本文關鍵詞： 截齒分布 仿生設計 葉序理論 離散元 數(shù)值模擬　出處：《沈陽理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：截齒在截割頭表面呈螺旋線分布,截齒的分布方式和截齒的安裝姿態(tài)直接影響了截割效果,因此截齒在截割頭上的分布方式是掘進機設計的關鍵問題之一。本研究首次基于植物葉序理論對截齒分布進行仿生設計,為截齒的分布方式提供了新的設計思路。本文以縱軸式掘進機為研究對象,在現(xiàn)有截割頭結構設計的研究基礎上,基于植物的葉序理論對截齒分布進行仿生設計,利用三維離散元軟件數(shù)值模擬截割頭破巖過程,通過對截割頭的受力情況進行分析,驗證截齒分布仿生設計的可行性。首先,系統(tǒng)的研究了掘進機的截割機理,分析運動參數(shù)對截割過程的影響;建立了截割過程中單個截齒和截割頭整體的力學模型,根據(jù)經(jīng)驗公式,進一步分析截齒和截割頭的受力情況,并提出通過均勻分布截齒來改善截割頭的受力情況。其次,通過深入研究了截割頭外形結構的設計原則,針對確定截齒安裝姿態(tài)的截割功能角進行了相關研究,為截割頭三維模型的建立做好鋪墊。然后,通過觀察發(fā)現(xiàn)植物葉片的生長軌跡與截齒的分布規(guī)律相似,進一步研究植物葉序理論發(fā)現(xiàn):植物葉片在數(shù)量上遵循一定的生長規(guī)律,在角度上均勻分布。在均勻布齒的設計思路和現(xiàn)有截齒分布設計參數(shù)的基礎上,利用Pro/E建立了截齒分布仿生設計的截割頭三維模型。最后,基于離散元法,利用三維離散元軟件EDEM,數(shù)值模擬截割頭的破巖過程,以截割載荷為量化指標,分析截齒分布方式對截割頭受力情況的影響。研究表明:綜合對比兩種截齒分布方式的截割頭在不同截割過程中的受力情況得出,基于葉序理論對截齒分布進行仿生設計后,截割頭在破巖時的受力情況得到了改善,初步驗證了截齒分布仿生設計方案合理可行。
[Abstract]:The profile of the cutter is helical on the surface of the cutting head, and the distribution of the cutter and the installation attitude of the cutter have a direct impact on the cutting effect. Therefore, the distribution of cutting teeth on the cutting head is one of the key problems in the design of the roadheader. This study is based on the theory of plant leaf sequence for the first time to carry out the bionic design of the cutter distribution. This paper takes the longitudinal roadheader as the research object, on the basis of the existing research on the structure design of the cutting head. Based on the leaf sequence theory of plants, the distribution of cutting teeth is bionic designed, and the rock breaking process of cutting head is simulated by using three-dimensional discrete element software, and the stress of cutting head is analyzed. To verify the feasibility of the bionic design of cutting gear distribution. Firstly, the cutting mechanism of roadheader is studied systematically, and the influence of motion parameters on cutting process is analyzed. The mechanical model of single cutter and cutting head is established. According to the empirical formula, the force of the cutter and cutting head is further analyzed. And the uniform distribution of teeth to improve the force situation of the cutting head. Secondly, through in-depth study of the design principle of the shape and structure of the cutting head, aiming at determining the cutting angle of the gear cutting installation attitude, the relevant research is carried out. It was found that the growth track of plant leaves was similar to the distribution law of cutting teeth by observing the three dimensional model of cutting head. Further study on the theory of plant leaf sequence shows that the number of plant leaves follows a certain growth law and uniform distribution in angle, on the basis of the design idea of uniform distribution of teeth and the existing design parameters of cutter distribution. Finally, based on the discrete element method, the 3D discrete element software EDEM is used to simulate the rock breaking process of the cutting head. Taking cutting load as quantitative index, this paper analyzes the influence of cutting gear distribution mode on the force of cutting head. The research shows that the force situation of cutting head with two cutting distribution modes in different cutting process is compared synthetically. After the bionic design of the cutter distribution based on the leaf sequence theory, the force condition of the cutting head during the rock breaking has been improved, and the reasonable and feasible bionic design scheme of the cut tooth distribution has been preliminarily verified.
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD421.5

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本文編號：1492785