煤矿用液压支架单伸缩立柱动载过载特性试验研究及仿真分析
发布时间：2021-06-05 12:52
随着煤矿开采技术的快速发展,煤矿开采深度和强度不断增大,冲击地压矿井数量也在不断增多,作为顶板支护设备,液压支架在井下承受冲击载荷的频率和强度明显增加,对其动载过载特性的研究越来越重要,特别是液压支架立柱动载过载特性的分析研究已成为液压支架机理研究的重要内容之一。本文对煤矿用液压支架单伸缩立柱在动载过载条件下的动态特性进行分析研究。基于MATLAB数值计算对单伸缩立柱静载加载、动载过载加载条件下的结构件应力值进行强度分析。基于AMESim和Workbench仿真分析,分别搭建了立柱动载加载液压系统加载仿真模型与结构件瞬时动力学有限元分析模型,对动载过载条件下立柱内腔压力—时间曲线以及缸筒、活柱应力分布进行模拟计算。对单伸缩立柱进行了动载过载测试试验,得到了立柱在动载过载加载条件下的下腔压力特性曲线和刚体变形量—时间曲线,试验数据验证了数值计算、仿真计算结果的可靠性。综合分析液压支架单伸缩立柱的动载过载特性,得到了液压支架单伸缩立柱在动载过载条件下的缸筒内腔压力、流量—时间曲线以及缸筒、导向套、活柱的应力应变分布规律。针对单伸缩立柱动载过载特性的影响因素:立柱内腔初撑压力、立柱内腔液柱长...
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
立柱冲击外载荷特性曲线
煤炭科学研究总院硕士学位论文12图1.2捷克小型落锤式动载过载试验装置Fig.1.2Czechsmalldrophammertypedynamicoverloadtestdevice图1.3为6000kN液压支架立柱冲击试验台。本文采用蓄能器冲击加载原理进行分析研究。如图1.3所示，采用蓄能冲击加载方式，立柱初撑条件下冲击缸柱塞与立柱直接接触，冲击缸可瞬间施加冲击载荷给立柱。此工况模拟更符合液压支架立柱的真实工况。且蓄能器压力可以进行无级调节以满足不同载荷的立柱动载加载条件。在模拟液压支架立柱在井下真实工况条件下的动载过载特性方面，加载方法采用蓄能冲击方式比落锤冲击方式模拟程度更高。图1.36000kN液压支架立柱冲击试验台Fig.1.36000kNhydraulicsupportpowersetlegsimpacttestbench
煤炭科学研究总院硕士学位论文162单伸缩立柱静载、动载过载数值计算本章针对单伸缩立柱在两倍中心静载加载条件下的立柱结构件应力分布进行MATLAB数值计算，采用蓄能冲击加载方式对单伸缩立柱进行动载加载，对动载加载过程中蓄能器输出进行推导，并对动载过载条件下的单伸缩立柱结构件应力分布进行MATLAB数值计算。2.1两倍中心静载荷强度分析液压支架单伸缩立柱由于在活柱活塞与缸筒密封处、活柱活塞杆与缸口密封处存在一定的密封间隙会产生横向偏移，单伸缩立柱活柱外伸伸长时由于活柱自重也会产生微小歪斜，缸筒内腔压力的挤压使立柱密封元件产生不规律变形，进而使单伸缩立柱在未承载外载荷之前具有一定的初始挠度。因此立柱静载承载时轴向载荷施加方向与立柱轴线方向不重合[99]。将液压支架单伸缩立柱简化成带有具有初始挠度的三段变截面承压杆。单伸缩立柱的结构简化图如下图2.1所示，结构特征参数如表2.1所示。图2.1单伸缩立柱外伸全行程力学模型Fig.2.1Structureofafull-strokesingletelescopicpowersetlegs表2.1单伸缩立柱结构参数表Table2.1Singletelescopicpowersetlegsstructureparametertable额定工作阻力/kN1453缸筒内腔压力/MPa70缸筒内径/mm230活柱活塞杆外径/mm210缸筒外径/mm273活柱活塞杆内径/mm180立柱行程/mm780活柱长度/mm1080缸筒及活柱材料27SiMn材料弹性模量/MPa2.06106泊松比0.3第一段长度/mm880第二段长度/mm237第三段长度/mm839
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压支架发展趋势[J]. 雷静. 中国新技术新产品. 2019(17)
[2]基于AMESim的液压缸冲击试验台液压系统仿真分析[J]. 邹波,王世红. 机床与液压. 2019(14)
[3]浅析液压支架立柱泄露的原因[J]. 陈俊伟,贾林峰. 科技经济导刊. 2018(18)
[4]落锤冲击作用下双伸缩立柱动态特性研究[J]. 张德生. 煤炭工程. 2018(05)
[5]矿用缓冲吸能装置及其填充材料试验研究[J]. 郝志勇,刘亚强,潘一山. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[6]液压支架立柱在冲击载荷作用下的特性研究[J]. 翟国栋,徐晨,朱仰招,孟俐利,吴飞. 煤炭技术. 2018(03)
[7]液压支架立柱检测技术的探讨[J]. 杨建新. 煤矿机械. 2018(02)
[8]液压支架立柱试验台新测试功能研究[J]. 刘顺斌. 煤矿机械. 2018(01)
[9]基于AMESim的支架立柱液压系统特性仿真分析[J]. 张平格,李向良,谢腾宇. 煤炭技术. 2017(08)
[10]基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究[J]. 姜福兴,刘懿,翟明华,郭信山,温经林,刘心广,马幸福. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
硕士论文
[1]液压支架双伸缩立柱的应力分析和疲劳寿命预测[D]. 苑成城.太原理工大学 2011
[2]液压支架整体动态特性仿真分析[D]. 任锡义.太原理工大学 2010
[3]基于管路效应的皮囊式蓄能器数学模型与实验研究[D]. 权凌霄.燕山大学 2005
本文编号：3212206
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
立柱冲击外载荷特性曲线
煤炭科学研究总院硕士学位论文12图1.2捷克小型落锤式动载过载试验装置Fig.1.2Czechsmalldrophammertypedynamicoverloadtestdevice图1.3为6000kN液压支架立柱冲击试验台。本文采用蓄能器冲击加载原理进行分析研究。如图1.3所示，采用蓄能冲击加载方式，立柱初撑条件下冲击缸柱塞与立柱直接接触，冲击缸可瞬间施加冲击载荷给立柱。此工况模拟更符合液压支架立柱的真实工况。且蓄能器压力可以进行无级调节以满足不同载荷的立柱动载加载条件。在模拟液压支架立柱在井下真实工况条件下的动载过载特性方面，加载方法采用蓄能冲击方式比落锤冲击方式模拟程度更高。图1.36000kN液压支架立柱冲击试验台Fig.1.36000kNhydraulicsupportpowersetlegsimpacttestbench
煤炭科学研究总院硕士学位论文162单伸缩立柱静载、动载过载数值计算本章针对单伸缩立柱在两倍中心静载加载条件下的立柱结构件应力分布进行MATLAB数值计算，采用蓄能冲击加载方式对单伸缩立柱进行动载加载，对动载加载过程中蓄能器输出进行推导，并对动载过载条件下的单伸缩立柱结构件应力分布进行MATLAB数值计算。2.1两倍中心静载荷强度分析液压支架单伸缩立柱由于在活柱活塞与缸筒密封处、活柱活塞杆与缸口密封处存在一定的密封间隙会产生横向偏移，单伸缩立柱活柱外伸伸长时由于活柱自重也会产生微小歪斜，缸筒内腔压力的挤压使立柱密封元件产生不规律变形，进而使单伸缩立柱在未承载外载荷之前具有一定的初始挠度。因此立柱静载承载时轴向载荷施加方向与立柱轴线方向不重合[99]。将液压支架单伸缩立柱简化成带有具有初始挠度的三段变截面承压杆。单伸缩立柱的结构简化图如下图2.1所示，结构特征参数如表2.1所示。图2.1单伸缩立柱外伸全行程力学模型Fig.2.1Structureofafull-strokesingletelescopicpowersetlegs表2.1单伸缩立柱结构参数表Table2.1Singletelescopicpowersetlegsstructureparametertable额定工作阻力/kN1453缸筒内腔压力/MPa70缸筒内径/mm230活柱活塞杆外径/mm210缸筒外径/mm273活柱活塞杆内径/mm180立柱行程/mm780活柱长度/mm1080缸筒及活柱材料27SiMn材料弹性模量/MPa2.06106泊松比0.3第一段长度/mm880第二段长度/mm237第三段长度/mm839
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压支架发展趋势[J]. 雷静. 中国新技术新产品. 2019(17)
[2]基于AMESim的液压缸冲击试验台液压系统仿真分析[J]. 邹波,王世红. 机床与液压. 2019(14)
[3]浅析液压支架立柱泄露的原因[J]. 陈俊伟,贾林峰. 科技经济导刊. 2018(18)
[4]落锤冲击作用下双伸缩立柱动态特性研究[J]. 张德生. 煤炭工程. 2018(05)
[5]矿用缓冲吸能装置及其填充材料试验研究[J]. 郝志勇,刘亚强,潘一山. 采矿与安全工程学报. 2018(03)
[6]液压支架立柱在冲击载荷作用下的特性研究[J]. 翟国栋,徐晨,朱仰招,孟俐利,吴飞. 煤炭技术. 2018(03)
[7]液压支架立柱检测技术的探讨[J]. 杨建新. 煤矿机械. 2018(02)
[8]液压支架立柱试验台新测试功能研究[J]. 刘顺斌. 煤矿机械. 2018(01)
[9]基于AMESim的支架立柱液压系统特性仿真分析[J]. 张平格,李向良,谢腾宇. 煤炭技术. 2017(08)
[10]基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究[J]. 姜福兴,刘懿,翟明华,郭信山,温经林,刘心广,马幸福. 岩石力学与工程学报. 2017(05)
硕士论文
[1]液压支架双伸缩立柱的应力分析和疲劳寿命预测[D]. 苑成城.太原理工大学 2011
[2]液压支架整体动态特性仿真分析[D]. 任锡义.太原理工大学 2010
[3]基于管路效应的皮囊式蓄能器数学模型与实验研究[D]. 权凌霄.燕山大学 2005
本文编号：3212206
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