复合动力下碟盘刀具破碎煤岩的数值模拟与试验

发布时间：2024-02-02 12:37

　　为提高悬臂式掘进机截割煤岩巷道的能力,提出了一种新型复合动力下碟盘截割机构破碎煤岩的方法,该机构不仅可以提高煤岩的破碎能力与刀具寿命,还可以降低粉尘,实现安全、高效掘进煤岩巷道,以碟盘刀具为研究对象,分别从理论、数值模拟和试验三方面研究复合动力下碟盘刀具破碎煤岩的载荷特性。以岩石断裂力学和奥氏观点为基础,建立了碟盘刀齿刀刃和楔面的力学模型,将碟盘刀齿楔面和水射流致裂破碎煤岩的裂纹尖端强度因子线性叠加,求得水射流辅助碟盘刀齿破碎煤岩的裂纹尖端强度因子,根据矢量叠加原理构建了水射流辅助碟盘刀齿破碎煤岩径向载荷的力学模型。采用有限元法建立碟盘刀具振动切削煤岩的数值模型,得出25组正交数值模拟碟盘刀具的载荷谱,选取峰值均值、曲线均值、盒维数和小波能量熵四个评价指标,通过功效系数法和方差分析法综合分析运动参数对碟盘刀具破碎煤岩性能的影响,碟盘刀具破碎性能的影响显著程度依次为:进给速度、振动频率和幅值。采用多元非线性拟合,给出了载荷峰值均值和曲线均值与进给速度、振动频率和幅值之间的关系式,定性分析了碟盘刀具载荷的变化趋势。应用SPH/FEM耦合方法建立水射流辅助碟盘刀齿径向切削煤岩数值模型,利用L...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1碟盘刀齿刀刃等效球形刀头Figure2-1Equivalentsphericalheadofdisccutterblade

基于奥斯特洛乌什柯观点，将碟盘刀齿刀刃等效为球形压头。碟盘刀齿楔入煤岩时，给煤岩施加一个压力，煤岩局部粉碎形成一个密实核，随着压力的增大，密实核周围煤岩崩裂形成破碎坑，其破碎坑顶角是密实核顶角的两倍[60]。随着碟盘刀齿刀刃载荷增加，处于压力锥体边界面的煤岩受力增加，裂纹同比增加....

图2-2碟盘刀齿作用下煤岩形成裂缝Figure2-2Fractureofcoalrockundertheactionofdisccutterteeth

硕士学位论文12图2-2碟盘刀齿作用下煤岩形成裂缝Figure2-2Fractureofcoalrockundertheactionofdisccutterteeth碟盘刀齿楔面作用到煤岩的合力：ljsinFR=(2-7)式中ξ——碟盘刀齿楔面作用合力与煤岩崩落面的夹角，=90，....

图2-3水射流致裂破碎煤岩力学模型

硕士学位论文14煤岩的渗流特性等有关，故需研究压入煤岩裂缝中水射流的流体力学特性和流动的水射流对煤岩的力学作用。基于广泛应用的水力压裂理论和煤岩易拉伸断裂的特性，分析水射流致裂破碎煤岩的理论模型[62]。根据文献[62]提出假设：(1)煤岩是具有各向同性、均质特点的连续弹性体，并....

图2-4水射流辅助碟盘刀齿等效球形刀头Figure2-4Waterjetassisteddisccuttertoothequivalentsphericalcutterhead

2复合动力下碟盘刀齿破碎煤岩的力学模型15C22Cs0CC2(1)d2dπpldplGxxllE==(2-20)联立式(2-19)和(2-20)可得裂缝内部压力p和裂缝长度lC的表达式：()1525C2s18cos"cos64π1ElqtG=(2-21)()13251s52325....

本文编号：3892674