防冲液压支架立柱螺纹剪切式吸能构件研究

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ZQL超前支护巷道防冲液压支架立柱上的吸能构件属于压溃式吸能,该类型吸能构件在性能和功能上都有一定的局限性与些许不足。其压溃吸能过程中承受的反力波动偏大,不平稳,因而不具有自适应特性,吸能效果不是很理想。所以设计具有较强支反承载力而且能够实现快速同时平稳耗散较多冲击动能的新型吸能构件,有一定的研究意义和实际应用价值。基于螺纹剪切式吸能原理,把螺纹剪切式吸能构件应用于ZQL超前支护巷道防冲液压支架立柱上。参考原有防冲液压支架立柱的主要技术参数以及吸能构件尺寸,对螺纹剪切式吸能构件进行结构和参数设计,选取三个影响螺纹剪切式吸能构件吸能效果的主要螺纹结构参数(螺纹牙型、螺纹外径和螺距)作为结构参数变量,其中螺纹牙型选定为最常用的三角形、矩形和梯形。通过剪切仿真得到不同螺纹结构参数的螺纹剪切式吸能构件剪切变形情况和反力—位移曲线。综合总吸能量、剪切峰值力、初始峰值力、平均剪切力、吸能效率等多项吸能效果评价指标,对比分析不同螺纹结构参数对螺纹剪切式吸能构件吸能效果的影响。首先确定了梯形螺纹是比较理想的螺纹牙型,在这基础上仅增大螺纹外径时,基本没有改变螺杆的剪切变形形态,但其反力却整体变大,即剪切峰值力和剪切平均力都变大,但是平均力变大幅度略低,吸能效率有所下降,变化不大;在仅增大螺距时,峰值力与平均力均有所增大,但剪切平均力增长幅度明显大于剪切峰值力,进而吸能效率增大,吸能能力得到提升,而且被剪切的螺纹圈数量变少,切屑量和切屑堆积量有所减少,剪切过程更加平稳。在相同吸能能力的情况可以降低该吸能构件的高度。综合考量下最终选定牙型为梯形、螺纹外径是160mm,螺距是20mm的螺杆作为防冲液压支架立柱中螺纹剪切式吸能构件的被剪切件。符合ZQL超前支护巷道防冲液压支架立柱对吸能构件的吸能要求。进行与剪切仿真相对应的准静态剪切试验,对比分析不同螺纹结构参数在准静态剪切试验和剪切仿真中对螺纹剪切式吸能构件吸能效果的影响规律。剪切试验中其剪切变形形态和反力—位移变化情况与剪切仿真中得到的较为相似,在误差允许范围内。进一步验证了剪切仿真分析的合理性和正确性。该论文有图61幅,表9个,参考文献62篇。
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