本文關鍵詞：基于離散元法的掘進機截割頭截割性能研究

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【摘要】：掘進機是一種綜合類掘進設備,在煤炭開采中占有重要地位。作為掘進機核心零部件之一,截割頭工作環(huán)境復雜,且煤巖分布不均導致截齒受力具有很大的隨機性。目前,國內(nèi)掘進機配套的截割頭主要依賴于進口,在使用過程中截割效率低、截齒消耗量大,無法滿足正常截割要求,并且存在采購成本昂貴、維修服務困難、無自主知識產(chǎn)權(quán)等問題,嚴重制約了我國掘進機整機產(chǎn)品的發(fā)展和利潤空間。開展掘進機截齒截割煤巖機理研究,分析截齒設計參數(shù)對載荷特性的影響,將為我國打破國外公司技術壟斷,實現(xiàn)掘進機整機產(chǎn)品國產(chǎn)化、系列化和工程推廣提供支持。本文以某公司EBZ200懸臂式縱軸掘進機截割頭為研究對象,利用離散元法建立截齒截割過程仿真模型,分析參數(shù)對截齒截割特性的影響,為截齒設計和安裝尋求理論依據(jù)。探討了掘進機截割頭的設計與評價參數(shù),分析了煤巖的摩擦系數(shù)、強度和堅固系數(shù)三個主要性質(zhì),對掘進機截割頭截齒的截割功能角和安裝工藝角兩個安裝角度進行了說明,并對兩者之間的轉(zhuǎn)換關系進行了討論,分析了截割頭的截割性能評價指標,即截齒受力、載荷變差系數(shù)和截割比能耗。利用混凝土制作了煤巖的近似物理模型并對其進行了取芯,通過單軸壓縮實驗得到了取芯試樣的力與位移關系曲線,并將壓縮過程分為彈性與脆性兩個變化階段。建立了取芯試樣單軸壓縮離散元模型,通過不斷調(diào)整仿真參數(shù)得到了與實驗基本一致的結(jié)果,為截齒截割過程仿真中煤巖物性參數(shù)的正確選取提供了依據(jù)。建立了掘進機截齒截割過程的三維離散元仿真模型,采用Pro/E對截齒和煤巖進行幾何建模,利用Gambit對三維模型進行網(wǎng)格劃分,通過Fluent確定顆粒的中心位置和半徑,應用EDEM進行顆粒沉積和截齒截割過程的仿真計算。通過曲線和圖表對掘進機截割過程離散元仿真結(jié)果進行了研究,分析了截齒切削角、旋轉(zhuǎn)角和半錐角三個角度對截齒受力、載荷變差系數(shù)及截割比能耗三個截割性能評價指標的影響,為正確選擇截割頭截齒設計參數(shù)提供了依據(jù)。
【關鍵詞】：離散元法 掘進機 截齒 煤巖 截割比能耗
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD421.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題的提出及研究意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 掘進機國內(nèi)外發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 截齒截割性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 離散元法及其應用國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容和技術路線16-18
• 第2章 掘進機截割頭設計與評價參數(shù)研究18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 煤巖性質(zhì)18-20
• 2.2.1 煤巖的摩擦系數(shù)18-19
• 2.2.2 煤巖的強度19
• 2.2.3 煤巖的堅固系數(shù)19-20
• 2.3 安裝角度的定義及轉(zhuǎn)換20-24
• 2.3.1 截割功能角20-21
• 2.3.2 安裝工藝角21-22
• 2.3.3 截割功能角與安裝工藝角之間的關系22-24
• 2.4 截齒截割性能評價指標24-27
• 2.4.1 截齒受力24-26
• 2.4.2 載荷變差系數(shù)26-27
• 2.4.3 截割比能耗27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 第3章 煤巖物理性質(zhì)實驗29-35
• 3.1 引言29
• 3.2 煤巖試樣的壓縮實驗29-32
• 3.2.1 制取煤巖試樣29-30
• 3.2.2 單軸壓縮實驗30-31
• 3.2.3 實驗結(jié)果處理31-32
• 3.3 壓縮實驗離散元仿真32-33
• 3.3.1 離散元模型的建立32
• 3.3.2 仿真結(jié)果分析32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-35
• 第4章 掘進機截割過程三維離散元仿真模型的建立35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 幾何模型的建立35-36
• 4.3 離散元仿真模型的建立36-39
• 4.3.1 Gambit網(wǎng)格劃分36-37
• 4.3.2 Fluent顆粒計算37
• 4.3.3 EDEM沉積計算37-39
• 4.3.4 截割過程參數(shù)設置39
• 4.4 本章小結(jié)39-41
• 第5章 掘進機截割過程三維離散元仿真結(jié)果分析41-61
• 5.1 引言41
• 5.2 切削角對截割性能的影響41-47
• 5.2.1 球冠段截齒切削角對截割性能的影響41-43
• 5.2.2 圓錐段截齒切削角對截割性能的影響43-45
• 5.2.3 圓柱段截齒切削角對截割性能的影響45-47
• 5.3 旋轉(zhuǎn)角對截割性能的影響47-54
• 5.3.1 球冠段截齒旋轉(zhuǎn)角對截割性能的影響48-50
• 5.3.2 圓錐段截齒旋轉(zhuǎn)角對截割性能的影響50-52
• 5.3.3 圓柱段截齒旋轉(zhuǎn)角對截割性能的影響52-54
• 5.4 半錐角對截割性能的影響54-60
• 5.4.1 球冠段截齒半錐角對截割性能的影響54-56
• 5.4.2 圓錐段截齒半錐角對截割性能的影響56-58
• 5.4.3 圓柱段截齒半錐角對截割性能的影響58-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果67-68
• 致謝68

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本文編號：659553