射流结合刀具破碎大洋富钴结壳的机理研究

大洋富钴结壳的破碎是开采钴结壳的重要环节，借鉴刀具切削破碎软岩机理的研究成果，提出水射流与刀具结合破碎大洋富钴结壳的方法。研究了射流结合刀具剥离破碎钴结壳的机理，分析了采用自控水力截齿破碎钴结壳的优越性，为探索新的钴结壳破碎方法提供了理论上的依据。     

动静载荷耦合作用下PDC刀具的失效机理

运用应力波理论分析了冲击-静压切削模式下PDC刀具的破损机理，得出了冲击应力波的幅值、入射角（刀具侵入角）、刀-岩接触间隙，以及在接触面上的多次透、反射造成加载-卸载-再加载的循环，对破岩效果和PDC刀具破坏有很大影响.在自行研制的动静态多功能岩石破碎试验台上，以砂浆块和花岗岩为试验对象进行了冲击-静压切削破岩试验.结果表明：在硬岩破碎中，PDC刀具的破坏模式主要是轴向崩裂、冲击压碎和径向崩裂3种；施加一定的静压可使刃面与岩面充分接触，有利于应力波的传播，从而提高破岩效果和PDC刀具的使用寿命.     

碟盘刀具振动切削煤岩的理论力学模型与载荷特性

针对煤岩机械刀具破碎煤岩寿命和效率低的问题,提出一种具有轴向振动与径向切削破碎煤岩的方法,为探明碟盘刀具在轴向振动与径向切削破碎煤岩的力学特性,通过分析煤岩崩落面积、当量崩落角、载荷的集中力及其作用位置角,以单位断裂面上受力极限强度和最小能量法的准则,构建碟盘刀具破碎煤岩力学模型。基于扩展线性Drucker-Prager塑性本构模型,采用ABAQUS软件模拟碟盘刀具破碎煤岩的应力云图和载荷特性,在振动切削试验台上通过设定振动频率和振幅等参数测试不同切削厚度下的碟盘刀具破碎煤岩的载荷谱,提取数值模拟和试验碟盘刀具破碎煤岩的载荷特征,对比分析理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值和数值模拟峰值的均值。结果表明:碟盘刀具破碎煤岩的破裂范围呈现月牙状,由中间向两侧递减;振动切削煤岩时其径向载荷明显小于单作用径向切削煤岩的载荷;碟盘刀具在轴向振动与径向切削时不同切削厚度径向载荷理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值的平均误差为9.12%,与试验载荷峰值均值的平均误差为4.88%;轴向载荷理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值的平均误差为9.25%,与试验载荷峰值均值的平均误差为8.34%。通过数值模拟和试验研究验证了碟盘刀具理论模型的准确性。     

岩石跃进破碎特性的研究

分析破岩机械的设计理论，笔者发现对岩石破碎特点及其应用的研究尚不够深入。为此制作了岩石试件，并以全断面岩石掘进机盘形滚刀为破岩刀具进行了压痕试验。试验结果显示，岩石第一次跃进破碎参数收敛性较好，尽管岩石第二次、第三次跃进破碎参数较发散，但是基于岩石跃进破碎规律建立的盘形滚刀预测公式仍较其它预测公式精确。文中还就岩石跃进破碎特点在破岩机械设计、研究上的应用进行了探讨。     

碟盘刀具轴向振动破碎煤岩载荷模拟与粉碎量研究

为提高煤岩的破碎效果,利用ABAQUS有限元软件分析一种碟盘刀具破碎煤岩的载荷特性,在切削厚度为14～30 mm的工况下分别进行碟盘刀具轴向振动与径向切削和径向单作用破碎煤岩的仿真试验,采用数值统计和分形比例系数的方法分析碟盘刀具破碎煤岩的载荷谱。结果表明:在碟盘刀具楔面角度为45°时、切削厚度14～30 mm的范围,无轴向振动的碟盘刀具破碎煤岩的径向载荷峰极大值与峰均值比有轴向振动情况下的大6.2%、8.4%,从数值模拟应力云图可看出,施加轴向振动的碟盘刀具破碎煤岩时其楔面对煤岩的应力影响范围更广,计算径向载荷谱的分形比例系数可知,无轴向振动的分形比例系数比有轴向振动条件下的大20.5%～67.5%,说明有轴向振动下更有利于煤岩的大块崩落。该研究可为碟盘刀具的深入研究及工程实际应用提供参考。     

多晶体金刚石凿岩刀具的试验研究

本文对一种新型的刀具材料——多晶体金刚石所制成的凿岩刀具在切割破碎岩石过程中的磨损与脆裂破坏的试验研究进行了阐述;对影响这种刀具磨损及脆裂破坏的因素:刀具前倾角、刀具力、切割速度及切割深度进行了分析;对其破坏机理进行了讨论;并对如何减小这种破坏的可能性提出了建议。得出了一些新颖的结果。     

刀具破岩声发射能量理论分析及数值模拟

根据刀具破岩过程中声发射的产生与应力场存在的耦合关系,从细观上分析了声发射能量与应力之间的关系,确定了刀具静力侵入岩石破碎时声发射能量的关系式;应用岩石破裂分析软件RFPA~(2D)进行刀具破岩声发射数值实验。结果表明:刀具静力侵入单位体积岩石破碎释放的声发射能量与加载速率、岩石抗压强度、岩石弹性模量、刀具形状以及刀具与岩石的摩擦系数等有关;随加载速率增加(一定范围内),两种刀具破岩释放声发射累积能量急剧增加,随后声发射累积能量增加缓慢;十字型刀具破碎岩石单元和声发射累积能量均大于一字型刀具,且破碎岩石所需时间减小;适当增大加载速率可以提高刀具破岩效果。     

刀具切削破煤机理研究

本文从断裂力学的观点出发，分析了煤体在刀具切削作用下的破碎机理，以及刀具切削力的变化规律和影响因素。讨论结果与多年来许多研究者从实验中积累的有关知识十分吻合，说明了该理论的正确性，为从事切削力的计算及刀具的改进提供了理论依据。     

水力驱动柔性刀具破煤关键参数及实验研究

针对水力冲孔和机械刀臂扩孔增透易塌孔、刀臂收合不畅等问题,提出水力驱动柔性刀具扩孔增透技术思路。理论分析不同压力条件水动力马达扭矩和转速变化规律,建立柔性刀具转动惯量和动能计算模型,确定影响柔性刀具破煤的关键因素。基于自行研制的水力驱动柔性刀具破煤系统,选取赵固二矿煤样,开展扭矩、转速测量实验和不同因素对破煤效率影响实验,确定摩擦损失系数k和b分别为0.67和0.447;研究射流压力、破碎时间和接触长度对柔性刀具破碎质量、平均破碎深度和柔性刀具动能的影响规律,揭示提高破煤效率的关键因素。结果表明：柔性刀具破煤可以分为冲击破坏和磨削破坏2个阶段,其中冲击破坏决定破碎坑体积,而磨削破坏可以为破碎坑体积扩大做前期准备。射流压力对破煤效率影响显著,25 MPa相比10 MPa破碎质量提高11倍,平均破碎深度提高4倍,柔性刀具动能增加3倍。受实际工况限制,适当延长破碎时间对提升破煤效率更有效,接触长度对破碎质量和平均破碎深度的影响规律为先增加后减小并趋于稳定。提出的水力驱动柔性刀具破煤在水力冲孔和机械刀臂扩孔基础上改进,为低透煤层扩孔增透提供了新方法和新思路。     

行星钻头转向滚刀破岩机理

行星钻头具有破岩效率高、旋转扭矩小、耗电省等优点，本文叙述了行星钻头的破岩过程，对全断面钻进时所构成的破碎网进行了深入的讨论，论述了转向滚刀的破岩特点。通过试验，提出了刀具的布置方案和主要参数的计算，对其破岩效果进行了分析。     

碟盘刀具上刀齿切削煤岩的载荷特性研究

为探求碟盘刀具切削煤岩载荷规律和高效破碎煤岩机构特性评价方法,采用碟盘刀具结构简化处理方法,以一个刀齿作为等效分析单元,在载荷理论模型构建中,给出了等效切削厚度的概念和算法,以数值模拟、试验和理论方法获取了刀齿切削煤岩的载荷曲线,探讨轴向振动径向切削煤岩载荷特性和对比特征。结果表明:刀齿径向切削数值模拟、试验和理论载荷随楔面角的变化规律是吻合的,验证了刀齿径向切削煤岩力学模型的正确性,其理论径向载荷与试验最大值和平均值分别减小5%和增大14%,轴向载荷均值理论与试验均值减小19.5%,轴向载荷方向呈现正负的变化,当完全楔入煤岩中,轴向载荷方向呈现由向下变为向上的变化规律。类比分析了刀齿轴向向上振动与径向复合切削,其径向载荷理论值比径向切削试验均值减少了约32%,而轴向载荷比试验均值减少了约27%。碟盘刀具轴向振动径向复合切削方法破碎煤岩特性的研究,为研制硬岩破碎机构提供技术参考。     

水射流辅助破岩机理浅析

概括总结了近年来国内外关于高压水射流辅助破碎岩石机理的研究成果。在此基础上提出了一个简化的力学模型,并进行了弹性力学和有限元分析。最后阐述了利用高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理是刀具与岩石作用,产生裂纹,高压水射流充填裂纹,形成水楔作用,将裂纹撕开,从而降低了刀具的受力,有效抑制了火花的产生。     

水射流辅助破岩机理研究

总结近年来国内外高压水射流辅助破岩机理的研究成果。提出简化力学模型，并进行弹性力学和有限元分析，阐述了高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理与效果。     

不均质地层用CG型楔齿滚刀

用３０ＣｒＭｎＳｉＴｉＷ耐磨铸钢做刀壳，堆焊ＲＤＷ－ＣｒＮｉＢ耐磨堆焊焊条的ＣＧ型不均质地层用滚刀，在破碎软硬不均的岩层，冲击剧烈，载荷不均，刀具磨损严重的条件下，和国内同类刀具相比使用寿命提高１￣２倍。     

硬岩大口径竖井钻机刀具布置的几点认识

在硬岩大口径竖井钻井工程中,合理使用刀具是提高岩石破碎效率、节约钻井成本的决定因素之一,根据硬岩大口径竖井钻井工程的实际,参考国内外使用刀具的实践,提出了刀具合理布置的相关原则。     

多因素最优化方法在切削试验中的应用

在确定刀具的几何参数和切削用量时，往往要经过多次试验，采用多因素搜索试验，可大大减少试验次数，并可对刀具的几何参数和切削用量进行优化，提出了几种多因素搜索法。     

水射流辅助刀具切割岩石数值模拟研究

针对当前有限元方法（FEM）和离散元方法（DEM）模拟岩石的缺点,基于光滑粒子流方法（SPH）模拟岩石,利用SPH-FEM耦合法建立了水射流辅助刀具切割岩石动力学模型,对比了水射流与无水射流情况下的刀具切割岩石的破损坑形成、裂纹萌生、切割阻力及岩石内能。研究结果表明,水射流作用下的岩石破碎坑能够诱导裂纹的萌生与演化,裂纹与射流形成的破碎坑贯穿,形成的裂纹较长,同时也降低刀具的切割阻力,减少岩石内能。     

破碎砂岩承压变形时间相关性试验

破碎岩石的承压变形具有明显的时间效应，文中自行设计了破碎岩石承压变形仪，结合摆锤杠杆式压力机建立破碎岩石的蠕变测试方法，并针对破碎砂岩开展了相关蠕变试验研究，总结得出蠕变变形与轴向载荷、破碎块径等的关系．结果显示，在金属缸筒试验条件下破碎岩石不出现加速蠕变阶段；大载荷破碎岩样的蠕变变形余量较小载荷时小；载荷增加，稳定蠕变前的变形行程随之增加，块径对破碎岩样计入蠕变后的变形量影响逐渐减小，各块径破碎岩样的稳定蠕变曲线逐渐接近．     

高锰钢ZGMn13的切削和刀具磨损研究

通过几种不问刀具材料对ZGMn13切削对比研究，初步探讨了不同刀具后刀面磨损与切削时间、切削速度之间的关系，讨论了陶瓷刀具切削ZGMn13的磨损机理及破损形态，得出了硬质合金刀具切削ZGMn13的切削力、切削温度及耐用度经验公式，通过对比试验，优选出适用于切削加工ZGMn13的刀具材料及切削用量。     

国产TL—3型铣刨截齿在坚硬路面施工中的应用

随着我国高级公路建设的蓬勃发展和德国。意大利先进施工机械的大量引进，铣刨截齿等消耗性刀具的国产化已迫在眉睫，中国地质大学（武汉）掘进工程研究所通过对美国凯南迈特公司（KENNAMETAL INC.)公路铣刨刀具的分析，研究，结合其在岩石破碎专业领域的实践经验。与福建地质工程公司合作研发的TL-3型铣刨截齿，在武汉长江大桥坚硬路面的改造施工中，平均使用寿命达到了同类进口产品的质量水平。