發(fā)布時間：2020-11-10 02:59

　　 滾筒是采煤機截割機構(gòu)的主要部件,直接作用于煤巖體,其截割性能和載荷特性直接影響著采掘裝備的截割效率。同時隨著我國煤礦開采深度的不斷增加,深部煤層高地應(yīng)力環(huán)境帶來的開采問題日益凸顯。因此,為研究截齒截割機理、高效滾筒設(shè)計方法和深部高地應(yīng)力對截割破碎過程的影響,本論文從“采煤機截割機構(gòu)負載預(yù)測”和“深部高圍壓對截割過程的影響機理”兩個方面,分析了當前采煤機截割機構(gòu)破巖過程研究中存在的問題,開展了鎬型截齒和滾筒截割負載特性的研究,主要研究工作和結(jié)論如下:(1)試制了模擬圍壓條件下的全尺寸單齒截割試驗裝置,可實現(xiàn)截割方向加載圍壓最大為32MPa,可模擬最大開采深度約為1280 m。(2)采用全尺寸截割試驗機研究了圍壓、布置參數(shù)(截割間距、截齒沖擊角)、進給參數(shù)(截割厚度、截割速度)等對截齒截割力的影響規(guī)律。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)截割力均值和比能耗均隨圍壓增大而線性增大,碎屑粒度指數(shù)隨圍壓增大而線性減小。最佳截割間距由截割厚度和截割崩落角決定,為S=2dtanψ,且截割間距和截割厚度的比值與截割力之間存在較好的線性關(guān)系,即y=0.067x+0.399,為多齒耦合截割過程載荷疊加提供了理論基礎(chǔ)。隨著沖擊角增大,截割力均值和截割比能耗均增大,碎屑粒度指數(shù)隨之減小。隨著截割厚度的增大,截齒截割力呈非線性增大趨勢,截割比能耗隨之減小,碎屑粒度指數(shù)隨之增大。另外,在相同截割厚度條件下,截割速度對單齒截割力、碎屑粒度和比能耗的影響均較小。(3)建立了基于巖石斷裂力學(xué)的鎬型截齒截割模型,建立了截齒在滾筒旋轉(zhuǎn)過程中瞬時截割厚度的計算算法,據(jù)此形成了采煤機滾筒隨機扭矩的計算方法,并通過全尺寸采煤機截割試驗驗證了該方法的有效性。(4)采用PFC2D離散元軟件從細觀角度分析了圍壓和巖石脆性對截割過程的影響機理。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著圍壓增大,縱向裂紋的擴展被限制,巖石截割破碎模式由宏觀拉伸破壞向剪切破壞轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致截割力和比能耗隨圍壓增大而線性增大。對于不同脆性巖石,隨截割厚度增大,巖石破碎模式均有由塑性破壞向脆性破壞轉(zhuǎn)變的趨勢,且?guī)r石脆性指數(shù)越高,脆性破壞特征越顯著;在相同壓力比條件下,脆性指數(shù)較小(B10200)的巖石在壓力比為0.6時出現(xiàn)了整體破壞而失穩(wěn)的現(xiàn)象,而脆性指數(shù)B10200的巖石仍能夠穩(wěn)定截割,說明巖石抵抗圍壓和截割擾動的能力隨脆性指數(shù)增大而增大。(5)依據(jù)滾筒扭矩計算方法,編制了采煤機滾筒扭矩計算軟件,并以MG500/1130-WD型采煤機滾筒為例進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,采用PFC3D軟件模擬了優(yōu)化前、后的滾筒截割過程。在減少滾筒截齒數(shù)量的條件下,仍能夠達到相近的截割效果,截割扭矩均值、方差、波動系數(shù)及截割比能耗均有小幅降低,從而驗證了滾筒優(yōu)化設(shè)計方法的有效性。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD421.6
【部分圖文】：

規(guī)律和影響機理，建立鎬型截齒截割力計算模型，研究多齒耦合過程對力的影響規(guī)律，進而提出滾筒負載預(yù)測模型，為深部煤巖高效截割機具截割參數(shù)選擇和采掘裝備的選型提供理論依據(jù)。 采煤機及截齒類型概述（Summarization of Shearer andes）采煤機是綜采工作面最關(guān)鍵的設(shè)備，是集機械、電氣和液壓為一體的復(fù)工作環(huán)境非常惡劣。采煤機分為單滾筒采煤機和雙滾筒采煤機，其中雙機在綜采工作面中廣泛使用。采煤機主要包括截割部、行走部、中間箱等三部分，如圖 1-1 所示，其主要用于采煤機的截割牽引運動，包括牽引電機、齒輪減速機構(gòu)等。中用于安裝采煤機的測控系統(tǒng)。截割部主要用于落煤、裝煤和調(diào)高，包括、齒輪減速機構(gòu)、搖臂殼體和滾筒等，其中滾筒是直接與煤巖作用的構(gòu)的優(yōu)劣直接決定了采煤機的采煤效率。采煤機滾筒主要由端盤、螺旋、齒座和截齒組成，如圖 1-2 所示。

包括截割部、行走部、中間箱等三部分，如圖 1-1 所煤機的截割牽引運動，包括牽引電機、齒輪減速機構(gòu)煤機的測控系統(tǒng)。截割部主要用于落煤、裝煤和調(diào)高機構(gòu)、搖臂殼體和滾筒等，其中滾筒是直接與煤巖作接決定了采煤機的采煤效率。采煤機滾筒主要由端盤齒組成，如圖 1-2 所示。圖 1-1 采煤機結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-1 The structure of shearer中間箱 行走部截割部滾筒截齒

1 緒論上直接用于破碎煤巖的刀具，其破碎煤巖的的生產(chǎn)效率。為此，截齒應(yīng)滿足以下要求合理，并能夠適應(yīng)不同煤質(zhì)和截割工況；截齒類型包括刀型截齒和鎬型截齒，如圖 安裝，強度和可靠性較高，適用于韌性、夾機械中應(yīng)用最廣泛的截齒類型，沿滾筒的切線自轉(zhuǎn)。鎬型截齒破煤主要靠錐形齒尖的尖以拉伸破壞為主，耗能較少，因此鎬型截齒研究截齒為鎬型截齒。
【參考文獻】

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本文編號：2877368