【摘要】：目前對于全巖巷道的掘進(jìn)尤其面對堅(jiān)硬煤巖時(shí),依靠現(xiàn)在的設(shè)備及破碎方法顯得截割能力以及破碎效率不能完全應(yīng)對,為解決上述問題,對一種碟盤刀具在不同工況下進(jìn)行破碎煤巖載荷特性的分析,分別從理論建模、數(shù)值模擬以及切削試驗(yàn)進(jìn)行研究。根據(jù)碟盤刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將刀具分為碟盤刀刃和楔面兩部分,利用積分和等效集中力原理分別給出了刀具在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下刀刃和楔面破碎煤巖的的作用力模型,并根據(jù)最小能量原則給出了刀具楔面破碎煤巖時(shí)的破壞準(zhǔn)則,最后根據(jù)矢量疊加原理給出碟盤刀具在徑向單作用和軸向振動(dòng)與徑向切削復(fù)合作用下破碎煤巖的徑向和軸載荷的理論計(jì)算模型。利用ABAQUS有限元以D-P為煤巖本構(gòu)模型,進(jìn)行了碟盤刀具邊緣刀齒和邊緣光滑以及有軸向振動(dòng)和無軸向振動(dòng)的數(shù)值模擬,分別得出在不同切削厚度及楔面角度下的載荷譜,利用小波能量熵和分形比例系數(shù)分別對得出的載荷譜進(jìn)行計(jì)算對比分析;為探究運(yùn)動(dòng)參數(shù)對刀具破碎煤巖的影響,采用單因素控制變量法分別研究了振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率及徑向速度與碟盤刀具載荷變化規(guī)律的關(guān)系。將數(shù)值模擬載荷值與理論計(jì)算值進(jìn)行對比分析,兩者變化規(guī)律具有一致性。利用碟盤刀具的單刀齒進(jìn)行切削煤巖試驗(yàn),對試驗(yàn)載荷譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知試驗(yàn)與數(shù)值模擬、理論計(jì)算具有相同的變化規(guī)律,并且根據(jù)不同位置刀齒切削煤巖的試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出整個(gè)碟盤刀具的試驗(yàn)載荷,與理論計(jì)算相比具有較好的吻合度,由激振箱截割系統(tǒng)所得徑向載荷與理論模型相比也具有較好的吻合度。對于堅(jiān)硬煤巖的采掘,本文通過理論、數(shù)值模擬和試驗(yàn)進(jìn)行了碟盤刀具破碎煤巖的研究,研究結(jié)果為后續(xù)工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及工程實(shí)際的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

作用力學(xué)模型械破碎煤巖所使用的截割機(jī)構(gòu)主要有鎬型截齒些刀具也呈現(xiàn)出不同的失效程度，為解決此類問碎煤巖的性能研究，計(jì)算碟盤刀具破碎煤巖載荷，對碟盤刀具破碎煤巖時(shí)的破壞準(zhǔn)則進(jìn)行分析、建立刀具破碎煤巖的力學(xué)模型奠定基礎(chǔ)。的碟盤刀具為破碎煤巖采掘機(jī)械的新型刀具其結(jié)構(gòu)示意如=150 mm，刀刃圓弧 r=3 mm。刀具的主要破碎與軸向振動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)兩種形式，分析這兩種工，從刀具的結(jié)構(gòu)形狀可以看出，刀具破碎煤巖時(shí)刃部分，二是碟盤楔面部分，本章重點(diǎn)研究刀刃2和 T3分別表示刀刃向下振動(dòng)、向上振動(dòng)和徑向

斯特洛烏什柯[70]認(rèn)為球形壓頭破碎煤巖時(shí)，形成密實(shí)核階段的主壓力剪切體成體狀，當(dāng)?shù)毒呤┘虞d荷持續(xù)增大時(shí)，形成的剪切體最終形成破碎坑，并且破碎頂角是密實(shí)核錐體頂角的兩倍關(guān)系如圖 2-2（a）中θ=2γ，據(jù)此文獻(xiàn)[44]對碟盤具的單牙齒刀尖進(jìn)行了受力分析，本文以此為基礎(chǔ)建立碟盤刀刃的破巖力學(xué)模，刀刃破碎坑沿碟盤周向成錐形槽分布，按照達(dá)到密實(shí)核剪切體建立力學(xué)模型，，刀具破碎煤巖時(shí)受力狀態(tài)沿刀具邊緣圓周分布是不均勻的，因此在分析碟盤刀邊緣刀刃力學(xué)特性時(shí)沿圓周方向取微元。刀刃力學(xué)模型如圖 2-2 所示。（a）碟盤向下振動(dòng) （b）刀刃剪切面積微元
【學(xué)位授予單位】：黑龍江科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD421.54

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本文編號：2667225