近日,辽宁工程技术大学沈佳兴博士等通过对比分析研究了类圆锥壳体,金字塔形、X形三种典型点阵胞体的比吸能及单位质量支撑力,在确定金字塔结构为最佳拓扑胞体结构后,采用三因素五水平的正交实验确定了金字塔结构胞体的最佳结构参数。相关研究成果以《防冲液压支架点阵吸能结构设计及其性能分析》为题于10月21日发表于《机械科学与技术》。
传统解决冲击地压的方法是采用锚杆锚索网支护、U 型钢支撑及门式液压支架等方式提高支护强度进而减少冲击地压的发生次数;但相关研究发现上述方式支护的巷道虽然冲击地压发生次数减少,但在某些情况下依然会发生冲击地压且随着支护应力的提高冲击地压的破坏程度会更加严重。
防冲液压支架是在支架液压立柱底部安装能够轴向压缩的吸能装置,在吸能装置的内部安置有点阵材料吸能芯体。当来压作用到支架上时,冲击力通过液压立柱底部的压缩杆作用到点阵吸能芯体上,芯体压缩吸收冲击能,保护支架的其他结构。
点阵吸能装置
点阵材料胞体拓扑结构
比吸能曲线
网格模型
研究采用正交实验研究金字塔胞体的结构参数对吸能性和支撑力的影响,寻找最优点阵吸能芯体参数方案。在液压立柱的底座内放置点阵吸能芯体,每层点阵吸能芯体底部与一层固定夹层板焊接到一起,当多层吸能芯体组合使用时相邻两层吸能芯体的固定夹层板构成“固定夹层板-点阵吸能芯体-固定夹层板”的夹芯结构。
研究考查了吸能大小和支撑力两个指标,因为仿真分析需要耗费大量时间,又因为每层吸能芯体结构相同,为提高仿真效率只研究一层吸能芯体的吸能和支撑力大小,然后再将每层吸能芯体吸能大小乘以吸能装置能够容纳吸能芯体层数得到吸能装置的总吸能量。
研究最后得出金字塔形点阵吸能芯体的可行方案为胞体高度h=50mm,胞体立足倾斜宽度a=20mm,直径d=5mm。点阵吸能装置的总吸能量为1470kJ,约是现有让位吸能装置吸能大小的2~4倍,且支撑力为4679.76kN,证明该种吸能装置具有良好的吸能性。