高温控制爆破工艺及新型隔热材料的试验研究

通过现场和室内实验，着重研究了高温控制爆破过程中容易出现安全问题的爆破器材的隔热保护、起爆网络的可靠性和爆破产生的振动冲击的控制。推荐了被爆体在不同温度条件下应采用的新型隔热材料及装药结构，同时给出了施工过程中避免拒爆的方法及控制爆破产生的振动冲击对被保护对象(如炉衬、炉皮和支撑轴承等)危害的具体措施。     

电弧离子镀Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜热冲击性能研究

为进一步提升航空发动机压气机钛合金部件的服役性能,采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备抗砂粒冲蚀Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜。经不同温度热冲击试验后,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、洛氏硬度计及砂粒冲蚀试验仪分析检测了多层膜的表截面形貌、硬度、结合强度和抗砂粒冲蚀性能等。结果表明:随热冲击温度的升高,多层膜的氧化程度逐级增加,当热冲击温度升至900℃后,多层膜已明显氧化和出现分层剥落;同样地,多层膜的显微硬度和结合强也随着热冲击温度的升高而降低,硬度由热冲击前的3658 HV降低至经900℃冲击后的1930 HV,结合强度则由热冲击前的HF1级降低至经900℃热冲击后的HF4级;在700℃以内,随着热冲击温度的升高多层膜的冲蚀速率上升缓慢,表明膜层的防护作用显著;而经900℃热冲击后,多层膜样品30和90°攻角下的冲蚀速率由冲击前的0.28、0.65μm·g^(-1)分别增大至4.05、5.00μm·g^(-1),表明膜层已失去防护作用。因此,Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜在700℃以内具有冲蚀防护效果,而900℃热冲击后已无抗冲蚀防护性能。     

温度-腐蚀面积耦合作用下矿用圆环链冲击特性

为研究温度与腐蚀面积对圆环链冲击特性的影响,建立圆环链腐蚀模型,利用ABAQUS有限元分析软件对圆环链不同区域(Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区)在不同温度、不同腐蚀面积及温度-腐蚀面积耦合作用下的重载启动过程进行仿真研究,并提取启动过程中的冲击特性稳态值,利用MATLAB拟合得到冲击特性与温度及腐蚀面积的关系,并进行实验验证。结果表明:23MnNiCrMo54钢屈服强度随温度升高而下降,重载启动过程中,腐蚀位置位于Ⅲ区的腐蚀链环的最大稳态应力明显高于Ⅰ区、Ⅱ区,且均由较大面积达到屈服状态,并得到不同冲击特性(稳态应力、稳态摩擦耗散能、塑性耗散能、稳态内能)与温度及腐蚀面积的关系函数。     

温度冲击下煤的双胡克体-统计损伤本构模型研究

为研究温度冲击作用下煤体破坏特性,利用SLX-80高低温处理系统对取自赵固二矿的煤样进行了不同温度冲击,用RLW-500G煤岩三轴压缩试验系统对不同温度冲击的煤进行了三轴压缩试验,分析了煤在温度冲击条件下的力学特征。实验结果表明随温度梯度的增大,煤的弹性模量和三轴抗压强度近似呈线性降低。基于煤岩强度服从Weibull分布的假设和煤岩强度应变理论,利用损伤力学理论,引入热损伤变量,建立了温度冲击下煤的双胡克体-统计损伤本构模型,给出了模型参数的详细计算方法,结合实验数据对该模型进行了理论验证。分析表明,双胡克体-统计损伤本构模型结构简单,引入参数少,物理意义清晰,且考虑了温度效应,能够有效地描述温度冲击下煤体破坏全过程的力学性质。     

花岗岩热冲击前后导热性能与特征对比试验研究

热冲击破裂对花岗岩的热物理性质造成了很大影响。为了探明热冲击对花岗岩的导热性能、导热特征的影响,对热冲击处理前后的花岗岩在传导加热条件下的温度场、温度梯度场进行试验测定。研究结果标明:(1)冲击热应力破坏了花岗岩矿物颗粒之间的结合状态,导致花岗岩固体骨架发生破裂,形成大量热冲击裂纹,最终导致花岗岩导热性能变差、导热特征异常;(2)热冲击破裂产生的裂纹对温度、温度梯度的分布有很大影响,且温度、温度梯度的分布与裂纹产生的位置具有高度相关性;(3)传导加热下花岗岩的升温过程可按照升温速率分为快速升温、缓慢升温、稳定3个阶段。(4)热冲击后花岗岩在传导加热过程中温度梯度到达峰值、稳定值的时间均受到热冲击前的用时长。热冲击对花岗岩导热性能的影响的研究促进了岩石热破坏理论的进一步发展。     

Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金冲击过程形变行为分析

利用轻气炮装置在不同加载速率下对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金进行了动态冲击加载试验。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等先进手段对样品的形变行为进行了分析表征。探讨冲击过程合金样品的物相转变机制和微观组织演化规律。结果表明:冲击后样品内部存在大量微观缺陷,NiTi基体相与β-Nb粒子相均发生了明显的形变,但未发生应力引发马氏体相变过程,这可能是由于Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金马氏体相变温度较低以及β-Nb粒子对相变过程的阻碍作用引起的。     

不同冲击倾向性型煤的制取及其力学指标测定

利用岩石三轴试验机在不同成型压力下制取得到具有不同冲击倾向性的型煤。为了验证型煤的冲击倾向性,对所制得型煤进行了单轴压缩试验,引入考虑时间效应的冲击能量速度指标W_(ST)对制取的型煤进行冲击倾向性判别。结果表明,依据冲击能量速度指标W_(ST)判别型煤的冲击倾向性简便、快捷且具有更高的可靠度;成型压力对型煤冲击倾向性影响较大,依据现有配比得出70 MPa与90 MPa成型压力下制得的型煤不具有冲击倾向性,而100 MPa及120 MPa成型压力下制得的型煤具有中等冲击倾向性,研究结论可为后期冲击-突出复合型动力灾害的相似模拟提供借鉴。     

TZB-68型综合后备保护器参数设置和调试方法

老式矿井提升机多为交流拖动,电控系统为TKD-A系列,该电控系统环节多,线路复杂,元器件分散,触点多,抗干扰性和可靠性差。针对这一状况,推广应用了TZB-68型综合后备保护(是ZDY-65型的换代品)。现以山家林矿主井绞车为例,将实际应用中参数的设置和调试情况介绍如下。     

热冲击下花岗岩的细观变化规律

为了分析花岗岩在热冲击作用下的细观破坏特征及孔隙率变化规律,基于太原理工大学原位改性采矿实验室研发的热冲击试验平台对花岗岩进行不同温度的热冲击试验,采用高精度显微CT扫描系统对热冲击后的花岗岩进行扫描,并利用自制的CT图像分析系统对扫描得到的图层作二值化处理,然后进行三维重建,最终得到花岗岩立方体的数字模型。通过从数字模型提取其孔隙、裂隙的图像,同时计算不同温度热冲击下花岗岩的孔隙率,从而得到花岗岩的热冲击破坏规律。研究结果表明,花岗岩的热冲击作用随加热温度升高而明显变化,随着加热温度的升高,花岗岩表面裂隙逐渐发育,孔隙率变大;花岗岩热冲击破坏的温度阈值为400℃,当花岗岩试件热冲击温度为300℃时,岩芯内部孔隙有所增加,但孔隙并未连通形成裂隙;当热冲击温度为400℃时,岩芯内孔隙明显增大,并开始出现裂隙;当热冲击温度为500℃时,孔隙开始贯通形成裂隙,并急剧发育。此外,研究还发现,热冲击作用下,花岗岩在热破裂过程中发生不均匀热破裂,且破坏首先发生在岩石的表面。     

煤矿冲击式破碎机传动装置故障及改进研究

本文分析了煤矿冲击式破碎机传动装置的结构,对单悬臂结构进行了双侧支撑改造研究。通过受力分析发现,改造后变形量为改造前的1/2。同时,为了降低双支撑结构下轴承座的温度,在左、右轴承座处增加了水冷却循环系统,并使轴承及密封件处的温度能够降低10℃左右。有效地提高了设备可靠性,延长了设备的使用寿命。     

重载减速箱有限元热-结构耦合分析研究

针对重载减速箱存在的热载荷引起的热变形问题,应用有限元热-结构耦合分析方法,对箱体结构进行热态特性分析,给出箱体的稳态温度场分布,将分析结果作为箱体热-结构耦合分析的边界条件,建立了耦合分析模型,计算出箱体在热和结构载荷共同作用下箱体的应力分布和位移云图。研究结果表明,重载减速箱变形是结构载荷与热载荷共同作用的结果,其中热载荷是控制箱体变形,保证重载齿轮传动精度与可靠性不可忽略的重要因素。     

矿井提升机卷筒结构有限元静力及疲劳强度分析研究

针对矿井提升机卷筒工作中常见的筒壳纵向轴向均开裂、筒壳径向开裂等故障,对卷筒的结构静力及疲劳强度作了有限元分析,按照卷筒实际工况施加载荷和约束,名义应力值经历1 000 000次循环,在2倍缩放因子下名义应力值再循环1 000 000次,得到卷筒的应力分布云图、强度安全系数云图、疲劳安全系数云图及疲劳寿命云图,直观地显示出卷筒在出现裂纹之前结构可承受的循环加载的持续时间。     

低位放顶煤反四连杆过渡支架关键部件设计研究

针对正四连杆放顶煤过渡支架极易出现前后排立柱受力不均衡以及放顶煤过渡支架在冲击载荷的作用下易导致主要承载结构疲劳性失稳破坏的问题,以反四连杆放顶煤过渡支架的主体结构件顶梁和底座为研究对象,运用SolidWorks建立顶梁和底座的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对零部件进行疲劳寿命分析。基于对顶梁与底座的耐用性以及损伤图等数据的研究,获得了顶梁和底座的疲劳累计损伤最大值和易发生疲劳破坏的部位。研究结果表明,设计的顶梁和底座在载荷作用下变形量较小,顶梁和底座的疲劳累积损伤最大比值均小于1,满足过渡支架各部分结构设计寿命小于可用寿命的要求。     

采煤机破碎装置锥销轴优化分析

基于疲劳寿命理论,利用ANSYS有限元分析软件,对采煤机破碎装置的锥销轴进行了疲劳寿命仿真。通过完善边界条件处理方式,保证仿真结果与实验结果一致,得到了该零件危险部位的应力及寿命安全系数。利用有限元优化模块与灵敏度方法相结合,对锥销轴的外形结构尺寸进行了优化,优化后锥销轴重量减轻了4.5%,疲劳使用率提高了61.4%。     

温度冲击作用下煤的渗透率变化规律与增透机制

为了研究温度冲击条件下的煤体渗透性变化规律及增透机制,利用恒温箱和液氮对原煤煤样进行了两种条件下的温度冲击试验,分析了煤样在温度冲击前后的渗透率变化情况和微观裂隙发育情况,探讨了温度冲击过程中的声发射信号分布规律。试验结果表明:在经过冷冲击处理和热-冷冲击处理后,煤体的渗透率平均增幅分别为48.68%和469.24%,热-冷冲击处理过程中煤样的声发射能量峰值是冷冲击处理过程中煤样的声发射能量峰值的3.6倍,相比冷冲击处理,热-冷处理所产生的微裂纹数量更多,裂隙呈树枝状发育,增透效果更好;煤体性质的各向异性和温度冲击所产生的超过煤体抗拉强度的热应力是主要的增透机制。     

刨煤机牵引块疲劳寿命分析与优化设计

作为刨煤机关键零件的牵引块,其性能对刨煤机的工作效率及动态可靠性有重大影响。以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立以刨刀和牵引块为模态中性文件的刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型;结合实际工况,基于“刨煤机设计计算系统软件”获得的刨刀和刨链的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了牵引块的应力与应变云图;基于ADAMS的仿真结果,利用NSOFT软件对牵引块进行疲劳寿命分析,并对疲劳寿命较低的12个区域进行优化设计,使牵引块等效应力和应变最大值分别降低了46.4%和48%,最小疲劳寿命提高了184.35%,满足设计要求。     

温度冲击下煤层内部孔缝结构演化特征实验研究

为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温度冲击前后煤层扫描电镜图像进行二值化处理,定性与定量地分析了煤层的裂隙宽度变化,并统计分析了温度冲击前后煤层中孔隙的比表面积和孔径变化。研究结果表明:温度冲击作用促使煤样内部大孔之间相互贯通并形成宏观裂缝,导致大孔体积相应减少,中孔和小孔的体积均增大;温度冲击试验测试过程中所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,温度冲击所产生的热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。     

矿用行星轮系的接触疲劳仿真分析

对行星轮系接触疲劳的相关特性进行分析,建立了行星轮系的三维有限元模型,获取了定轴行星轮系的接触应力载荷谱和接触疲劳S-N曲线。利用ANSYS Workbench软件,以一组矿用行星轮系为实例进行接触疲劳仿真分析,得到了行星轮系的寿命和安全系数等相关参数。仿真结果表明:接触疲劳仿真分析为行星轮系的可靠性设计和结构优化提供了重要的保障。     

薄煤层采煤机可靠性分析与疲劳寿命预测

以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立了摇臂壳体和牵引部壳体为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型;根据滚筒工作阻力和采煤机主要技术参数,推导出了采煤机牵引阻力的取值范围,验证了动力学仿真分析中牵引阻力参数设置的正确性;基于Matlab编程,获得了前后滚筒的载荷文件,并通过ADAMS动力学仿真分析,发现了采煤机壳体的应力分布与变形情况,提出了改进措施;基于动力学仿真结果中壳体关键节点的主应力载荷,获得了用于疲劳寿命分析的载荷谱,通过疲劳寿命计算,得到了壳体的最小疲劳循环次数和疲劳损伤值,发现了壳体疲劳寿命的薄弱环节。为研究设备在大范围刚性运动与柔性构件小变形运动时的应力、变形和疲劳寿命情况提供了新的方法。     

MATLAB在激光涂层零件性能分析与预测中的应用

制备了自熔合金粉末激光熔覆涂层试件,在多次撞击疲劳试验机上进行了多冲试验。在MATLAB环境中建立了激光涂层零件多冲性能分析的BP神经网络模型,并用因素分析法分析得到应力水平比涂层厚度对涂层零件的多冲性能影响更大。同时,在MATLAB环境中建立了激光涂层性能预测界面,用该界面可以实现对激光涂层零件多冲性能的预测。