掘进机截割头截割特性与载荷混沌性分析

发布时间：2020-07-30 00:27

【摘要】：本文基于截割头截割特性研究现状,系统分析了截齿破碎煤岩理论、国内外煤岩截割试验台发展与应用,对现有的截割试验台在设计与应用方面进行综述,分析其中的不足之处。采用理论分析、软件仿真和试验测试相结合的方案,对破煤(岩)机理、截割头截割试验、截割特性预测及截割系统动力学几方面展开研究。依据煤岩截割理论以及各种试验现象对镐形截齿破煤(岩)机理进行探讨。借助有限元软件LS-DYNA,按照试验条件参数,分析不同截齿几何参数、截齿间距、截割厚度、运动参数下截割头截割特性的表现;通过与截割理论及截割试验对比分析得知,仿真截割结果可以在一定程度上反应真实截割工况,为研究掘进机截割特性及相应参数的选择提供理论依据。为研究截割头截割煤岩时真实工况,结合系统设计中相似理论及煤岩截割理论,建立煤岩性质、截割头尺寸、截割载荷、运动参数的相似准则,研制了相似比为1/3的煤岩截割试验台。期间发明了一种旋转轴轴向力测量装置(ZL201610123719.3)。该装置解决了掘进机截割头旋转截割试验中的载荷测试问题,为研究截割头(也可延伸为其它旋转截割机构,如采煤机滚筒等)截割特性提供了有效的试验平台。在现有截割力预测公式基础上,提出一个新的掘进机截割特性预测模型。模型的可靠性通过得到试验数据与现有经验公式的验证。建立掘进机截割头动力学模型,以混沌理论为依据,探索截割头载荷动力学特性,把表面看似为随机的载荷波动认定为确定性动力学系统所具有的混沌现象,揭示截割载荷中所包含的内在规律。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD421.5
【图文】：

割机构 2-装载机构 3-刮板输送机 4-机架 5， 6-行走机构 7-电气系统 8 9-冷却系统 10-护板图 1-1 悬臂式纵轴掘进机结构图Fig.1-1 Structure of longitudinal cantilever roadheader截割部主要由截割电机、减速器、悬臂、截割头组成[3]。其中，截割头煤岩截割，消耗大部分截割功率。截割头截割特性对掘进机的生产效率煤岩块度、工矿区粉尘污染、整机可靠性都起到直接作用，各国学者在割特性研究方面做了大量建设性工作，为掘进机的设计与生产提供很好撑。当前世界范围内已经超过 5000 台悬臂式掘进机在巷道施工中得到应用煤国中采准巷道总长的 40%~50%已经使用悬臂式掘进机施工完成[4]。式掘进机技术得到了快速发展, 现在可以自主设计制造从轻型到重型、到纵轴式掘进机，技术人员积累非常多的实用技术而且还把一些创新的

太原理工大学博士学位论文ninni F kA U M kI n别为平行黏结的法向与切向刚度， A为平切向位移，ni U两颗粒中心距离压缩量，间相对转角。行黏结上的法向应力 和切向应力 可按 RIMMAFFnini AFFsisi

图 2-2 截割破煤（岩）机理图Fig.2-2 Cutting coal (rock) mechanism diagram割破碎机理图（见图 2-2）。当截齿侵入煤岩后，随着煤大导致煤岩裂纹产生，形成初始压碎区（图 2-5 中 a 区始压碎区中小颗粒在极大压力作用下慢慢聚集，成球截齿载荷不断增加，密实核内部逐渐储存能，当能量积岩的单抗强度后，周边将会产生细小裂纹，随后裂纹会煤岩体慢慢崩落开来。C 为裂纹延伸终点，ABC 为主裂前运动又开始新的循环过程。截割头结构特征及运动参数截割特性的优劣取决于截割头截割结构特征与运动参数以及截齿类型、截齿布置、截割头几何参数、截线距、

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本文编号：2774721