一种直纹管扩径式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，尤其涉及一种直纹管扩径式吸能装置。

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锚杆锚索的冲击具有快速性，若冲击地压来压过快，固定在煤岩体内的锚杆被拉伸变形，但不同锚杆只能通过杆体发生塑性变形吸收能量，吸收能量小，易发生断裂破坏，从而使锚索网支护装置破坏失效，导致巷道垮塌，造成重大事故，因此锚杆的抗冲击性能的提高亟待解决。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，可以通过吸能构件变形与锚杆协调变形增加锚杆的吸能量，保护巷道及其支护结构的完整性。吸能构件是吸能装置实现防冲吸能功能的关键元件，其性能直接关系到整个吸能装置的吸能效果。矿业领域应用在锚杆锚索支护的吸能构件主要有圆管式的扩径吸能构件，虽然可以保证变形过程中具有恒定的阻力，但吸能构件径向塑性变形幅度较小，因此变形吸收的能量相对较少。

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直纹管扩径式吸能装置，其工作阻力恒定、吸能效果好、行程利用率高，利用直纹管的波纹展开和扩径变形来吸收耗散冲击能量，进而提高锚杆锚索的抗冲击性能。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种直纹管扩径式吸能装置，包括锚杆和与所述锚杆垂直设置的锚杆垫板，所述锚杆的受压端和锚杆垫板之间设有吸能构件；

所述吸能构件包括与所述锚杆垫板接触并套接在所述锚杆上的压头、套装于所述锚杆受压端的扩径凸模、以及位于所述压头和扩径凸模之间可发生扩径吸能的直纹管；

在锚杆受较大冲击载荷时，所述直纹管在扩径凸模的压力作用下通过直纹管的波纹展开和扩径变形吸收耗散能量，将冲击能转化成扩径塑性变形能。

进一步的，所述直纹管是壁面为波纹形状的薄壁直管。

进一步的，所述扩径凸模具有与所述直纹管的内圈相配合的第一凸台、直径大于所述直纹管的外径的圆形底座、连接在所述第一凸台和圆形底座之间的锥面体；

所述锥面体的小径端的直径与所述第一凸台的直径相等，所述锥面体的大径端的直径与所述圆形底座的直径相等。

可选的，所述直纹管的一端套装在所述扩径凸模的第一凸台上，所述直纹管的内圈与所述扩径凸模的第一凸台的外圆面相配合。

可选的，所述压头为带有第二凸台的圆盘，所述压头压在所述直纹管远离所述扩径凸模的一端，所述压头的第二凸台的外径与所述直纹管的内圈的直径相等。

进一步的，所述扩径凸模远离所述直纹管的一端设有固定在所述锚杆的受压端的锁紧螺母。

优选的，所述锚杆垫板的中部开有同所述锚杆相配合的导向孔，用于保证锚杆垫板始终沿着锚杆的轴线方向运动，所述锚杆垫板压在所述压头远离所述直纹管的端面上。所述压头的中部设有供所述锚杆穿过的通孔。

由上，本发明的直纹管扩径式吸能构件利用直纹管波纹的周向变形增大吸能构件的内径，增大吸能构件的径向塑性变形幅度，进而向外扩径塑性变形来吸收耗散更多的冲击能。直纹管的扩径变形分为两步，首先在扩径凸模的引导下直纹管的波纹展开时可以吸收耗散能量，之后直纹管完全展开继续扩径吸收耗散更多的冲击能量，进而提高锚杆锚索的抗冲击性能，其具有工作阻力恒定，变形模式稳定，吸收耗散能力量多，占用空间小等特点。

本发明的直纹管扩径式吸能装置至少具有如下效果：

1、本发明的直纹管扩径式吸能构件具有恒定的工作阻力，扩径变形阻力与位移曲线近似为矩形，能够达到理想的吸能效果。

2、本发明的辅助直纹管扩径变形的扩径凸模与压头的高度较低，直纹管扩径变形的行程利用率高。

3、本发明的直纹管扩径变形后，直纹管的波纹展开，形成更大的扩径变形，结构紧凑，占用空间小，吸能更多。

4、本发明的直纹管扩径变形具有稳定可重复性，吸能装置工作可靠。

5、本发明的直纹管为薄壁直管，质量轻，比吸能大(吸收的能量与吸能装置比值大)。

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为本发明的直纹管扩径式吸能装置的结构示意图；

图2为本发明的直纹管的结构示意图；

图3为图2中的b-b剖视图；

图4为本发明的扩径凸模的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明的压头的结构示意图；

图7为本发明的直纹管扩径式吸能装置的让位变形状态示意图；

图8为本发明的直纹管扩径式吸能装置的让位变形结束示意图；

图9为本发明的直纹管的扩径变形过程示意图。

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。

本发明的直纹管扩径式吸能装置的结构如图1至9所示，主要由锁紧螺母1、扩径凸模2、直纹管3、压头4、锚杆垫板5与锚杆6组成，其中，扩径凸模2套装于锚杆6的受压端，扩径凸模2的上端带有第一凸台，直纹管3安装在扩径凸模2的上端，直纹管3的内圈与扩径凸模2的第一凸台的外圆面相配合，扩径凸模2的第一凸台起到圆周定位的作用。压头4套接在锚杆6上，压头4为一定厚度的圆盘，圆盘的一端带有第二凸台，压头4压在直纹管3的上端，压头4的第二凸台的外径与直纹管3的内圈直径相等，同样压头4的第二凸台也起到定位作用，其结构如图1所示。

由压头4、直纹管3、扩径凸模2组成的吸能构件安装在锚杆6上，并由锚杆垫板5和锁紧螺母1封装为一整体组成防冲吸能装置。锚杆垫板5中部开有同锚杆6相配合的导向孔，保证锚杆垫板5始终沿着锚杆6的轴线方向运动，锚杆垫板5压在压头4的上端面上。

本发明的直纹管3的结构如图2和图3所示，直纹管3是壁面为波纹形状的薄壁直管，沿其轴向方向作出的与轴向垂直的截面的形状都完全相同，直纹管3的内圈的直径与扩径凸模2的第一凸台的外圆直径相等，稳定变形阶段的直纹管3如图9所示。

扩径凸模2的结构如图4和图5所示，扩径凸模2为带有一定锥面的凸模，扩径凸模2的锥面上方有一定高度的第一凸台，第一凸台的直径与直纹管内圈的直径相等，第一凸台能够起到定位直纹管的作用。扩径凸模2的圆形底座的直径大于所述直纹管3的外径。圆形底座与第一凸台之间为锥面体，锥面体的小径端的直径与第一凸台的直径相等，所述锥面体的大径端的直径与圆形底座的直径相等。

压头4的结构如图6所示，压头4为一定厚度的圆盘，与直纹管3接触的一端带有一定高度的第二凸台，第二凸台的直径与直纹管3的内圈直径相等，压头4的第二凸台也起到定位的作用。压头4的中部设有供锚杆6穿过的通孔。

下面，结合图1-图9和上述结构特征的描述，对本发明的直纹管扩径式吸能装置的工作原理进行简单描述：

正常情况下，锚杆6受静载，未达到吸能装置的变形阻力时，直纹管3不发生变形，如图1所示。

当巷道围岩压力缓慢增大时，锚杆6所受的静载随之增加，当锚杆6的拉力达到工作阻力时，此工况下安装在锚杆6上的锚杆垫板5作用于吸能装置的力达到扩径变形阻力，扩径凸模2沿着锚杆6的轴线方向向右移动，直纹管3套在扩径凸模2的一端在扩径凸模2的锥面的引导下开始扩径吸能。直纹管3的扩径吸能分为两部分：直纹管3初始变形时波纹展开同时吸收耗散能量；直纹管3的波纹完全展开后，随着扩径凸模2的继续压迫，直纹管3开始发生扩径变形，继续吸收能量。此时岩层释放的能量主要由安装于锚杆6上的吸能构件通过塑性变形进行能量耗散。直纹管3展开波纹发生扩径变形时吸能装置的状态，如图7所示。

当冲击地压发生时，锚杆6受较大冲击载荷，锚杆6所受的拉力急剧增加，吸能装置承受的压力也随之增大。当吸能装置所受力达到直纹管3扩径变形阻力时，直纹管3在扩径凸模2锥面的引导下展开波纹，再发生扩径变形，吸收耗散冲击能量，同时保持恒定的阻力，此时，锚杆6所受到的拉力保持恒定。当扩径凸模2运动到与上压头4的接触位置，直纹管3的扩径变形结束，如图8所示，通过直纹管3的波纹展开和发生扩径变形，可以将冲击能转化成扩径塑性变形能，从而达到锚杆6在受到冲击载荷时，通过吸能构件的变形吸能，显著增加变形过程中吸收的能量，达到提高锚杆6抗冲击性能的目的。

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。