【摘要】：為探究鎬型截齒截割煤巖過(guò)程中截割力的變化及其影響因素,以Evans鎬型截齒直線截割力模型為基礎(chǔ),提出了鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型;利用滾筒采煤機(jī)鎬型截齒截割煤巖軌跡表達(dá)式,推導(dǎo)了鎬型截齒截割過(guò)程中,截割角及截割厚度變化的表達(dá)式;在截割參數(shù)范圍內(nèi),計(jì)算出鎬型截齒截割角在截割過(guò)程中最大變化可達(dá)±4°;根據(jù)鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型,在截割厚度一定的條件下,計(jì)算并分析截割力與截割角及半錐角的關(guān)系,得出當(dāng)鎬型截齒半錐角為36°時(shí),截割力在截割過(guò)程中最大截割厚度前后能夠保持平穩(wěn)變化;將截割角及截割厚度變化計(jì)入截割過(guò)程中計(jì)算截割力,發(fā)現(xiàn)影響截割厚度主要因素的牽引速度對(duì)截割力影響最大,而角速度與截割半徑對(duì)截割力的影響依次減小。所得公式與結(jié)論可為鎬型截齒及采煤機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論參考。
【圖文】：

理想狀態(tài)，即鎬型截齒齒尖垂直切入煤巖，當(dāng)煤巖的拉應(yīng)力達(dá)到張力強(qiáng)度時(shí)，在刀具與煤巖的接觸面發(fā)生斷裂破壞，在一定條件下這種破壞進(jìn)行延伸，使煤巖形成一個(gè)近似V形的剝落部分，如圖1所示，其中，α為鎬型截齒半錐角;a為截齒齒尖在煤巖上的圓孔半徑;h為鎬型截齒的截割厚度;vj為鎬型截齒進(jìn)給速度;W為截齒半徑方向的爆破力;φ為斷裂面與煤巖自由表面法平面的夾角;截割力Z的計(jì)算公式如式(1)所示。Z=16πσ2th2cos2ασy(1)式中，σt為煤巖體的張應(yīng)力，MPa;σy為煤巖抗壓強(qiáng)度，MPa。圖1Evans煤巖截割模型Fig.1CoalcuttingmodelofEvans該模型建立在直線截割的基礎(chǔ)上，且鎬型截齒軸線與運(yùn)動(dòng)方向相同，即截割角為0°，與實(shí)際作業(yè)中鎬型截齒截割煤巖非0°的截割角有較大差別。1.2鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型鎬型截齒在實(shí)際截割煤巖過(guò)程中，形成旋轉(zhuǎn)截割工況，如圖2所示，截齒軸線與齒尖處截割軌跡切線的夾角為截割角β，圖中α，h同圖1。截齒與煤巖體的接觸表面，垂直運(yùn)動(dòng)軌跡切線的齒尖截面DE為橢圓形，為方便分析，將DE截面等效成圓，則等效截圓半徑a0為a0=a1+a22(2)圖2鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型Fig.2Rotarycuttingmodelofconicalpick由相對(duì)位置關(guān)系，得到橢圓半軸長(zhǎng):a1=a/cosβ，a2=a(1－tanβtanα)，則a0=a［cosα+cos(β+α)］2cosαcosβ(3)又由Evans模型中利用微分原理，求得作用在圓錐形表面總的水平壓力Z'［1］為Z'=∫dZ=2σthcosα∫2π0dφ∫a00dr=4πa0σthcosα(4)1326

vj為鎬型截齒進(jìn)給速度;W為截齒半徑方向的爆破力;φ為斷裂面與煤巖自由表面法平面的夾角;截割力Z的計(jì)算公式如式(1)所示。Z=16πσ2th2cos2ασy(1)式中，σt為煤巖體的張應(yīng)力，，MPa;σy為煤巖抗壓強(qiáng)度，MPa。圖1Evans煤巖截割模型Fig.1CoalcuttingmodelofEvans該模型建立在直線截割的基礎(chǔ)上，且鎬型截齒軸線與運(yùn)動(dòng)方向相同，即截割角為0°，與實(shí)際作業(yè)中鎬型截齒截割煤巖非0°的截割角有較大差別。1.2鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型鎬型截齒在實(shí)際截割煤巖過(guò)程中，形成旋轉(zhuǎn)截割工況，如圖2所示，截齒軸線與齒尖處截割軌跡切線的夾角為截割角β，圖中α，h同圖1。截齒與煤巖體的接觸表面，垂直運(yùn)動(dòng)軌跡切線的齒尖截面DE為橢圓形，為方便分析，將DE截面等效成圓，則等效截圓半徑a0為a0=a1+a22(2)圖2鎬型截齒旋轉(zhuǎn)截割力模型Fig.2Rotarycuttingmodelofconicalpick由相對(duì)位置關(guān)系，得到橢圓半軸長(zhǎng):a1=a/cosβ，a2=a(1－tanβtanα)，則a0=a［cosα+cos(β+α)］2cosαcosβ(3)又由Evans模型中利用微分原理，求得作用在圓錐形表面總的水平壓力Z'［1］為Z'=∫dZ=2σthcosα∫2π0dφ∫a00dr=4πa0σthcosα(4)1326
【作者單位】： 山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51375282) 山東省高等學(xué)�？萍加�(jì)劃資助項(xiàng)目(YB06)
【分類號(hào)】：TD231.1;TD421

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本文編號(hào)：2528883