碟盘刀具振动切削煤岩载荷的理论模型与模拟试验

发布时间：2020-05-16 19:50

【摘要】：目前对于全岩巷道的掘进尤其面对坚硬煤岩时,依靠现在的设备及破碎方法显得截割能力以及破碎效率不能完全应对,为解决上述问题,对一种碟盘刀具在不同工况下进行破碎煤岩载荷特性的分析,分别从理论建模、数值模拟以及切削试验进行研究。根据碟盘刀具的结构特点,将刀具分为碟盘刀刃和楔面两部分,利用积分和等效集中力原理分别给出了刀具在不同运动状态下刀刃和楔面破碎煤岩的的作用力模型,并根据最小能量原则给出了刀具楔面破碎煤岩时的破坏准则,最后根据矢量叠加原理给出碟盘刀具在径向单作用和轴向振动与径向切削复合作用下破碎煤岩的径向和轴载荷的理论计算模型。利用ABAQUS有限元以D-P为煤岩本构模型,进行了碟盘刀具边缘刀齿和边缘光滑以及有轴向振动和无轴向振动的数值模拟,分别得出在不同切削厚度及楔面角度下的载荷谱,利用小波能量熵和分形比例系数分别对得出的载荷谱进行计算对比分析;为探究运动参数对刀具破碎煤岩的影响,采用单因素控制变量法分别研究了振动幅值、振动频率及径向速度与碟盘刀具载荷变化规律的关系。将数值模拟载荷值与理论计算值进行对比分析,两者变化规律具有一致性。利用碟盘刀具的单刀齿进行切削煤岩试验,对试验载荷谱进行统计可知试验与数值模拟、理论计算具有相同的变化规律,并且根据不同位置刀齿切削煤岩的试验数据推算出整个碟盘刀具的试验载荷,与理论计算相比具有较好的吻合度,由激振箱截割系统所得径向载荷与理论模型相比也具有较好的吻合度。对于坚硬煤岩的采掘,本文通过理论、数值模拟和试验进行了碟盘刀具破碎煤岩的研究,研究结果为后续工作机构的设计以及工程实际的应用奠定了基础。
【图文】：

作用力学模型械破碎煤岩所使用的截割机构主要有镐型截齿些刀具也呈现出不同的失效程度，为解决此类问碎煤岩的性能研究，计算碟盘刀具破碎煤岩载荷，对碟盘刀具破碎煤岩时的破坏准则进行分析、建立刀具破碎煤岩的力学模型奠定基础。的碟盘刀具为破碎煤岩采掘机械的新型刀具其结构示意如=150 mm，刀刃圆弧 r=3 mm。刀具的主要破碎与轴向振动的复合运动两种形式，分析这两种工，从刀具的结构形状可以看出，刀具破碎煤岩时刃部分，二是碟盘楔面部分，本章重点研究刀刃2和 T3分别表示刀刃向下振动、向上振动和径向

斯特洛乌什柯[70]认为球形压头破碎煤岩时，形成密实核阶段的主压力剪切体成体状，当刀具施加载荷持续增大时，形成的剪切体最终形成破碎坑，并且破碎顶角是密实核锥体顶角的两倍关系如图 2-2（a）中θ=2γ，据此文献[44]对碟盘具的单牙齿刀尖进行了受力分析，本文以此为基础建立碟盘刀刃的破岩力学模，刀刃破碎坑沿碟盘周向成锥形槽分布，按照达到密实核剪切体建立力学模型，，刀具破碎煤岩时受力状态沿刀具边缘圆周分布是不均匀的，因此在分析碟盘刀边缘刀刃力学特性时沿圆周方向取微元。刀刃力学模型如图 2-2 所示。（a）碟盘向下振动 （b）刀刃剪切面积微元
【学位授予单位】：黑龙江科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD421.54

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本文编号：2667225