一种复合型防冲吸能装置的制作方法

本发明属于煤矿巷道防冲支护的技术领域，尤其涉及一种复合型防冲吸能装置。

背景技术：

冲击地压是一种具有瞬时性、突发性和破坏性的采矿动力灾害。冲击地压发生时产生的冲击载荷对立柱的冲击具有快速性，若冲击来压过快，安装在立柱上的安全阀来不及打开，或安全阀打开后卸压速度小于立柱增压速度，这会使立柱的压力迅速增加，导致立柱发生弯曲、断裂或爆缸等破坏，因此需提高立柱的抗冲击性能。在支护结构中加入吸能构件来吸收冲击能，当冲击地压发生时，可以在一定程度上保护巷道及其支护结构。吸能构件是该防冲支架实现防冲吸能功能的关键元件，其性能直接关系到整个防冲吸能液压支架的吸能效果。常规的扩径式吸能结构虽然具有恒定的工作阻力，但是其扩径行程只能用到一半，行程利用率低，导致使用受到限制。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种复合型防冲吸能装置，行程利用率高，吸收能量多，结构紧凑，阻力恒定，变形模式稳定。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种复合型防冲吸能装置，包括防护壳体和沿着所述防护壳体的轴线方向运动的立柱，所述立柱的底端和防护壳体的底部之间依次设有第一级吸能装置和第二级吸能装置；

所述第一级吸能装置包括扩径压头和装设在所述扩径压头内的预折纹吸能器，所述立柱的底面压在所述预折纹吸能器的上端面上，用于在立柱的作用下所述预折纹吸能器开始发生塑性变形，进行吸能让位；

所述第二级吸能装置包括与所述扩径压头的下端配合的扩径吸能器，用于在冲击载荷作用下扩径压头向下运动，所述扩径吸能器逐级扩径吸能。

进一步的，所述扩径压头为具有若干级锥角的圆柱形薄壁箱体，其下端具有一定角度的外圆锥面，所述扩径吸能器的上端内表面开有与所述扩径压头相配合的内锥面。

进一步的，所述扩径压头的箱体内径大于所述预折纹吸能器变形后的最大尺寸、并大于所述立柱的外径。

可选的，所述预折纹吸能器的壁面加工有一定形状的预折纹。

进一步的，所述扩径吸能器的上端开有角度为α的锥形坡口，该锥形坡口与所述扩径压头的下端锥面配合；

所述扩径吸能器的内径大于所述扩径压头的一级锥面小径、小于扩径压头的一级锥面大径。

可选的，所述防护壳体的上端安装有导向套，用于与所述防护壳体一起对吸能装置进行封装；所述导向套的中部开有与所述立柱的外表面间隙配合的导向孔。

由上，本发明的复合型防冲吸能装置至少具有如下效果：

1、预折纹吸能器与扩径吸能器串联组合结构，比普通吸能器的行程利用率高。

2、扩径压头具有多级锥角，对扩径吸能器多次扩径，吸收的能量较单级扩径吸能器更多。

3、扩径压头内部为中空结构，使整个吸能装置的质量轻，比吸能(吸收的能量与吸能装置质量的比值)增大。

4、吸能过程中，吸能装置具有恒阻力特性，并且阻力波动系数小。

5、预折纹吸能器装在扩径压头内部，结构紧凑，占用的空间小。

6、吸能过程装置变形模式稳定，工作可靠。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的复合型防冲吸能装置的结构示意图；

图2为图1中a处的放大图；

图3为本发明的复合型防冲吸能装置的扩径压头的结构示意图；

图4为本发明的复合型防冲吸能装置的预折纹吸能器的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明的复合型防冲吸能装置的扩径吸能器的结构示意图；

图7为本发明的复合型防冲吸能装置的导向套的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明的复合型防冲吸能装置一次扩径时吸能装置状态示意图；

图10为图9中b处的放大图；

图11为本发明的复合型防冲吸能装置二次扩径时吸能装置状态示意图；

图12为图11中c处的放大图；

图13为本发明的复合型防冲吸能装置扩径完成时吸能装置状态示意图；

图14为图13中d处的放大图；

图15为本发明的复合型防冲吸能装置预折纹吸能器压溃完成时的吸能装置示意图；

图16为图15中e处的放大图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

本发明的复合型防冲吸能装置的结构如图1至16所示，主要由立柱1、导向套2、预折纹吸能器3、扩径压头4、扩径吸能器5与防护壳体6组成，其中，扩径压头4为一种圆柱形薄壁类箱体，箱体的下端带有一定角度的外圆锥面，扩径吸能器5上端内表面开有同扩径压头4相配合的内锥面。预折纹吸能器3装在扩径压头4的箱体内，组成第一级吸能装置。扩径压头4与扩径吸能器5同轴串联安装，其中扩径压头4的下端外锥面与扩径吸能器5上端内锥面配合，组成第二级吸能装置，两级吸能装置共同吸收能量。由预折纹吸能器3、扩径压头4与扩径吸能器5组成的串联吸能装置安装在防护壳体6内部，并由导向套2封装为一个整体。导向套2中部开有同立柱1相配合的导向孔，保证立柱1始终沿着防护壳体6的轴线方向运动，使用时立柱1底面穿过导向套2的导向孔压在预折纹吸能器3的上端面上。

扩径压头4的结构如图3所示，扩径压头4是一个带有若干级锥角的圆柱箱体(本例以二级锥角为例)，锥角下端小径d3同扩径吸能器5内锥面配合。为了保证预折纹吸能器3在压溃变形过程中不受干涉，扩径压头4箱体内径d2应大于预折纹吸能器3变形后的最大尺寸，为保证正常装配，压头4的内径d2应大于立柱1的外径，实际尺寸取两者中的较大者。

预折纹吸能器3的结构如图4和图5所示，预折纹吸能器3通过压溃变形吸收冲击能量，为了使预折纹吸能器3压溃载荷均匀，压溃变形模式稳定，预折纹吸能器3的壁面加工有一定形状的预折纹。

扩径吸能器5的结构如图6所示，扩径吸能器5的上端开有角度为α的锥形坡口，该锥形坡口同扩径压头4下端锥面配合，扩径吸能器5内径d1应大于扩径压头4的一级锥面小径d3，小于扩径压头4的一级锥面大径d4。

导向套2的结构如图7和图8所示，导向套2安装在防护壳体6的上端，同防护壳体6一起对吸能装置进行封装，导向套2中间通孔与立柱1外径间隙配合。

如图9-16所示，本发明的复合型防冲吸能装置的工作过程如下：

正常情况下，立柱1受静载。当巷道围岩压力缓慢增大时，立柱1所受的静载随之增加，当立柱内液体压力达到工作阻力时，安装于立柱1上的安全阀开启卸压，此工况下立柱1作用于复合型吸能装置的力未达到启动变形承载力，复合型吸能装置不发生变形吸能，此时能量主要由安装于立柱1上的安全阀开启。复合型吸能装置未发生形变的状态如图1所示。

当冲击地压发生时，立柱1受较大冲击载荷，立柱1上的安全阀卸压速度小于立柱1的增压速度，导致立柱1内液体的压力急剧增加，导致吸能装置承受的力也随之增大。当吸能装置所受力达到扩径吸能器5变形启动力时，吸能装置让位变形吸收能量。吸能装置让位变形的时间为安全阀开启提供缓冲时间，若安全阀打开后立柱增压速度仍大于安全阀卸压速度，吸能装置让位变形阻止了立柱1内液体压力的升高，保护立柱1不被破坏。吸能装置工作过程具有变形阻力，即在吸能装置让位变形过程中，支架对巷道围岩体仍具有支护作用，因此吸能装置让位变形对于支架属于让压保护。复合型吸能装置中的预折纹吸能器3变形的峰值载荷比扩径吸能器5发生扩径时的载荷大，所以在冲击载荷作用下扩径压头4首先开始向下运动，由扩径压头4与扩径吸能器5组成的扩径吸能器首先启动扩径吸能，工作过程如图9和图10所示。

若外界冲击载荷压力继续增加，扩径压头4继续下行，扩径吸能器5逐级扩径吸能，逐级扩径时装置状态如图11和图12所示。随着压头的下行，扩径吸能器5被逐渐扩径，当扩径压头4下端面运动到防护壳体6底部时，扩径吸能器5扩径吸能结束。扩径让位吸能为一次让压保护，此时吸能装置状态如图13和图14所示。

一次让压保护后，若立柱1所受压力继续升高，将启动二次吸能让压保护，即压力达到预折纹吸能器3的变形压力时，扩径压头4内部的预折纹吸能器3在立柱1的作用下开始发生塑性变形，进行吸能让位。当预折纹吸能器3被完全压溃，吸能结束，此时吸能装置状态如图15和图16所示。

本发明的复合型防冲吸能装置通过两次让压保护使其吸收的能量提高，让位行程增加，行程利用率高，吸收能量多，结构紧凑。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。