接点力对冲击载荷作用位置的敏感度。结果表明：冲击载荷作用位置对液压支架各铰接点力传递特性的影响不同,各铰接点对冲击载荷作用位置的敏感度也不相同。这些计算结果对于液压支架的自适应控制和等强度设计具有重要意义。     

非均匀椭圆载荷下套管抗外挤能力分析

目前大多数油井套管的损坏很大程度上是由非均匀载荷引起的,外载荷的非均匀性等因素大大降低了套管的承载能力,为此,揭示这些因素对套管抗挤能力的影响具有重要的实际意义。根据非均匀椭圆载荷作用下套管的受力特点,利用材料力学理论建立了理想套管的环向应力计算模型,分析了套管的应力分布规律,结果表明:套管承载的危险点为圆周方向与最大水平地应力成90°夹角的内壁上,与有限元数值模拟结果有着很好的一致性。并以危险点应力状态为依据,得到了套管在不同的非均匀载荷下的等效外挤压力计算的新公式。计算结果表明,椭圆载荷中的非均匀部分对套管等效外挤压力影响极大;外载荷非均匀度越大,径厚比越大,套管承受外挤载荷能力越差,越容易发生挤毁失效。     

液压油缸临界压力的一种计算方法

矿山机械及各种设备中，常采用各种液压油缸。液压油缸的设计、制造及应用中，确定油缸的承载压力使其保持稳定性，是一个重要的问题。液压油缸临界压力的计算可采用等截面法和非等截面法^[1]。等截面计算法把缸筒的惯性矩看成与活塞杆相同，这显然与实际情况差别较大，因而用这种计算方法得到的临界压力值偏于保守。非等截面计算法将液压缸作为一个非等截面、各段惯性矩不同的受压柔性杆进行稳定性分析，得到液压油缸的临界压力。     

椭圆形陷落柱厚壁筒突水模式力学判据及数值模拟

有效地预测、预防岩溶陷落柱突水,运用复变函数、弹塑性力学,推导了椭圆形截面陷落柱“厚壁筒”力学模型突水模式的临界判据方程,并通过有限元软件验证了陷落柱受到均布力作用时,应力分布的解析解。研究表明：椭圆形截面陷落柱在受到以陷落柱柱体为导水通道的均布力作用下,厚壁椭圆筒的应力从椭圆筒的内壁到外壁逐渐变化,在椭圆筒内壁的长半轴的两个端点处应力取得最大值,在椭圆筒的短半轴处的应力取得最小值。     

双伸缩液压支架立柱初撑力分析与研究

针对双伸缩液压支架立柱初撑力不足的现状,对其工作原理、操作流程和结构受力进行了分析,分析结果表明,立柱主动初撑时,一级缸活塞触抵导向套产生内力致使二级缸压力不足,从而导致其初撑力不足额定值的50％;以Ф360／Ф260—2340型双伸缩立柱为研究对象,进行了初撑试验,试验数据表明,不足的初撑力致使顶板下沉量增加13．67mm。为了使双伸缩液压支架立柱达到额定初撑力,提出了机械拦阻法、一级杆腔截止法等5种方法,并分析其各自特点,为双伸缩液压支架立柱的设计提供了参考。     

矿井液压支架在动态力学条件下的结构强度分析研究

随着采矿深度的增加,矿井液压支架的运行状况逐渐恶化。液压支架的立柱和平衡千斤顶都被视为刚性结构部件,关系到液压支架的安全性,为了提高液压支架的可靠性,建立了基于刚性—柔性耦合的液压支架的刚度可变冲击动力仿真平台。首先,模拟了平行表面荷载、上升表面荷载和下荷载作用于上梁时液压支架的应力状态,识别了不同铰接缝的临界载荷;其次,发现了不同铰链接头对应的危险冲击位置;最后,总结了冲击荷载对液压支架应力状态的总体影响。结果表明,在6 000 kN冲击载荷下,支顶掩护梁铰接点最大力变化系数10.5,是最危险的铰接位置。     

顶板动载冲击效应的相似模拟及理论解析

研制了工作面覆岩破断预测实验平台,对浅埋薄基岩条件顶板动载冲击效应进行了模拟;建立了顶板破断的弹性地基梁理论模型,计算出了基本顶破断时与煤壁的相对位置,得到了动载冲击的作用范围;建立顶板动载冲击的力学模型,结合岩石压缩曲线,应用功能原理得到了不同条件下的最大冲击载荷和支架伸缩量的解析表达式,得到了不发生压架事故的判别准则,验证了相似模拟实验结果。结果表明：基本顶多超前直接顶支撑边界破断,且冲击易发生液压支架上方完成;冲击载荷大小与直接顶厚度与裂隙发育程度、支架刚度和初撑力大小等因素有关,其值远大于工作面静载荷形成对液压支架的压力,动载冲击效应模拟实验验证了理论分析结果。     

综放液压支架载荷监测系统的设计

根据支架ZT6500/19.5/34顶梁载荷的计算公式,经实验得出了支架载荷的监测参数,根据监测参数,以单片机为控制核心,设计了液压支架载荷监测系统,通过井底监测分站测出立柱工作阻力及支架载荷并显示和存储,采用RS485通信直接传到井上计算机,及时有效地直接显示井下液压支架载荷及立柱工作阻力,为了解支架载荷及顶板压力的研究提供第一手资料。     

管廊燃气爆炸载荷特征及作用效应研究

管廊燃气爆炸效应严重危及城市发展和社会生活稳定,研究燃气爆炸冲击波荷载特征及作用效应对管廊结构优化设计具有重要指导价值。设计开展了城市管廊燃气爆炸相似模型试验研究,分析了不同甲烷浓度情况下燃气爆炸冲击波时程曲线与压力分布特征。理论推导了燃气爆炸荷载作用下结构顶板位移响应峰值计算公式,并结合模型试验结果和数值仿真结果对位移响应理论计算结果进行了验证。结果表明：甲烷浓度为9.5%时,燃气爆炸超压峰值高于10%浓度,在此情况下,超压峰值大小取决于燃气爆炸时的浓度条件;在试验条件下燃气爆炸超压时程曲线升压时长为500～700 ms,超压作用时间约1 500 ms,爆炸超压作用时间与模型大小有直接关系;仓内各测点超压峰值分布均匀,可近似看作时变均布荷载。研究结果反映出,理论推导给出的顶板位移响应计算公式切实有效,可用于计算燃气爆炸荷载作用下的顶板最大位移值。