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。     

深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性

液压支架的自移性能是保障工作面安全高效生产、提升工作面智能化开采水平的重要因素,而影响液压支架自移性能的关键因素之一即为其底板比压分布特性。为研究冲击载荷作用下深井开采液压支架的底板比压分布特性,首先基于多体动力学分析软件ADAMS建立了液压支架整架的刚柔耦合数值分析模型,其中顶板与底座定义为刚性体,顶梁、掩护梁、四连杆结构处理为柔性体,立柱及平衡千斤顶采用弹簧阻尼系统等效替换。通过在液压支架顶梁上方不同位置分别施加冲击动载,获取了液压支架在不同冲击工况下底座柱窝和前后连杆铰接点处的冲击载荷响应谱。随后基于LS-DYNA软件建立了液压支架底座-底板柔性体数值分析模型,通过将获取的各工况下支架载荷响应谱分别输入底座-底板柔性体分析模型,研究了深井开采液压支架在不同冲击工况下的底板比压分布规律。结果表明,在各冲击工况下液压支架的底板比压均未呈现线性分布形态,而是呈前端沉陷-中部压入-后端翘曲的“V”型分布,其中比压峰值点分布于柱窝附近,且虽然作用于液压支架的冲击载荷形式不一,但在满载失稳条件下支架底板比压危险区域均出现在底座前半部分;冲击载荷出现前后并未改变底板比压的分布特征,但会促使支架各铰接点力响应及底板比压瞬时峰值升高,从而恶化液压支架-底板的耦合状态,不利于工作面底板维护及移架操作,因而深井开采液压支架更应注重其底座结构的设计优化,以降低支架前端比压分布,提升支架的支护稳定性及自移性能。     

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。     

冲击载荷下四柱支撑掩护式液压支架动态响应特征分析

液压支架装备通常用于采煤工作面的支护。液压支架在工作过程中承受了大量冲击载荷,导致其动态稳定性受到威胁。为研究四柱支撑掩护式支架在对称与非对称承载工况下顶梁及掩护梁承受冲击载荷时的动力学响应特征,采用动力学软件Adams以等效变刚度阻尼系统代替立柱的方法,建立了支撑掩护式支架的数值分析模型。其中,顶板压力由主动静载荷垂直施加于顶梁上方,冲击载荷垂直于顶梁及掩护梁向下施加。基于上述模型,分析了不同冲击载荷作用于支架顶梁与掩护梁时支架关键部位的动力学响应,以及偏置加载对支架稳定性的影响。随后通过设置不同立柱初撑力,讨论了液压支架在非对称支撑条件下承受冲击载荷时的动力学特性。结果表明,单一顶梁冲击载荷条件下,前立柱载荷变化系数达到1.41,对顶梁前端冲击载荷最敏感。顶梁和掩护梁同时承受冲击载荷时,支架各铰接点对于顶梁前端与掩护梁上部区域作用的冲击载荷响应更剧烈,最大载荷变化系数为0.64,极大地影响液压支架整体稳定性。支架承受横向扭矩时,偏置载荷作用于不同位置对支架承载性能的弱化效果基本一致,且偏置载荷的大小与削弱效果呈正相关。在考虑立柱不同初载比时,顶梁-掩护梁铰接点对初载比变化的敏感程度...     

冲击载荷作用于掩护梁对液压支架的影响分析

为研究液压支架掩护梁受到冲击载荷之后对支架运动趋势、受力状态以及掩护梁结构的影响,利用多体动力学分析软件ADAMS建立支架的数值仿真模型。模型中掩护梁通过Hypermesh前处理软件进行柔性化设置,立柱与平衡千斤顶由弹簧阻尼系统等效替代,其中立柱刚度设置为变刚度,支架初撑力由立柱等效弹簧预载荷提供,顶板压力采用某静载荷垂直施加于顶板上方,直接顶和基本顶岩块垮塌砸落于掩护梁所产生的冲击载荷由某阶跃载荷进行模拟。基于上述模型,分析了冲击载荷作用于掩护梁不同位置时,顶梁水平前移变化、顶梁与顶板接触力变化、各处铰接点力变化以及掩护梁应力变化,结果表明,载荷作用位置不同所引起支架的各种变化趋势也不同。这可以对支架的稳定性控制和结构强度设计提供参考。     

结构参数和外载荷形式对放顶煤液压支架的综合影响分析

为研究放顶煤液压支架在工作过程中的影响因素,从支架的结构参数、外载荷形式、尾梁受冲击载荷三方面对放顶煤液压支架进行分析。分别对 4 组结构参数不同的放顶煤液压支架进行建模,采用线性弹簧阻尼器等效替代前后立柱,并在 ADAMS 中对顶梁分别施加 5 种不同形式外载荷进行受力分析,确定了受力最优的液压支架。在此基础上,当顶梁承受偏心载荷、前端扭转载荷、横向中间载荷时,对受力最优的液压支架进行尾梁不同位置承受冲击载荷时的受力仿真分析。结果表明,放顶煤液压支架的受力状况受四连杆结构参数和立柱倾角的共同影响,冲击载荷作用在尾梁时,液压支架力变化情况同时取决于顶梁承受外载荷形式和冲击点位置。     

板式液压支架在冲击载荷下的动力学特性

选取板式液压支架作为研究对象,建立冲击载荷下支架的模型,对梯形波和三角波的冲击特征进行研究,在偏载工况下对载荷波形进行等效处理并仿真分析,得到支架部件受冲击时的应力变化情况,系统地研究了板式液压支架的抗偏载能力,根据试验结果提出了支架的改进方法,为新型液压支架的开发提供理论依据。     

冲击载荷作用下液压支架立柱动态特性研究

根据液压支架立柱工作的实际工况,建立了液压支架立柱在冲击载荷作用下动态特性分析模型。通过有限元和光滑粒子流体动力学方法解决了液压支架立柱流固耦合、流体大变形等问题,实现了立柱在冲击载荷作用下动态响应的数值模拟,得出了立柱在冲击载荷下缸体的应力分布、活柱的最大退缩量、流体的压力场分布及整个冲击过程对地基的最大冲击力等核心技术参数。应用固液弹簧耦合理论和能量法,推导出了立柱固液耦合系统的等效刚度和立柱的冲击动载荷系数,进而从理论上对液压支架立柱在冲击载荷作用下的动态特性及对地基的最大冲击力进行了分析。理论分析结果与数值模拟结果相比在误差范围内具有一致性。此研究结果为液压支架立柱抗冲击性能试验装置的开发提供了参考数据。     

基于SolidWorks和ANSYS的液压支架顶梁疲劳可靠性分析

为保证井下开采作业可以安全高效进行,时刻掌握液压支架的可靠性情况,使液压支架可靠性维持在一个较高的水平,利用正交试验分析了液压支架关键部件顶梁在外载位置不同的情况下的最大应力,并应用Solidworks和ANSYS进行仿真建模分析。研究表明:液压支架顶梁危险截面主要位于柱窝附近箱型结构上,其可靠性模型可由应力-强度干涉模型衍生。可靠度随着载荷循环次数的增加而降低,当载荷循环次数增加到一定值时,顶梁材料达到疲劳极限,发生失效。     

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。     

单颗粒煤岩冲击放顶煤液压支架尾梁动态响应分析

综合机械化放顶煤开采过程中煤岩垮落产生的冲击载荷会导致放顶煤液压支架的运动状态发生变化,严重时会导致综放设备的冲击破坏。为研究放顶煤液压支架尾梁受到煤岩冲击后的动态响应及受力情况,利用机械系统动力学分析软件Adams建立放煤机构的刚柔耦合模型,通过固液弹簧耦合理论计算出尾梁平衡千斤顶的刚度并用弹簧阻尼系统进行等效替换。采用"煤岩直冲"的方式对尾梁进行加载,并引入Hertz接触理论确定接触参数。基于此模型,模拟煤岩颗粒冲击承载区不同位置以及在不同放煤角条件下冲击尾梁的动态过程,最后通过与刚体冲击方式下的仿真结果对比,验证了所用方法的可靠性。结果表明,煤岩冲击承载区不同位置时,尾梁的动态响应量及碰撞接触力有差异,冲击位置位于尾梁-弹簧连接处附近区域时,碰撞接触力较小,而尾梁的最大速度、加速度、振幅较大,在所有动态响应量中,最大振幅的变化规律最明显,随着冲击点位置远离尾梁-掩护梁铰接处附近区域,最大振幅稳定上升;当放煤角逐步增大时,尾梁的动态响应量及接触力均减小,尾梁的振动特性变弱,当放煤角较小时,煤岩冲击尾梁后会产生数值巨大的碰撞接触力。可选取尾梁的振幅响应作为反馈量对尾梁进行动态监测,同时应针对碰撞接触力较大的情况在放煤机构的设计制造中对其进行强度校核及结构优化,避免尾梁及其连接处冲击破坏情况的出现。     

综放面端头基本顶结构与合理支护参数

端头液压支架支护强度的确定是支架设计与选型的关键,为此,理论分析了端头区覆岩垮落形态、基本顶的结构运动规律及合理支护强度的确定方法.研究表明:端头区基本顶既可为裂隙带岩层,也可为垮落带岩层,裂隙带基本顶弧形三角块的下沉运动与工作面中部砌体梁相同,垮落带基本顶弧形三角块形可为仅受煤壁支撑与覆岩压力的悬臂梁,或同时与前后弧形三角块铰接形成弧形三角块类砌体梁结构;基本顶弧形三角板不同的结构形式,矿压显现不同,砌体梁结构基本顶活动的压力显现明显,动载系数大,而弧形三角块类砌体梁基本顶活动的压力显现不明显,动载系数较小;端头区支架与围岩作用关系中,支架的工作状态有3种类型:给定变形状态、限定变形状态和给定载荷状态,可根据对应的端头区砌体梁模型、悬臂梁模型和弧形三角块类砌体梁模型估算不同条件下端头支架合理的支护强度.     

向斜构造区域综采面超前支承压力分布规律研究

与正常回采期间相比,向斜构造区域回采期间的综采面超前支承压力分布规律存在特殊性。采用FLAC^3D数值模拟方法研究了1204综采面向斜构造区域开采期间的超前支承压力分布规律。另外,1204工作面超前支护方式采用单体液压支护+铰接顶梁支护方式,单体液压支柱选用DZ-35型,Π型钢梁选用DFB4000-300型,用压力表对材料巷超前支护范围内的单体液压支护压力进行了实测,分析了向斜构造区域开采期间的超前支承压力分布规律。数值模拟和现场实测研究得出:向斜构造区域回采时,过向斜轴部阶段的应力集中程度最大,仰采阶段的次之,俯采阶段的最小;但俯采阶段的支承压力影响范围最大,过向斜轴部阶段的次之,仰采阶段的最小。     

基于荷载试验的钢筋混凝土简支梁桥承载能力评估

以某钢筋混凝土简支T梁桥为背景,介绍了钢筋混凝土T梁桥荷载试验的加载程序、测点布置及荷载试验效率系数,测试了桥梁典型截面的应力、变形,在动载试验中测试了该桥的自振频率和不同的行车条件下的结构的冲击系数。运用大型有限元软件对钢筋混凝土桥梁进行数值分析计算,将试验实测数据与理论计算结果进行对比,进而对整座桥梁的实际承载能力作出合理的评估。研究结果表明,该桥挠度校验系数未超出规范限值,结构实际工作性能相对较好;在荷载试验车辆作用下实际的残余变形均满足规范设计要求,结构整体仍处于弹性状态;在动载作用下,实际固有频率均大于理论计算频率,桥梁结构刚度满足要求,即该桥在正常使用极限状态下的安全承载能力及应力状态均满足公路—Ⅰ级荷载的的设计要求。     

基于ANSYS Workbench放顶煤液压支架顶梁有限元分析

介绍了放顶煤液压支架,利用Solidworks三维软件对顶梁进行了建模,并使用ANSYSWorkbench对4种不同受力方式进行了有限元的受力分析,得出顶梁在不同情况下最大应力和存在危险的部位,为支架的设计与改进提供了理论依据。     

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。     

液压支架护帮板运动及受力分析

针对ZY6000/20/40D掩护式液压支架小四连杆铰接式护帮板的运动特点和受力进行分析,并运用ANSYS软件对其集中载荷和扭转试验工况进行有限元模拟。结果表明:护帮板运动速度应为先快后慢,收回时上侧小连杆与千斤顶轴线、两小连杆间应有一定夹角;护帮顶板两缺口、弯曲小连杆及铰接处产生应力集中,为液压支架小四杆护帮机构的研究与优化设计提供参考。