为满足具有冲击地压倾向矿井的支护需求,具有刚柔耦合特性的缓冲吸能支护装备研发已经成为当下的一个研究热点。在工程领域中,常遇到静态载荷和冲击载荷叠加的结构动力学问题,例如岩体力学研究中,需要考虑在围岩应力的作用下的冲击特性;矿用支护设备初始状态就承受较大初撑力,当冲击地压等动力灾害发生时,支护设备会在静、动载荷叠加作用下发生突然失稳。支护装备在动力冲击载荷的作用下会表现出与静态载荷不相同的力学性能。由于缺少试验研究所需的大吨位冲击试验设备,现阶段针对上述问题的研究主要基于理论计算和数值模拟,迫切需要研发一套接近实际工况的试验装置以解决该难题。本研究根据实际工况需要,设计了一套快速液压冲击试验机,实现了最高可达2000kN的冲击力,最高可达10m/s的冲击速度。为满足快速液压冲击试验机的技术要求,研究对不同加载方式、冲击时的高压、高速大流量液体释放等关键技术进行了探索。研究设计的快速液压冲击试验机主要由液压加载系统、试验台架和测控系统三部分组成。其中,液压加载系统主要为试验机提供加载能量,实现了准静态加载、冲击动态加载和静-动复合加载方式。研究设计的试验台架能够满足冲击试验机的立式、卧式等试验状态,完成被试件的安装和固定。测控系统负责试验中的人机交互、冲击试验机系统的单独动作控制和联合动作控制、试验机姿态的调整以及试验数据的高速采集和显示等功能。研究设计了一种超大流量快开阀结构,以实现冲击试验时液压加载系统油液的高速大流量释放要求。在完成基本结构设计的基础上,研究进行了阀口尺寸计算、稳态液动力计算和瞬态液动力计算。研究还设计了密封保护套,以解决高速高压条件下的动密封。为了进一步优化结构,应用解析法分析了阀芯的液动力,建立了超大流量快开阀的数学模型和FLUNT仿真模型,通过仿真计算和分析得出超大流量快开阀的最优结构,分析结果证明该结构能够实现48000L\min的超大流量要求。研究通过仿真分析了试验机主要液压元件的特性对冲击试验机输出动态性能的影响。根据液压系统原理图建立AMEsim仿真模型后,对蓄能器参数、负载变化、超大流量快开阀参数进行了详细分析,并根据仿真结果最终确定了蓄能器预充气压力和个数;得出对被试件特性的输出冲击力和冲击速度影响趋势;得到了优化后的超大流量快开阀的阀芯开度、阀芯质量和流量系数。研究分析了主受力框架在各种典型受力工况下的力学响应特性,以避免试验台主受力框架在冲击过程中产生的形变对检测结果产生影响。对冲击试验机主受力框架进行了三维实体建模并处理后,进行了 ABAQUS/Standard通用分析模块的静力学分析。应用解析法建立了试验台架支柱在冲击过程中的简化模型,分析了试验台架支柱系统在任意激励下的一般响应,分析了试验系统不同加载信号的冲击谱和频谱,得出加载波形的参数范围。根据冲击工况进行了 ABAQUS/Explicit显示动态分析模块的动力学分析。分析结果表明,冲击试验机在2000KN的静力加载和冲击动力加载下的最大位移量分别为0.86mm和0.8917mm,冲击试验机主受力框架的应力和应变在所有冲击载荷条件下均满足使用要求。研究根据计算结果进行了样机试制,并对不同结构形式的被试件进行了试验研究。试验包括:空载试验、吸能盒静-动复合加载冲击试验;液压支柱冲击载荷试验;锚杆/锚索的静态拉伸试验和冲击拉伸试验。试验结果表明,冲击试验机设计合理,能够满足不同被试件不同形式加载的试验要求。试验结果证明了动态仿真结果的正确性。2000KN液压冲击试验机的设计为刚柔耦合缓冲吸能支护装备的研究提供了必要的试验手段,试验结果能够为相关研究提供可靠的试验依据。本研究为更大能级的冲击试验机的研发奠定了基础。该论文有图91幅,表15个,参考文献152篇。