镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

发布时间：2019-08-24 09:41

【摘要】：为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。
【图文】：

模型图,煤岩,模型,镐型截齿

理想状态，即镐型截齿齿尖垂直切入煤岩，当煤岩的拉应力达到张力强度时，在刀具与煤岩的接触面发生断裂破坏，在一定条件下这种破坏进行延伸，使煤岩形成一个近似V形的剥落部分，如图1所示，其中，α为镐型截齿半锥角;a为截齿齿尖在煤岩上的圆孔半径;h为镐型截齿的截割厚度;vj为镐型截齿进给速度;W为截齿半径方向的爆破力;φ为断裂面与煤岩自由表面法平面的夹角;截割力Z的计算公式如式(1)所示。Z=16πσ2th2cos2ασy(1)式中，σt为煤岩体的张应力，MPa;σy为煤岩抗压强度，MPa。图1Evans煤岩截割模型Fig.1CoalcuttingmodelofEvans该模型建立在直线截割的基础上，且镐型截齿轴线与运动方向相同，即截割角为0°，与实际作业中镐型截齿截割煤岩非0°的截割角有较大差别。1.2镐型截齿旋转截割力模型镐型截齿在实际截割煤岩过程中，形成旋转截割工况，如图2所示，截齿轴线与齿尖处截割轨迹切线的夹角为截割角β，图中α，h同图1。截齿与煤岩体的接触表面，垂直运动轨迹切线的齿尖截面DE为椭圆形，为方便分析，将DE截面等效成圆，则等效截圆半径a0为a0=a1+a22(2)图2镐型截齿旋转截割力模型Fig.2Rotarycuttingmodelofconicalpick由相对位置关系，得到椭圆半轴长:a1=a/cosβ，a2=a(1－tanβtanα)，则a0=a［cosα+cos(β+α)］2cosαcosβ(3)又由Evans模型中利用微分原理，求得作用在圆锥形表面总的水平压力Z'［1］为Z'=∫dZ=2σthcosα∫2π0dφ∫a00dr=4πa0σthcosα(4)1326

模型图,镐型截齿,截割力,模型

vj为镐型截齿进给速度;W为截齿半径方向的爆破力;φ为断裂面与煤岩自由表面法平面的夹角;截割力Z的计算公式如式(1)所示。Z=16πσ2th2cos2ασy(1)式中，σt为煤岩体的张应力，，MPa;σy为煤岩抗压强度，MPa。图1Evans煤岩截割模型Fig.1CoalcuttingmodelofEvans该模型建立在直线截割的基础上，且镐型截齿轴线与运动方向相同，即截割角为0°，与实际作业中镐型截齿截割煤岩非0°的截割角有较大差别。1.2镐型截齿旋转截割力模型镐型截齿在实际截割煤岩过程中，形成旋转截割工况，如图2所示，截齿轴线与齿尖处截割轨迹切线的夹角为截割角β，图中α，h同图1。截齿与煤岩体的接触表面，垂直运动轨迹切线的齿尖截面DE为椭圆形，为方便分析，将DE截面等效成圆，则等效截圆半径a0为a0=a1+a22(2)图2镐型截齿旋转截割力模型Fig.2Rotarycuttingmodelofconicalpick由相对位置关系，得到椭圆半轴长:a1=a/cosβ，a2=a(1－tanβtanα)，则a0=a［cosα+cos(β+α)］2cosαcosβ(3)又由Evans模型中利用微分原理，求得作用在圆锥形表面总的水平压力Z'［1］为Z'=∫dZ=2σthcosα∫2π0dφ∫a00dr=4πa0σthcosα(4)1326
【作者单位】：山东科技大学机械电子工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51375282) 山东省高等学校科技计划资助项目(YB06)
【分类号】：TD231.1;TD421

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