本發(fā)明屬于煤礦安全支護，特別是涉及一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置。
背景技術(shù)：
1、沖擊地壓是煤礦中的主要動力災(zāi)害，也是世界性的采礦難題?，F(xiàn)階段，沖擊地壓主要發(fā)生在巷道中，因此有效的巷道支護體系的抗沖擊設(shè)計，已經(jīng)成為沖擊地壓礦井面臨的最亟待解決的問題。
2、為了提高巷道支護的抗沖和防沖能力，許多礦井會采用高強度的巷道液壓支架來加強巷道的支護，從而使巷道沖擊破壞事件明顯減少，尤其是當巷道液壓支架中配裝了吸能裝置后，在沖擊地壓發(fā)生時，吸能裝置發(fā)揮了良好的吸能讓位作用，防沖效果更加明顯。
3、由于巷道液壓支架通常由液壓立柱的流量閥泄壓來調(diào)控自身壓力，以實現(xiàn)自我保護，但讓壓速度會受到一定限制，只有在圍巖準靜態(tài)加載或較小震動沖擊情況下，流量閥的排液泄壓速度才可以滿足要求，一旦遇到?jīng)_擊能量較大的沖擊地壓時，流量閥會被瞬間的高壓沖壞，導(dǎo)致流量閥無法通過泄壓來調(diào)控自身壓力，嚴重時可造成液壓立柱的爆缸或彎折，進而導(dǎo)致液壓支架整體的傾倒與損壞。
4、因此，當吸能裝置與巷道液壓支架進行配合使用后，可以通過吸能裝置來彌補液壓立柱的流量閥泄壓速度慢的缺陷，進而大幅度提高液壓支架及巷道支護體系的安全系數(shù)。
5、目前，巷道液壓支架廣泛采用的吸能裝置通?；陬A(yù)折痕吸能構(gòu)件進行設(shè)計，在沖擊地壓發(fā)生時，預(yù)折痕吸能構(gòu)件會按照預(yù)設(shè)的折痕進行變形吸能。雖然預(yù)折痕吸能構(gòu)件具有吸能率高、空間利用率高等優(yōu)勢，但因其承載邊界為四邊形，很容易受到邊界約束的干擾，進而使其在屈曲過程中易出現(xiàn)異常變形，最終造成實際吸能效果達不到或遠離設(shè)計目標。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，采用創(chuàng)新設(shè)計的直紋管式吸能構(gòu)件，與傳統(tǒng)的預(yù)折痕吸能構(gòu)件相比，通過直紋管式吸能構(gòu)件的擴張翻轉(zhuǎn)進行變形吸能，規(guī)避了邊界約束的干擾，大幅度提高了吸能構(gòu)件的抗彎剛度，通過吸能圓管的自身壓縮變形吸能與直紋管式吸能構(gòu)件的翻轉(zhuǎn)吸能的共同作用實現(xiàn)對變形阻力的調(diào)控，在軸向沖擊壓縮下，能夠有效避免吸能構(gòu)件發(fā)生擴張屈曲堆疊失穩(wěn)的異常變形，可靠的保證了吸能構(gòu)件的實際吸能效果符合設(shè)計目標。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，包括圓錐形翻轉(zhuǎn)臺、直紋管式吸能構(gòu)件、圓形頂板及吸能圓管；所述直紋管式吸能構(gòu)件豎直設(shè)置；所述圓形頂板水平固定設(shè)置在直紋管式吸能構(gòu)件頂端，圓形頂板與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布；所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺位于直紋管式吸能構(gòu)件正下方，圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的小徑端向上插入直紋管式吸能構(gòu)件的下端管口內(nèi)，圓錐形翻轉(zhuǎn)臺與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布；所述吸能圓管位于直紋管式吸能構(gòu)件內(nèi)部，吸能圓管的頂端與圓形頂板下表面固定連接，吸能圓管與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布，且吸能圓管的軸向長度小于直紋管式吸能構(gòu)件的軸向長度。
3、在所述吸能圓管與直紋管式吸能構(gòu)件之間的環(huán)向空間內(nèi)設(shè)置有花朵形支撐板，花朵形支撐板的外輪廓形狀和尺寸與直紋管式吸能構(gòu)件的內(nèi)表面輪廓形狀和尺寸相同，花朵形支撐板的中心孔直徑與吸能圓管的直徑相等；所述花朵形支撐板數(shù)量若干，若干花朵形支撐板沿軸向間隔分布。
4、在所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的小徑端上表面中心處設(shè)置有吸能圓管限位凹槽，在吸能圓管限位凹槽的中心處設(shè)置有螺紋孔，在螺紋孔內(nèi)安裝有吊耳螺栓；在所述圓形頂板的中心處開設(shè)有圓形通孔。
5、在所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的大徑端周向設(shè)置有直紋管翻轉(zhuǎn)擋沿，直紋管翻轉(zhuǎn)擋沿的上表面與圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的側(cè)圓錐面的銜接處設(shè)有第一圓倒角。
6、在所述直紋管式吸能構(gòu)件下端管口處的環(huán)形底面與內(nèi)側(cè)立面的銜接處設(shè)有第二圓倒角。
7、所述直紋管式吸能構(gòu)件的截面形狀為花朵形，包括花瓣凸肋和花瓣凹肋，所述花瓣凸肋與花瓣凹肋沿圓周方向均勻交替分布。
8、所述直紋管式吸能構(gòu)件的花瓣凸肋和花瓣凹肋的數(shù)量相等且均記為m，則花瓣凸肋和花瓣凹肋的總數(shù)記為2m，將相鄰的花瓣凸肋與花瓣凹肋之間的夾角記為γ，則要求滿足γ＝π/m。
9、所述花瓣凸肋和花瓣凹肋的截面形狀均為圓弧形，花瓣凸肋的內(nèi)圓弧與花瓣凹肋的外圓弧相切，花瓣凸肋的外圓弧與花瓣凹肋的內(nèi)圓弧相切。
10、將所述直紋管式吸能構(gòu)件的中心點記為o1，將花瓣凸肋的截面圓心點記為o2，將花瓣凹肋的截面圓心點記為o3，將中心點o1與圓心點o2的連線距離記為r1，將花瓣凸肋的內(nèi)圓弧半徑記為r2，將花瓣凹肋的內(nèi)切圓半徑記為r3，將中心點o1與圓心點o3的連線距離記為r4，將花瓣凸肋的外切圓半徑記為r5，將直紋管式吸能構(gòu)件的壁厚設(shè)為t，將花瓣凸肋的內(nèi)圓弧半包角記為θ，將花瓣凸肋的中線圓弧長度記為lt，將花瓣凹肋的中線圓弧長度記為la，將直紋管式吸能構(gòu)件的波紋中線總長度記為lz，則要求滿足以下關(guān)系：
11、r4＝r2+r3；
12、(2r2)2＝r42+r12-2cos(γ)·r4·r1；
13、
14、0﹤t﹤r2；
15、r5＝r1+r2+t；
16、
17、lz＝m(lt+la)＝4θr2m-2πr2+πt。
18、所述直紋管式吸能構(gòu)件的加工方法，包括如下步驟：
19、步驟一：制作加工設(shè)備，加工設(shè)備包括反力框架、芯模、壓頭及液壓缸；反力框架采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，液壓缸沿圓周方向均勻布設(shè)在反力框架上，每個液壓缸的活塞桿端部均固定安裝有壓頭，芯模固定設(shè)置在反力框架內(nèi)側(cè)中心處，所有液壓缸的中軸線交匯于芯模的中心處；
20、步驟二：制作直紋管式吸能構(gòu)件的坯料，首先裁剪一張矩形板材，矩形板材的厚度按照直紋管式吸能構(gòu)件的壁厚t進行選擇，矩形板材的長度尺寸按照直紋管式吸能構(gòu)件的波紋中線總長度lz進行裁剪，然后將裁剪好的矩形板材送入滾圓機中進行滾圓處理，直至形成圓筒形坯料，隨后對圓筒形坯料的接縫進行焊接固定；
21、步驟三：將圓筒形坯料套裝在芯模外側(cè)，然后同步啟動圓周方向的所有液壓缸，在液壓缸施加的壓制力作用下，使圓周方向上的壓頭同步靠向芯模，直到圓筒形坯料的截面形狀變?yōu)榛ǘ湫危?/p>
22、步驟四：將制作好的直紋管式吸能構(gòu)件從加工設(shè)備中取出，然后對直紋管式吸能構(gòu)件坯料的邊界進行修磨，同時完成直紋管式吸能構(gòu)件下端管口處的環(huán)形底面與內(nèi)側(cè)立面的銜接處第二圓倒角的修磨。
23、本發(fā)明的有益效果：
24、本發(fā)明的波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，采用創(chuàng)新設(shè)計的直紋管式吸能構(gòu)件，與傳統(tǒng)的預(yù)折痕吸能構(gòu)件相比，通過直紋管式吸能構(gòu)件的擴張翻轉(zhuǎn)進行變形吸能，規(guī)避了邊界約束的干擾，大幅度提高了吸能構(gòu)件的抗彎剛度，通過吸能圓管的自身壓縮變形吸能與直紋管式吸能構(gòu)件的翻轉(zhuǎn)吸能的共同作用實現(xiàn)對變形阻力的調(diào)控，在軸向沖擊壓縮下，能夠有效避免吸能構(gòu)件發(fā)生擴張屈曲堆疊失穩(wěn)的異常變形，可靠的保證了吸能構(gòu)件的實際吸能效果符合設(shè)計目標。
1.一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：包括圓錐形翻轉(zhuǎn)臺、直紋管式吸能構(gòu)件、圓形頂板及吸能圓管；所述直紋管式吸能構(gòu)件豎直設(shè)置；所述圓形頂板水平固定設(shè)置在直紋管式吸能構(gòu)件頂端，圓形頂板與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布；所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺位于直紋管式吸能構(gòu)件正下方，圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的小徑端向上插入直紋管式吸能構(gòu)件的下端管口內(nèi)，圓錐形翻轉(zhuǎn)臺與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布；所述吸能圓管位于直紋管式吸能構(gòu)件內(nèi)部，吸能圓管的頂端與圓形頂板下表面固定連接，吸能圓管與直紋管式吸能構(gòu)件同軸分布，且吸能圓管的軸向長度小于直紋管式吸能構(gòu)件的軸向長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：在所述吸能圓管與直紋管式吸能構(gòu)件之間的環(huán)向空間內(nèi)設(shè)置有花朵形支撐板，花朵形支撐板的外輪廓形狀和尺寸與直紋管式吸能構(gòu)件的內(nèi)表面輪廓形狀和尺寸相同，花朵形支撐板的中心孔直徑與吸能圓管的直徑相等；所述花朵形支撐板數(shù)量若干，若干花朵形支撐板沿軸向間隔分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：在所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的小徑端上表面中心處設(shè)置有吸能圓管限位凹槽，在吸能圓管限位凹槽的中心處設(shè)置有螺紋孔，在螺紋孔內(nèi)安裝有吊耳螺栓；在所述圓形頂板的中心處開設(shè)有圓形通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：在所述圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的大徑端周向設(shè)置有直紋管翻轉(zhuǎn)擋沿，直紋管翻轉(zhuǎn)擋沿的上表面與圓錐形翻轉(zhuǎn)臺的側(cè)圓錐面的銜接處設(shè)有第一圓倒角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：在所述直紋管式吸能構(gòu)件下端管口處的環(huán)形底面與內(nèi)側(cè)立面的銜接處設(shè)有第二圓倒角。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：所述直紋管式吸能構(gòu)件的截面形狀為花朵形，包括花瓣凸肋和花瓣凹肋，所述花瓣凸肋與花瓣凹肋沿圓周方向均勻交替分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：所述直紋管式吸能構(gòu)件的花瓣凸肋和花瓣凹肋的數(shù)量相等且均記為m，則花瓣凸肋和花瓣凹肋的總數(shù)記為2m，將相鄰的花瓣凸肋與花瓣凹肋之間的夾角記為γ，則要求滿足γ＝π/m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：所述花瓣凸肋和花瓣凹肋的截面形狀均為圓弧形，花瓣凸肋的內(nèi)圓弧與花瓣凹肋的外圓弧相切，花瓣凸肋的外圓弧與花瓣凹肋的內(nèi)圓弧相切。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：將所述直紋管式吸能構(gòu)件的中心點記為o1，將花瓣凸肋的截面圓心點記為o2，將花瓣凹肋的截面圓心點記為o3，將中心點o1與圓心點o2的連線距離記為r1，將花瓣凸肋的內(nèi)圓弧半徑記為r2，將花瓣凹肋的內(nèi)切圓半徑記為r3，將中心點o1與圓心點o3的連線距離記為r4，將花瓣凸肋的外切圓半徑記為r5，將直紋管式吸能構(gòu)件的壁厚設(shè)為t，將花瓣凸肋的內(nèi)圓弧半包角記為θ，將花瓣凸肋的中線圓弧長度記為lt，將花瓣凹肋的中線圓弧長度記為la，將直紋管式吸能構(gòu)件的波紋中線總長度記為lz，則要求滿足以下關(guān)系：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種波紋環(huán)形截面筒外翻吸能裝置，其特征在于：所述直紋管式吸能構(gòu)件的加工方法，包括如下步驟：