复合运动碟盘刀齿破碎煤岩的力学模型与载荷特性

发布时间：2022-10-30 10:08

　　为解决传统掘进机掘进硬岩巷道时截齿耗损率严重、设备故障率高、破岩速度慢和效率低等问题,提出的一种具有悬臂式掘进机特点的新型碟盘刀齿,研究径向切削与轴向振动复合破碎煤岩的基本力学原理和载荷特性,分析刀齿载荷与结构参数和运动参数之间的关系。利用数值模拟和试验的方法分析刀齿在不同运动形式下破碎煤岩的力学特性。采用理论分析的方法,分析在不同阶段下刀齿与煤岩相互作用的力学关系,将刀齿等效分解为齿尖与楔面两部分,通过分析两部分在不同运动方式下的作用特征,采用复合效应的叠加原理,对刀齿齿尖与楔面上的作用力进行矢量叠加,建立刀齿径向切削破碎煤岩的数学模型。根据刀齿的运动形式,以抗剪强度和抗拉强度为理论基础,构建了刀齿复合轴向向上破碎煤岩时,抗剪和抗拉强度破碎煤岩的数学模型。采用数值模拟的方法,研究刀齿在径向切削和径向切削与轴向振动复合破碎煤岩的载荷特性,对比分析刀齿径向切削和复合破碎煤岩时载荷特性。研究刀齿振动幅值、振动频率、径向速度、楔面角度和切削厚度等参数对刀齿载荷的影响规律。刀齿破碎煤岩时,拉应力集中在刀齿齿尖,而压应力集中在刀齿楔面处。对比分析了数值模拟载荷与刀齿理论模型载荷,二者具有一致性,... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题目的及意义
    1.2 掘进机的国内外研究概况
        1.2.1 国外研究
        1.2.2 国内研究
    1.3 截割机构的研究现状
    1.4 截割破碎机理研究概况
        1.4.1 截割破岩理论
        1.4.2 数值模拟研究
        1.4.3 试验研究
    1.5 主要研究内容
2 碟盘刀齿破碎煤岩的力学机制
    2.1 碟盘刀齿
    2.2 刀齿齿尖破碎煤岩的力学特性
        2.2.1 弹塑性挤压阶段
        2.2.2 压皱压裂阶段
        2.2.3 体积破碎阶段
        2.2.4 大块崩落阶段
    2.3 本章小结
3 碟盘刀齿破碎煤岩的力学模型
    3.1 刀齿齿尖的力学模型
        3.1.1 径向切削的力学模型
        3.1.2 轴向振动的力学模型
        3.1.3 复合运动的力学模型
        3.1.4 瞬时切削厚度的等效力学模型
    3.2 刀齿破碎煤岩的力学模型
        3.2.1 径向切削破碎煤岩的力学模型
        3.2.2 复合运动破碎煤岩的力学模型
    3.3 模型分析与结果
    3.4 本章小结
4 碟盘刀齿破碎煤岩的数值模拟
    4.1 煤岩破碎的有限元模型
        4.1.1 本构模型
        4.1.2 有限元模型的建立
    4.2 径向切削破碎煤岩的数值模拟
        4.2.1 楔面角度对刀齿载荷的影响
        4.2.2 切削厚度对刀齿载荷的影响
    4.3 刀齿复合破碎煤岩的数值模拟
        4.3.1 振动幅值对刀齿载荷的影响
        4.3.2 振动频率对刀齿载荷的影响
        4.3.3 径向速度对刀齿载荷的影响
        4.3.4 楔面角度对刀齿载荷的影响
        4.3.5 切削厚度对刀齿载荷的影响
    4.4 径向切削数值模拟与理论的对比分析
    4.5 本章小结
5 碟盘刀齿径向切削破碎煤岩试验
    5.1 煤岩截割试验台
    5.2 刀齿载荷转换的数学关系
    5.3 不同楔面角度下径向切削破碎煤岩的载荷谱
        5.3.1 刀齿载荷的统计特征
        5.3.2 刀齿载荷的频谱特性
    5.4 试验与理论力学模型的对比分析
        5.4.1 径向切削试验与理论模型对比分析
        5.4.2 径向切削试验与复合运动理论模型对比分析
    5.5 不同刀齿位置角度下径向切削破碎煤岩试验
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
学术论文与研究项目
学位论文数据集
详细摘要


【参考文献】：
期刊论文
[1]小波分解重构截齿载荷谱的幅值关联性与分形特征[J]. 刘春生,袁昊,李德根,徐玉芸.  煤炭科学技术. 2018(05)
[2]碟盘刀具振动与切削破碎煤岩力学特性的数值模拟[J]. 刘春生,徐玉芸,袁昊,那洪亮,刘延婷.  黑龙江科技大学学报. 2018(01)
[3]煤矿悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法[J]. 毛清华,陈磊,闫昱州,张旭辉,刘永伟.  煤炭学报. 2017(S2)
[4]盘形滚刀刀圈结构地质适应性设计方法[J]. 夏毅敏,林赉贶,贺飞,吴遁,李正光,暨智勇.  机械工程学报. 2018(01)
[5]我国煤巷机械化掘进设备现状及锚杆支护技术的探讨[J]. 康海东.  机械管理开发. 2017(03)
[6]碟盘刀齿冲击与切削复合破碎煤岩的载荷特性[J]. 刘春生,徐玉芸,李德根,袁昊.  黑龙江科技大学学报. 2017(02)
[7]刨刀刨削煤岩特性数值模拟研究[J]. 郭辰光,李源,胡迪,张利民.  煤炭科学技术. 2017(02)
[8]煤矿高效掘进技术发展初探[J]. 熊权湘,曾叶欣,张卓慧,颜红芹.  煤矿机械. 2016(11)
[9]盾构机掘进系统的分析与研究[J]. 王星光,苏习灿.  山东工业技术. 2016(18)
[10]基于炮掘法的硬岩快速掘进设备配置研究[J]. 李国辉,李基,吴婕萍,吴鑫.  煤矿机械. 2016(04)

硕士论文
[1]盾构刀具破岩特性的数值模拟及实验研究[D]. 徐孜军.中南大学 2012
[2]盾构掘进机切刀切削软岩和土壤受力模型研究及实验验证[D]. 暨智勇.中南大学 2009



本文编号：3698691