【摘要】：本文基于截割頭截割特性研究現(xiàn)狀,系統(tǒng)分析了截齒破碎煤巖理論、國(guó)內(nèi)外煤巖截割試驗(yàn)臺(tái)發(fā)展與應(yīng)用,對(duì)現(xiàn)有的截割試驗(yàn)臺(tái)在設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面進(jìn)行綜述,分析其中的不足之處。采用理論分析、軟件仿真和試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方案,對(duì)破煤(巖)機(jī)理、截割頭截割試驗(yàn)、截割特性預(yù)測(cè)及截割系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)幾方面展開(kāi)研究。依據(jù)煤巖截割理論以及各種試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)鎬形截齒破煤(巖)機(jī)理進(jìn)行探討。借助有限元軟件LS-DYNA,按照試驗(yàn)條件參數(shù),分析不同截齒幾何參數(shù)、截齒間距、截割厚度、運(yùn)動(dòng)參數(shù)下截割頭截割特性的表現(xiàn);通過(guò)與截割理論及截割試驗(yàn)對(duì)比分析得知,仿真截割結(jié)果可以在一定程度上反應(yīng)真實(shí)截割工況,為研究掘進(jìn)機(jī)截割特性及相應(yīng)參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。為研究截割頭截割煤巖時(shí)真實(shí)工況,結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相似理論及煤巖截割理論,建立煤巖性質(zhì)、截割頭尺寸、截割載荷、運(yùn)動(dòng)參數(shù)的相似準(zhǔn)則,研制了相似比為1/3的煤巖截割試驗(yàn)臺(tái)。期間發(fā)明了一種旋轉(zhuǎn)軸軸向力測(cè)量裝置(ZL201610123719.3)。該裝置解決了掘進(jìn)機(jī)截割頭旋轉(zhuǎn)截割試驗(yàn)中的載荷測(cè)試問(wèn)題,為研究截割頭(也可延伸為其它旋轉(zhuǎn)截割機(jī)構(gòu),如采煤機(jī)滾筒等)截割特性提供了有效的試驗(yàn)平臺(tái)。在現(xiàn)有截割力預(yù)測(cè)公式基礎(chǔ)上,提出一個(gè)新的掘進(jìn)機(jī)截割特性預(yù)測(cè)模型。模型的可靠性通過(guò)得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式的驗(yàn)證。建立掘進(jìn)機(jī)截割頭動(dòng)力學(xué)模型,以混沌理論為依據(jù),探索截割頭載荷動(dòng)力學(xué)特性,把表面看似為隨機(jī)的載荷波動(dòng)認(rèn)定為確定性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所具有的混沌現(xiàn)象,揭示截割載荷中所包含的內(nèi)在規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD421.5
【圖文】：

割機(jī)構(gòu) 2-裝載機(jī)構(gòu) 3-刮板輸送機(jī) 4-機(jī)架 5， 6-行走機(jī)構(gòu) 7-電氣系統(tǒng) 8 9-冷卻系統(tǒng) 10-護(hù)板圖 1-1 懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 Structure of longitudinal cantilever roadheader截割部主要由截割電機(jī)、減速器、懸臂、截割頭組成[3]。其中，截割頭煤巖截割，消耗大部分截割功率。截割頭截割特性對(duì)掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)效率煤巖塊度、工礦區(qū)粉塵污染、整機(jī)可靠性都起到直接作用，各國(guó)學(xué)者在割特性研究方面做了大量建設(shè)性工作，為掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供很好撐。當(dāng)前世界范圍內(nèi)已經(jīng)超過(guò) 5000 臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)在巷道施工中得到應(yīng)用煤國(guó)中采準(zhǔn)巷道總長(zhǎng)的 40%~50%已經(jīng)使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工完成[4]。式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展, 現(xiàn)在可以自主設(shè)計(jì)制造從輕型到重型、到縱軸式掘進(jìn)機(jī)，技術(shù)人員積累非常多的實(shí)用技術(shù)而且還把一些創(chuàng)新的

太原理工大學(xué)博士學(xué)位論文ninni F kA U M kI n別為平行黏結(jié)的法向與切向剛度， A為平切向位移，ni U兩顆粒中心距離壓縮量，間相對(duì)轉(zhuǎn)角。行黏結(jié)上的法向應(yīng)力 和切向應(yīng)力 可按 RIMMAFFnini AFFsisi

圖 2-2 截割破煤（巖）機(jī)理圖Fig.2-2 Cutting coal (rock) mechanism diagram割破碎機(jī)理圖（見(jiàn)圖 2-2）。當(dāng)截齒侵入煤巖后，隨著煤大導(dǎo)致煤巖裂紋產(chǎn)生，形成初始?jí)核閰^(qū)（圖 2-5 中 a 區(qū)始?jí)核閰^(qū)中小顆粒在極大壓力作用下慢慢聚集，成球截齒載荷不斷增加，密實(shí)核內(nèi)部逐漸儲(chǔ)存能，當(dāng)能量積巖的單抗強(qiáng)度后，周邊將會(huì)產(chǎn)生細(xì)小裂紋，隨后裂紋會(huì)煤巖體慢慢崩落開(kāi)來(lái)。C 為裂紋延伸終點(diǎn)，ABC 為主裂前運(yùn)動(dòng)又開(kāi)始新的循環(huán)過(guò)程。截割頭結(jié)構(gòu)特征及運(yùn)動(dòng)參數(shù)截割特性的優(yōu)劣取決于截割頭截割結(jié)構(gòu)特征與運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及截齒類(lèi)型、截齒布置、截割頭幾何參數(shù)、截線距、

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