截齿—煤岩作用力学有限元仿真

发布时间：2017-09-11 07:49

  本文关键词：截齿—煤岩作用力学有限元仿真

  更多相关文章： 煤岩截割 Abaqus/Explicit 截割力 截割比能耗 截割参数 镐型截齿

【摘要】：煤岩截割是截齿与煤岩体相互作用的复杂过程。深入研究煤岩截割过程截齿与煤岩相互作用的力学特性、以及截割参数对截齿截割性能的影响规律,可为采煤机截割机具的创新设计、截割参数规划、采煤机选型提供重要依据,同时对提高截齿寿命、采煤机可靠性及经济效益都具有十分重要的实际意义。本文采用Abaqus/Explicit有限元软件建立了基于拉伸剪切破坏准则的煤岩截割有限元模型并与截割试验进行对比验证,当截割厚度为5,10,15,20 mm时,仿真试验截割力分别与试验截割力相差0.1%,12%,18.6%,7.4%,具有较好的一致性。另外,通过有限元仿真试验深入研究了截齿直线截割煤岩过程以及截割参数对截割性能的影响规律。结果表明,煤岩直线截割过程煤岩的破碎经过变形阶段、裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段三个阶段,主要以拉伸破坏为主,并伴有部分剪切破坏的拉剪共同作用的结果;随着截割厚度的增大,截割力、截割力的波动程度及煤岩碎屑尺寸增大,截割力频谱图的峰值频率减小,煤岩的破碎角不变。截割比能耗随着截割厚度的增大先减小后增大,当截割厚度为80 mm时,截割比能耗最小;随着煤岩硬度的增大,截割力及煤岩碎屑的大小增大,截割力曲线波动程度增大,截割力频谱图的峰值频率减小,煤岩的破碎角增大,截割比能耗增大;随着截割速度的增大,截割力及截割比能耗变化很小。另外,随着截割速度的增大,截割力频谱图的峰值频率增大,截割力的波动程度增大,煤岩的破碎角不变。以上湾煤矿为背景,建立了单截齿全尺寸旋转截割有限元模型,通过有限元仿真试验研究了旋转截割过程煤岩破碎过程及截割参数对截割性能的影响规律,结果表明,旋转截割过程煤岩的破碎经过变形阶段、裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段三个阶段;增大齿尖直径、减小齿身锥角能够降低比能耗,提高截割效率;随着煤岩硬度的增大,截割力增大,截割比能耗增大,截割力曲线波动程度增大。进行了不同冲击角度(35°,40°,45°,50°)的旋转截割仿真试验,结果表明截割力及截割比能耗随着冲击角度的增大先增大后减小,冲击角度为40°时,截割力及截割比能耗最大,截割效率最低,截割力曲线波动最大,冲击角度为50°时,截割力及截割比能耗最小,截割效率最高,截割力曲线波动最小。
【关键词】：煤岩截割 Abaqus/Explicit 截割力 截割比能耗 截割参数 镐型截齿
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD315
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 课题来源与背景18
• 1.2 研究现状18-26
• 1.3 本文研究内容26-27
• 2 煤岩物理力学性质及采煤机截齿运动分析27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 煤岩的物理力学性质27-28
• 2.3 煤岩的破坏准则28-30
• 2.4 采煤机截齿运动分析30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 煤岩直线截割过程有限元建模34-45
• 3.1 引言34-35
• 3.2 煤岩材料模型35-37
• 3.3 煤岩直线截割有限元建模37-43
• 3.4 仿真试验与截割试验及理论模型对比分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 煤岩直线截割过程仿真研究45-64
• 4.1 引言45
• 4.2 煤岩直线截割过程研究45-51
• 4.3 截割厚度的影响51-55
• 4.4 煤岩硬度的影响55-58
• 4.5 截割速度的影响58-61
• 4.6 截割力拟合方程61-62
• 4.7 本章小结62-64
• 5 煤岩旋转截割过程仿真研究64-75
• 5.1 引言64
• 5.2 旋转截割试验有限元模型64-65
• 5.3 旋转截割过程研究65-68
• 5.4 截齿形状的影响68-70
• 5.5 煤岩硬度的影响70-71
• 5.6 安装角度的影响71-73
• 5.7 本章小结73-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 研究展望76
• 6.3 论文主要创新点76-77
• 参考文献77-82
• 作者简历82-84
• 学位论文数据集84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭迎福,张永忠,彭佑多,刘德顺,文西芹;横轴式掘进机截割头真实运动与简化运动比较分析[J];煤矿机械;2001年01期

2 顾秀娟,候贵东;掘进机截割头平均负荷的模拟[J];黑龙江科技学院学报;2001年04期

3 刘雪;李晓豁;;掘进机纵横两种截割头的特点及其性能比较[J];辽宁工程技术大学学报;2005年S2期

4 马洪武;;截割头直径对掘进机整机工作的重大影响[J];煤炭技术;2006年05期

5 沙永东;李晓豁;;纵轴式掘进机截割头结构参数模糊优化模型[J];辽宁工程技术大学学报;2006年S2期

6 郝建生;;掘进机纵轴式截割头截割效率的优化设计[J];煤炭科学技术;2007年02期

7 李晓豁;韩宇飞;;纵轴式掘进机截割头的模态分析[J];矿业快报;2008年05期

8 李晓豁;贾凯;;横轴式掘进机截割头载荷的模拟分析[J];煤矿机电;2009年01期

9 查太东;成文广;;掘进机截割头的改进设计[J];煤矿机电;2010年06期

10 张谦;;关于纵轴式掘进机截割头外形设计的讨论[J];科技创新导报;2011年06期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 李晓豁;贾凯;;横轴式掘进机截割头载荷的模拟分析[A];中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会论文集[C];2008年

2 朱昊;刘惊涛;;振动截割在掘进机上的应用研究[A];中国煤炭新型工业化之路——安全、高效的集约化生产技术与装备研讨会论文集[C];2005年

3 刘建功;;掘进机智能型自动成形恒功率截割控制系统研究与应用[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学（北京）百年校庆学术会议论文集[C];2009年

4 张鑫;李新平;;掘进机截割头运动参数的优化设计[A];中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会2004年学术年会论文集[C];2004年

5 张梦奇;;截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响[A];煤矿机电一体化新技术创新与发展2012学术年会论文集[C];2012年

6 魏苍栋;高春芳;;关于掘进机截割头截齿分布的研究[A];第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2010年

7 陶峥;;EBJ-110SH掘进机截割头的研制[A];全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（上）[C];2003年

8 王德光;于向东;;基于MSP430的掘进机记忆截割系统研究[A];2007短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 通讯员温元旭 李昕泉 记者李仁堂;掘进机自动截割定位系统研制成功[N];中国煤炭报;2009年

2 许祯;国产首台S200M掘进机顺利通过出厂评议[N];中华建筑报;2001年

3 记者 范玉蕾　通讯员 杨颖敏;石煤机岩石掘进机获“煤安”标志[N];石家庄日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 江红祥;高压水射流截割头破岩性能及动力学研究[D];中国矿业大学;2015年

2 刘旭南;掘进机动态可靠性及其关键技术研究[D];辽宁工程技术大学;2014年

3 李建刚;自动化掘进机仿形截割控制策略研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

4 姚继权;纵轴式掘进机履带行走系统动力学研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘炜煌;截割头截割煤岩的模拟[D];太原理工大学;2014年

2 张从亮;掘进机截割头运动参数及截齿布置参数对其截割性能影响研究[D];太原理工大学;2016年

3 孙英;掘进机整机动力学分析及电控箱减振研究[D];太原理工大学;2016年

4 王宇;EBZ160型掘进机关键零部件的优化设计[D];安徽理工大学;2016年

5 巇雪梅;基于离散元法的掘进机截割头截割性能研究[D];燕山大学;2016年

6 肖杨;隧道铣挖法铣挖参数及施工振动数值模拟研究[D];西南交通大学;2016年

7 纪木兴;截齿—煤岩作用力学有限元仿真[D];中国矿业大学;2016年

8 祖家龙;XTR260悬臂式硬岩隧道掘进机截割头特性分析与设计研究[D];中国矿业大学;2016年

9 侯祥明;横轴式掘进机截割头受力及整机振动分析[D];安徽理工大学;2008年

10 罗世魁;横轴掘进机截割头设计自动化技术研究[D];吉林大学;2005年

，

本文编号：829515