基于离散元法的掘进机截割头截割性能研究

发布时间：2017-08-12 03:25

  本文关键词：基于离散元法的掘进机截割头截割性能研究

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【摘要】：掘进机是一种综合类掘进设备,在煤炭开采中占有重要地位。作为掘进机核心零部件之一,截割头工作环境复杂,且煤岩分布不均导致截齿受力具有很大的随机性。目前,国内掘进机配套的截割头主要依赖于进口,在使用过程中截割效率低、截齿消耗量大,无法满足正常截割要求,并且存在采购成本昂贵、维修服务困难、无自主知识产权等问题,严重制约了我国掘进机整机产品的发展和利润空间。开展掘进机截齿截割煤岩机理研究,分析截齿设计参数对载荷特性的影响,将为我国打破国外公司技术垄断,实现掘进机整机产品国产化、系列化和工程推广提供支持。本文以某公司EBZ200悬臂式纵轴掘进机截割头为研究对象,利用离散元法建立截齿截割过程仿真模型,分析参数对截齿截割特性的影响,为截齿设计和安装寻求理论依据。探讨了掘进机截割头的设计与评价参数,分析了煤岩的摩擦系数、强度和坚固系数三个主要性质,对掘进机截割头截齿的截割功能角和安装工艺角两个安装角度进行了说明,并对两者之间的转换关系进行了讨论,分析了截割头的截割性能评价指标,即截齿受力、载荷变差系数和截割比能耗。利用混凝土制作了煤岩的近似物理模型并对其进行了取芯,通过单轴压缩实验得到了取芯试样的力与位移关系曲线,并将压缩过程分为弹性与脆性两个变化阶段。建立了取芯试样单轴压缩离散元模型,通过不断调整仿真参数得到了与实验基本一致的结果,为截齿截割过程仿真中煤岩物性参数的正确选取提供了依据。建立了掘进机截齿截割过程的三维离散元仿真模型,采用Pro/E对截齿和煤岩进行几何建模,利用Gambit对三维模型进行网格划分,通过Fluent确定颗粒的中心位置和半径,应用EDEM进行颗粒沉积和截齿截割过程的仿真计算。通过曲线和图表对掘进机截割过程离散元仿真结果进行了研究,分析了截齿切削角、旋转角和半锥角三个角度对截齿受力、载荷变差系数及截割比能耗三个截割性能评价指标的影响,为正确选择截割头截齿设计参数提供了依据。
【关键词】：离散元法 掘进机 截齿 煤岩 截割比能耗
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD421.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的提出及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 掘进机国内外发展趋势和研究现状11-12
• 1.2.2 截齿截割性能国内外研究现状12-14
• 1.2.3 离散元法及其应用国内外研究现状14-16
• 1.3 主要研究内容和技术路线16-18
• 第2章 掘进机截割头设计与评价参数研究18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 煤岩性质18-20
• 2.2.1 煤岩的摩擦系数18-19
• 2.2.2 煤岩的强度19
• 2.2.3 煤岩的坚固系数19-20
• 2.3 安装角度的定义及转换20-24
• 2.3.1 截割功能角20-21
• 2.3.2 安装工艺角21-22
• 2.3.3 截割功能角与安装工艺角之间的关系22-24
• 2.4 截齿截割性能评价指标24-27
• 2.4.1 截齿受力24-26
• 2.4.2 载荷变差系数26-27
• 2.4.3 截割比能耗27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 煤岩物理性质实验29-35
• 3.1 引言29
• 3.2 煤岩试样的压缩实验29-32
• 3.2.1 制取煤岩试样29-30
• 3.2.2 单轴压缩实验30-31
• 3.2.3 实验结果处理31-32
• 3.3 压缩实验离散元仿真32-33
• 3.3.1 离散元模型的建立32
• 3.3.2 仿真结果分析32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 掘进机截割过程三维离散元仿真模型的建立35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 几何模型的建立35-36
• 4.3 离散元仿真模型的建立36-39
• 4.3.1 Gambit网格划分36-37
• 4.3.2 Fluent颗粒计算37
• 4.3.3 EDEM沉积计算37-39
• 4.3.4 截割过程参数设置39
• 4.4 本章小结39-41
• 第5章 掘进机截割过程三维离散元仿真结果分析41-61
• 5.1 引言41
• 5.2 切削角对截割性能的影响41-47
• 5.2.1 球冠段截齿切削角对截割性能的影响41-43
• 5.2.2 圆锥段截齿切削角对截割性能的影响43-45
• 5.2.3 圆柱段截齿切削角对截割性能的影响45-47
• 5.3 旋转角对截割性能的影响47-54
• 5.3.1 球冠段截齿旋转角对截割性能的影响48-50
• 5.3.2 圆锥段截齿旋转角对截割性能的影响50-52
• 5.3.3 圆柱段截齿旋转角对截割性能的影响52-54
• 5.4 半锥角对截割性能的影响54-60
• 5.4.1 球冠段截齿半锥角对截割性能的影响54-56
• 5.4.2 圆锥段截齿半锥角对截割性能的影响56-58
• 5.4.3 圆柱段截齿半锥角对截割性能的影响58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果67-68
• 致谢68

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本文编号：659553