深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性.pdf

第4 5 卷第3 期 2 0 2 0 年3 月 煤炭学报 J O U R N A LO F C H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5 N o ．3 M 甜．2 0 2 0 麓回雠 移动阅读 谢云跃，孟昭胜，曾庆良，等．深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 3 9 8 2 - 9 8 9 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．S J l 9 ．1 5 4 1 X I EY u n y u e ，M E N GZ h a o s h e n g ，Z E N GQ i n g l i a n g ，e ta 1 ．A n a l y s i so fd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs t u d yo nf l o o rs p e c i f i c p r e s s u r eo fh y d r a u l i cs u p p o r tf o rd e e pm i n i n gb a s e do ni m p a c tl o a d i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 3 9 8 2 9 8 9 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．S J l 9 ．1 5 4 1 深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性 谢云跃1 ’2 ，孟昭胜1 ，曾庆3 , 4 杨春祥3 ，高魁东3 1 ．山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东青岛2 6 6 5 9 0 ；2 ．山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实 验室，山东青岛2 6 6 5 9 0 ；3 ．山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛2 6 6 5 9 0 ；4 ．山东师范大学，山东济南2 5 0 0 1 4 摘要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A D A M S 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L S - D Y N A 软件建立了液压支架底座一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一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， 而是呈前端沉陷一中部压入一后端翘曲的“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，从而恶化液压支架一底板的耦合状态，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。 关键词冲击载荷；液压支架；底板比压；深井开采 中图分类号T D 3 5 5 ．4文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 0 3 - 0 9 8 2 - 0 8 A n a l y s i so fd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs t u d yo nf l o o rs p e c i f i cp r e s s u r eo f h y d r a u l i cs u p p o r tf o rd e e pm i n i n gb a s e do ni m p a c tl o a d i n g X I EY u n y u e l ’2 ，M E N GZ h a o s h e n 9 1 ，Z E N GQ i n g l i a n 9 3 ’4 ，Y A N GC h u n x i a n g ’，G A OK u i d o n 9 3 1 ．S t a t e 脚L a b o r a t o r yo f M i n i n gD i s a s t e rP r e v e n t i o na n dC o n t r o lC o f o u n d e db yS h a n d o n gP r o v i n c ea n dt h eM i n i s t r yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，S h a n d o n g U n w e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，Q i n g d a o2 6 6 5 9 0 ，C h i n a ；2 ．S h a n d o n gK e y ．L a b o r a t o r yo f C i v i lE n g i n e e r i n gD i s a s t e rP r e v e n t i o na n dM i t i g a t i o n ，S h a n - d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，Q i n g d a o2 6 6 5 9 0 ，C h i n a ；3 ．C o l l e g e o f M e c h a n i c a la n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ，S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n v ea n d T e c h n o l o g y ，Q i n g d n o2 6 6 5 9 0 ，C h i n a ；4 ．S h a n d o n gN o r m a lU n i v e r s i t y ，J i n a n2 5 0 0 1 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h es e l f - a d v a n c i n gp e r f o r m a n c eo fh y d r a u l i cs u p p o r ti sa ni m p o r t a n tf a c t o rt oe n s u r et h es a f ea n de f f i c i e n t p r o d u c t i o na n di m p r o v et h ei n t e l l i g e n tl e v e lo ft h ec o a lm i n i n gw o r k i n gf a c e ．O n eo ft h ek e yf a c t o r st h a ta f f e c tt h i ss e l f - a d v a n c i n gp e r f o r m a n c eo fh y d r a u l i cs u p p o r ti s i t sf l o o rs p e c i f i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ．I no r d e rt os t u d y 收稿日期2 0 1 9 - 1 1 - 0 7修回日期2 0 2 0 - 0 2 - 1 4责任编辑陶赛 基金项目国家重点研发计划资助项目 2 0 1 7 Y F C 0 6 0 3 0 0 5 ；山东省重点研发计划资助项目 2 0 1 8 G G X l 0 3 0 2 7 ；山东省土木工程防灾减灾重点 实验室开放课题基金资助项目 C D P M 2 0 1 9 Z R 0 7 作者简介谢云跃 1 9 9 l 一 ，女，山东济南人，博士后。E m a i l x i e y u n y u e 5 1 5 s d u s t ．e d u ．e n 通讯作者盂昭胜 1 9 9 l 一 ，男，山东聊城人，讲师，博士。E - m a i l s k d m z s 1 6 3 ．c o r n 万方数据 第3 期谢云跃等深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性 9 8 3 t h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h eh y d r a u l i cs u p p o r ti nd e e pm i n i n gu n d e rt h ei m p a c tl o a d i n g c o n d i t i o n ，an u m e r i c a lm o d e lb a s e do nt h er i g i d f l e x i b l ec o u p l i n go ft h es u p p o r ti se s t a b l i s h e db yu s i n gA D A M S ．T h e r o o fa n dt h eb a s ew e r ed e f i n e da sr i g i d ，t h ec a n o p y ，t h eg o a ls h i e l da n dl e m n i s c a t eb a r sw e r em e s h e da sf l e x i b l e ，a n d t h el e g sa n de q u i l i b r i u mj a c kw e r er e p l a c e du s i n gt h es p r i n gd a m p i n gs y s t e m ．B ya p p l y i n gi m p a c tl o a dt od i f f e r e n tp o - s i t i o n sa b o v et h ec a n o p y ，t h er e s p o n s es p e c t r u mo ft h ei m p a c tl o a da th i n g ep o i n to ft h es o c k e ta n dt h el e m n i s c a t eb a r s w a so b t a i n e d ．T h e nan u m e r i c a lm o d e lo ft h eb a s e f l o o rf l e x i b l eb o d yw a se s t a b l i s h e db yu s i n gL S - D Y N A ．B yi n p u t t i n g t h eo b t a i n e dl o a dr e s p o n s es p e c t r u mi n t ot h eb a s e - f l o o rf l e x i b l em o d e lr e s p e c t i v e l y ，t h ed i s t r i b u t i o nl a wo ft h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r eu n d e rd i f f e r e n ti m p a c tc o n d i t i o n sw a sa n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r ei sn o t l i n e a r l yd i s t r i b u t e d ，b u tp r e s e n t sa “Vs h a p e d ”d i s t r i b u t i o n ．T h ep e a kv a l u eo ft h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r ei sd i s t r i b u t e d n e a rt h es o c k e t ．A l t h o u g ht h ei m p a c tl o a d sa c t i n go nt h eh y d r a u l i cs u p p o r ta r ed i f f e r e n t ，t h ed a n g e r o u sa r e ao ft h ef l o o r s p e c i f i cp r e s s u r ea p p e a r si nt h ef r o n th a l fo ft h eb a s eu n d e rt h ec o n d i t i o no ff u l ll o a di n s t a b i l i t y ．W h e nt h ei m p a c tl o a d a p p e a r s ，b o t ht h ef o r c er e s p o n s eo fe a c hh i n g ep o i n ta n dt h ep e a kv a l u eo ft h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r ew i l li n c r e a s e ．T h i s w i l lf u r t h e rw o r s e nt h ec o u p l i n gs t a t eb e t w e e nt h eb a s ea n df l o o r ，a n do fc o u r s ei sn o tc o n d u c t i v et ot h ef l o o rm a i n t e n a n c ea n dm o v i n go p e r a t i o no ft h eb a s e ．T h e r e f o r e ，i no r d e rt or e d u c et h ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o na tt h ef r o n te n do ft h e b a s e ，a n di m p r o v et h es u p p o r ts t a b i l i t ya n ds e l f - a d v a n c i n gp e r f o r m a n c eo ft h es u p p o r t ，i ti sn e c e s s a r yt op a ym o r ea t t e n t i o nt ot h eo p t i m i z a t i o no ft h eb a s es t r u c t u r ei nd e e pm i n i n g ． K e yw o r d s i m p a c tl o a d ；h y d r a u l i cs u p p o r t ；f l o o rs p e c i f i cp r e s s u r e ；d e e pm i n i n g 液压支架是煤炭井下开采的关键支护装备，其在 井下工作时不仅起到支护顶板，维护回采工作面安全 作业空间的作用，同时还与工作面采运装备“互支互 推”，完成开采工作面的推进工作，因此液压支架的 自移性能是保障工作面安全高效生产的重要因素。 尤其随着我国煤炭行业逐步向自动化、智能化方向发 展，液压支架的自移性能对工作面智能化水平的制约 越发明显，而影响液压支架自移性能的关键因素之一 就是其底板比压分布特性u ‘3 j 。 液压支架的底板比压分布特性是指液压支架 在井下承载过程中其底座由前至后对底板形成的 压力分布特性。液压支架的底板比压分布特性对 其自移性能具有重要影响，若底座前端比压过大而 压碎底板，则会造成支架扎底而无法移架，影响工 作面开采进度，威胁作业人员安全∽。5J 。随着地球 浅部矿产资源的1 3 益枯竭，未来深部资源开采必将 成为常态。相对浅部煤层开采，深部开采的高围压 条件更容易诱发覆岩冲击来压，而冲击压力来临瞬 间，液压支架整体包括底座将承受更高的外载荷， 从而导致液压支架易于形成高底板比压，降低支架 的支护稳定性及自移性能。因此对冲击载荷作用 下液压支架底板比压的分布特性进行研究，对指导 深井开采液压支架设计优化及自移性能提升具有 重要意义‘6 8 | 。 为研究液压支架在不同工况下的底板比压分布 规律，M A R C I NW I T E K T 等归1 通过将液压支架放置于 特殊的液压垫实验装置上，测试了3 种不同工况下液 压支架的底板比压分布状况。徐亚军基于弹性基础 梁理论，对液压支架底板比压强度分布进行了理论推 导，得出了底板比压变化规律近似成指数函数关 系0 。1 1 j 。王志等2o 基于双参数地基梁理论建立了 液压支架底座与底板互作用模型，得出了底板比压最 大区域分布于柱窝下方。王恩鹏等纠通过试验方法 分析了液压支架底板比压特性，指出支架合力作用点 是影响支架底板比压的重要因素。然而液压支架为 大型支护装备，对其频繁开展试验成本昂贵，现有理 论、数值模拟研究在讨论液压支架底板比压分布特性 时，又多基于静力条件假定下讨论液压支架的底板比 压分布规律 假定底板比压的分布特性曲线、底座的 受载位置等 ，且底座多被处理为刚性体，忽略了底 座承载变形对底板比压的影响4 。1 6 | ，不符合实际工 况。 基于此，笔者在前人的研究基础上，为更准确获 取冲击载荷下深井开采液压支架底板比压分布特性， 首先建立了液压支架的多体动力学模型，通过对支架 施加不同工况的冲击载荷，获取了冲击载荷工况下液 压支架各铰点载荷响应谱。随后建立了液压支架底 座的柔性体分析模型，通过将获取的支架铰点载荷响 应谱分别施加到底座柔性体模型对应的铰接销轴，分 析了不同冲击工况下液压支架底板比压分布规律，完 善了深井开采液压支架一围岩强度适应性理论。论 文提出的液压支架底板比压数值分析方法，为深井开 采液压支架的结构优化及自移性能提升提供新的研 究思路。 万方数据 9 8 4 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 1 液压支架底座铰点载荷分析 1 ．1 液压支架数值模型定义 基于现有研究基础，运用多体动力学分析软件 A D A M S 建立液压支架的刚柔耦合分析模型7 。| 8 。，旨 在通过此模型，获取冲击载荷下底座各铰接点 立柱 及前后连杆 载荷谱，为后续底板比压分析研究提供 载荷依据其中液压支架的底座与地面固定连接视为 刚性体，顶梁、掩护梁、四连杆机构运用H y p m ’m e s h 处 理为柔性体，各构件间连接采用摩擦接触定义 摩擦 因数为0 ．3 。立柱和平衡千斤顶采用弹簧一阻尼系 统等效替换 参数见表1 ，其刚度计算公式为 K 笙L 1 式中，K 为等效刚度系数，N ／m ；／4 为液压缸有效传力 面积，m 二；口为乳化液体积弹性模量；L 为液压缸有效 行程，m 。 表1立柱和平衡千斤顶主要参数 T a b l e1M a i np a r a m e t e r so fp r o p sa n de q u i l i b r i u mj a c k 1 1 1 1 1 1 依据式 1 得到平衡千斤顶、试柱一、二级缸的 等效刚度系数分别为K ， 2 0 6M N ／m ，K 2 0 4M N ／m ，K 、 1 0 0M N ／m 。当立柱一、二级缸同时 工作时，将立柱等效为串联弹簧，其刚度系数为K K ，x K 、／ K ， K 、 6 7 ．1M N ／m 。同时为方便后续结 果提取、辨别，约定了支架的左右侧，完成定义的液压 支架数值模型如图l 所示。 文献[ 1 2 ，1 6 ] 指出，在对液压支架顶梁远立柱 端进行单点加载时，液压支架远未到达其额定载荷 时即已出现了变形失效 支架的超前失稳 ，此时支 架尚未形成较大底板比压。因此依据国家标准规 定选取均布加载、两端加载、前方扭转、后方扭转和 偏心加载5 种典型工况对液压支架进行加载，以获 取液压支架在额载失稳范围内承受冲击载荷时底 座各铰点载荷谱，其中主动冲击载荷通过垫块施加 给支架顶梁 垫块为刚性 ，加载垫块布置方式如图 2 所示。 1 ．2 底座铰点冲击载荷响应谱分析 对图1 中的模型进行加载时考虑到支架对顶板 的主动初撑作用，将模型载荷分为初撑静载和冲击动 i 删 图l底座铰接点载荷响应谱获取模型 F i g ．1 N u m e r i c a lm o d e lf i J ro b t a in i n gt h el o a dr e s p o n s e s p e c t r u mo ft h eb a s eh i n g ep o i n t s 1 一底座；2 ，4市柱、平衡千斤顶等效弹簧1 5 i U v 2 系统； 3 一顶梁；5 一掩护梁；6 ，7 一p q 连杆机构；a 一一底座铰接点 C 前方扭转 d 后方扭转 e 偏。i , D D 载 图2 顶梁加载方式示意 F i g ．2 S h e m a t i cd i a g iL t l l lo fc a n o p yl o a d i i i gn l o d e 载两部分。其中初撑静载在0 ～3s 内缓慢增加到 1 0M N ，随后维持2S ，以平衡液压支架所承受的初撑 载荷，在5 ．2S 通过S T E P 函数将1 l M N 冲击力施加 垫块上，以模拟支架受到的冲击动载荷，定义完成的 加载曲线如图3 所示。分别设置仿真计算时间 为1 0S ，运行仿真得到不同冲击工况下底座各铰点载 荷响应谱如图4 ，5 所示。 图3 主动加载曲线 F i g ．3 A c t i v el ‘ a 1 i n g I l l ‘v P 考虑对模型均布加载和两端加载时，支架所承受 载荷为对称分布，立柱和前后连杆左右两侧铰接点的 受力相同，所以载荷只取一侧。图5 中立柱l 、前连 杆1 及后连杆l 代表支架左侧铰接点，立柱2 、前连 4 5 6 7 b C 万方数据 第3 期埘厶跃等深井m I i 载衙卜．液压支架底板比瓜分布特。陀 1 5 至1 0 杂 餐5 篓 叫0 5 1 5 至1 0 杂 薹5 蠢 一O 一5 - 后连杆J ／■j ～＼2 1 6 81 ＼ 一器■ J 舌连杆J 厂．．． ＼．．1 681 b 阔端月l I j 戈 【兜J4刘‘称承载l 况下铰接点载倚蛐线 F 瞄4 L o a dt 1 L I l ’V O S fh i n g ep o i n l sL I I I d P l s ．V I I I I I I C [ Ii t ‘ l o a d i n gt ”m d i l i o n s 杆2 和后连杆2 代表支架右侧铰接。点，各载荷值均取 蠖直向下方向为证方向。 由图4 可知，液压支架在均布载荷和两端加载两 种工况下，由于外载荷处于对称分布状态，支架各铰 接点载荷的变化趋势綦本相同立柱铰点载荷与前连 杆铰点载荷受力力‘向一致，且与后连杆铰接点受力始 终相反；相对均布加载，两端加裁工况下，各铰接点在 承受冲击载荷时表现的} 叶击振幅更强 表2 ；两种工 况下，立柱均为液压支架主要承载部件，在2 IM N 外 载作用下，立柱平均承载2 0M N ，连杆机构平均承载 3 ．5M N 。即液压支架顶梁承受的载荷大部分是通过 立柱传递至底座L ，仅有小部分载荷通过平衡千斤 顶一掩护梁一四连杆系统传递至底座。 液压支架在顶梁前方扭转、后方扭转和偏心扭转 3 种q P - x d ‘称外载工况下各铰点的载荷响应谱如图5 所 示。由图5 a ， I ， 可知，在前方扭转与后方扭转加载 上况下，液压支架前后连杆与底座饺接点受力方向始 终相反 各铰点载荷方向与对称加载时各铰点载荷方 向保持一致 ，且凶外载的偏载效应，支架左右两侧铰 接点承受的载荷相差极大，后方扭转工况时这一偏载 效』蓝尤为剧烈相较于前方扭转工况，在后方扭转工况 下两颗直柱的载荷差由0 ．2M NI 升到0 ．6M N ，前连 杆载荷差由1M Nj 二升到3 ．5M N ，后连杆载荷差更是 由0 ．9 6M N 上升到5 ．7M N 偏载系数均 3 。在偏心 加载工况F 图5 c ，} 于液压支架只承受单侧偏载 罔51 1 - x 寸, F p t - i 载工i } I ．卜．铰接。一j i 载倚I t l l 线 F i g ．5l ，o a l l 【。I l l l V e s “h i n g ep o h l t sU l l I r lL I S Y I I l l | f e l l j ’l o a d i n g - ‘m 【l i I m l l S 力 无刈。称平衡力 ，此时两侧连杆铰点力载荷差进一 步扩大，后连杆两侧铰接点受力方向甚至f { j 现反向l 况，载荷差达到6 ．8 7M N 。表2 为支架在冲i l 二载荷H 5 现后各铰点力响应峰值与稳定值的比值关系a j x , i - 、 柱，前后连杆振动更剧烈，且在后方扭转与偏载工况 下，前后连杆振动幅值最高 2 液压支架底板比压分析 2 ．1 底板比压分析模型 考虑液J f i 支架实际] j 作时，来f ’1 前序构件的载 荷 自顶而下，顶部牛f l X 寸底部为前序 均通过销轴传 递至卜．_ 一构件，因此在建立液压支架底板比压分析模 型时，建立包禽销轴的底板比压分析模型以模拟液压 z乏＼R褥挺画斗 z芝＼R耨梧帚rf 万方数据 9 8 6 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 支架底座的真实载荷传递工况。同时考虑支架底座 铰接耳座结构均为箱型结构，销轴与底座的接触方式 并非整体接触而是呈环形分布，建立环形加载 面S E G M E N T 进行载荷传递，此外加载面可实现对连 杆力载荷角度的模拟，最终建立如图6 所示的液压支 架底板比压分析模型。其中底座和销轴材料定义为 钢泊松比为0 ．3 ，质量密度为78 5 0k g ／m 3 ，弹性模量 为2 1 0G P a ，底座与销轴、底板之间采用面一面摩擦接 触，摩擦因数设置0 ．3 。底板四周及底部采用固定约 束，底板选用砂岩 M o h r - C o u l o m b 模型 质量密度 为26 7 0k g ／m 3 ，剪切模量为25 8 0M P a ，泊松比为 0 ．1 7 ，内摩擦角2 9 。，剪胀角1 4 。，黏聚力3 ．5M P a 。 表2 各铰接点冲击载荷响应峰值与稳定值的关系 T a b l e2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e np e a kv a l u ea n ds t a b l ev a l u e o fi m p a c tl o a dr e s p o n s eo fe a c hh i n g ep o i n t 旧 帮 星 图6 齄于L S D Y N A 建、Z 的底板比』丘分析模型 F i g ．6F l o o i ’s p e c i f i cp r e s s m ‘ea n a l y s i sm o d e li nI 。S D Y N A 2 ．2 结果及分析 液压支架在承受冲击载荷时，由于外载荷在极短 时间内迅速增加，而支架本体尤其是依靠内部封闭乳 化液传递动力载荷立柱和平衡千斤顶部分响应速度 缓慢，且由于安全阀的泄压滞时效应，立柱及平衡千 斤顶内部压力无法及H e r b 出，从而导致立柱及平衡千 斤顶刚度剧增 形成类刚体结构 ，促使顶板冲击载 荷瞬间峰值直接传递至底座，使得底座受力突增、底 板比压增大，威胁液压支架的正常使用。在采用L S - D Y N A 对底板与底座耦合模型进行仿真求解时，为更 为详尽地获取液压支架底板比压分布特征，以底座左 前端为原点，定义底座长度方向为x 方向，宽度方向 为y 方向，建立如图7 所示的坐标系，并提取图中6 条直线所示位置的底板上网格单元的比压值绘制底 板比压分布曲面。 图7底板比压分析结果提取位置示意 F i g ．7 E x t i ’a ’t i o np o s i t i o no ff l o o rs p e ‘i f i c p i ’P S S l l l ’P a n a l y s i sI ’e s u h s 图8 a 为液压支架承受顶梁均布冲击载荷时的 底板比压分布图，此时顶梁上方承受均布载荷，但底 座后方仍存在明显的无压区 比压为0 的区域 ，即 此时底座后端已出现翘曲变形，脱离底板。定义图中 黑色曲线为“底座与底板分离线” 以下简称分离 线 ，则分离线后方为无压区，这一现象与波兰学 者M a r c i nW i t e k 实验结果基本吻合，不同的是M a r c i n W i t e k 采用刚性接触实验方式测试支架的底板比压， 因此底座前端比压呈近线性分布。而实际上虽然液压 支架底座刚度相对底板极大，但由1 ．2 节分析可知，来 自顶板的载荷主要由立柱传递至底座 图8 a 中底板 所受载荷主要集中在底座柱窝下方区域，柱窝下方比 压达到7 ．5M P a ，因此底座柱窝处相对底座前端、后 端会产生更大变形，反映到底座与底板的耦合模型中 时，会表现出如图8 a 所示的底座柱窝处压人底板最 深 底座前端比压相对柱窝处较小，约为0 ．5M P a ，即 此时液压支架整体呈现出前端沉陷一中部压入一后端翘 曲的“V 型”姿态。同时，由于此时外载荷沿y 方向成 对称分布，因此图8 a 中底板比压基本呈左右对称分 布，且分离线呈平行于】，轴的直线状。 均布加载工况下液压支架底座应力云图如图 9 a 所示。由图9 a 可知，底座在受冲击后发生弯 曲变形，其中最大挤压应力主要分布在前连杆与底座 铰接点内侧的弧形过渡处以及柱窝处底座内侧筋板， 最大应力约为3 4 5M P a 。观察底座与底板下接触面， 不难发现在均布载荷作用下，底座对底板压力分布较 均匀。同时由于柱窝处采用了丌型卸压筋板结构， 在柱窝正下方处底座未表现出明显的应力集中峰，而 是在卸压筋板处形成了分段f 1 4 j i j , 压力峰，大大减小了 柱窝处的应力、应变集中水平。 两端加载工况下液压支架底板比压和底座应力分 布分别如图8 1 ， ，9 b 所示。由图8 b ，9 b 可知， 两端加载工况下，支架底座的受力情况与均布载荷非 万方数据 第3 期谢云跃等深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性 9 8 7 fa 均布载荷 c 前方扭转 b 两端 d 后方扭转 图8均布载荷工况下底板比压分布 0 e 偏心加载 F i g ．8 D i s t r i b u t i o no ft h ef l o o rs p e c i f i cp r e s s u r eu n d e rn o r m a ll o a d i n gc o n d i t i o n s L I 一 I c 前方扭转 7 c 型卸压筋板 a 均布载荷 3 2 3 ．1 0 2 9 0 ．8 0 2 5 8 ．5 0 2 2 6 ．2 0 1 9 3 9 0 芷 1 6 1 ．6 0 蒌 1 2 9 ．3 0 { 哥 9 0 ．7 6 6 4 ．7 7 3 2 ．4 9 O ．2 0 3 4 4 ．9 0 3 1 0 ．4 0 2 7 5 ．9 0 2 4 1 ．4 0 2 0 7 ．0 0 芒 1 7 2 ．5 0 至 “ 1 3 8 ．0 0 目 1 0 3 ．5 0 6 9 ．0 4 3 4 ．5 6 0 ．0 8 r 1 [J 口- _ _ _ _ _ _ _ _ _ ■■■■翟● b 两端加载 6 5 8 ．2 0 5 9 2 ．4 0 5 2 6 ．6 0 4 6 0 ．8 0 3 9 5 ．0 0 ￡ 3 2 9 ．2 0 善 2 6 3 ．4 0 倒 1 9 7 ．6 0 1 3 1 ．8 0 6 6 ．0 1 0 ．2 0 图9 均布载荷工况下底座应力云图 F i g ．9 S t r e s so ft h eb a s eu n d e rn o n n a ll o a d i n gc o n d i t i o n s 3 0 4 _ 3 0 2 7 3 ．9 0 2 4 3 ．5 0 2 1 3 ．1 0 1 8 2 ．7 0 金 1 5 2 ．3 0 至 1 2 1 ．8 0 倒 9 1 ．4 3 6 1 ．0 2 3 0 ．6 0 0 ．1 9 e 偏心加载 叠艺＼出丑蛏世 ＆乏出丑辎蜓 日厶I，∈R毯 3 7 2 7 2 6 j 6 0 8一一一一一一一一一㈣嘶一] _一L r 万方数据 9 8 8 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 常相似底板比压最大处依然为底座两脚的柱窝下方， 约为7 ．4M P a ，略小于均布加载工况；支架底座整体比 压基本对称分布，其中底座前端比压仍为0 ．5M P a ，分 离线为平行于l ，轴的一条直线。不同的是，由于两端 加载时立柱后端载荷比加大 立柱位于顶梁后半段 ， 进而导致底座前倾量相对减小，因此分离线向后移动 至2 ．2m 处。此时对应底座筋板处应力最大值也由均 布加载时的3 4 5M P a 减小至3 0 4M P a 。从底座比压分 布角度出发，由于顶板集中载荷的后移，两端集中承载 工况相较于均布承载工况，底座后端将承受更多外载 荷，底板稳定性更易控制。 顶梁前方扭转加载工况下液压支架底板比压分 布如图8 c 所示。与均布载荷和两端集中加载相 比，最明显的差异为此时底板比压不再呈对称分布。 虽然前方在扭转工况下，底板比压最大位置依然位于 柱窝下方，但因前后加载力制约，柱窝处的最大比压 约为7 ．1M P a ，小于均布载荷 7 ．5M P a 和两端加 载 7 ．4M P a 。从前端比压强度看，加载侧前端底座 比压可达0 ．6M P a ，略高于前述两种对称加载工 况 0 ．5 M P a 。同