截割头截齿叶序分布离散元仿真研究
本文关键词: 截齿分布 仿生设计 叶序理论 离散元 数值模拟 出处:《沈阳理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:截齿在截割头表面呈螺旋线分布,截齿的分布方式和截齿的安装姿态直接影响了截割效果,因此截齿在截割头上的分布方式是掘进机设计的关键问题之一。本研究首次基于植物叶序理论对截齿分布进行仿生设计,为截齿的分布方式提供了新的设计思路。本文以纵轴式掘进机为研究对象,在现有截割头结构设计的研究基础上,基于植物的叶序理论对截齿分布进行仿生设计,利用三维离散元软件数值模拟截割头破岩过程,通过对截割头的受力情况进行分析,验证截齿分布仿生设计的可行性。首先,系统的研究了掘进机的截割机理,分析运动参数对截割过程的影响;建立了截割过程中单个截齿和截割头整体的力学模型,根据经验公式,进一步分析截齿和截割头的受力情况,并提出通过均匀分布截齿来改善截割头的受力情况。其次,通过深入研究了截割头外形结构的设计原则,针对确定截齿安装姿态的截割功能角进行了相关研究,为截割头三维模型的建立做好铺垫。然后,通过观察发现植物叶片的生长轨迹与截齿的分布规律相似,进一步研究植物叶序理论发现:植物叶片在数量上遵循一定的生长规律,在角度上均匀分布。在均匀布齿的设计思路和现有截齿分布设计参数的基础上,利用Pro/E建立了截齿分布仿生设计的截割头三维模型。最后,基于离散元法,利用三维离散元软件EDEM,数值模拟截割头的破岩过程,以截割载荷为量化指标,分析截齿分布方式对截割头受力情况的影响。研究表明:综合对比两种截齿分布方式的截割头在不同截割过程中的受力情况得出,基于叶序理论对截齿分布进行仿生设计后,截割头在破岩时的受力情况得到了改善,初步验证了截齿分布仿生设计方案合理可行。
[Abstract]:The profile of the cutter is helical on the surface of the cutting head, and the distribution of the cutter and the installation attitude of the cutter have a direct impact on the cutting effect. Therefore, the distribution of cutting teeth on the cutting head is one of the key problems in the design of the roadheader. This study is based on the theory of plant leaf sequence for the first time to carry out the bionic design of the cutter distribution. This paper takes the longitudinal roadheader as the research object, on the basis of the existing research on the structure design of the cutting head. Based on the leaf sequence theory of plants, the distribution of cutting teeth is bionic designed, and the rock breaking process of cutting head is simulated by using three-dimensional discrete element software, and the stress of cutting head is analyzed. To verify the feasibility of the bionic design of cutting gear distribution. Firstly, the cutting mechanism of roadheader is studied systematically, and the influence of motion parameters on cutting process is analyzed. The mechanical model of single cutter and cutting head is established. According to the empirical formula, the force of the cutter and cutting head is further analyzed. And the uniform distribution of teeth to improve the force situation of the cutting head. Secondly, through in-depth study of the design principle of the shape and structure of the cutting head, aiming at determining the cutting angle of the gear cutting installation attitude, the relevant research is carried out. It was found that the growth track of plant leaves was similar to the distribution law of cutting teeth by observing the three dimensional model of cutting head. Further study on the theory of plant leaf sequence shows that the number of plant leaves follows a certain growth law and uniform distribution in angle, on the basis of the design idea of uniform distribution of teeth and the existing design parameters of cutter distribution. Finally, based on the discrete element method, the 3D discrete element software EDEM is used to simulate the rock breaking process of the cutting head. Taking cutting load as quantitative index, this paper analyzes the influence of cutting gear distribution mode on the force of cutting head. The research shows that the force situation of cutting head with two cutting distribution modes in different cutting process is compared synthetically. After the bionic design of the cutter distribution based on the leaf sequence theory, the force condition of the cutting head during the rock breaking has been improved, and the reasonable and feasible bionic design scheme of the cut tooth distribution has been preliminarily verified.
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD421.5
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,本文编号:1492785
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