斗轮挖掘机斗齿自由切削角的检验

<正> 前言斗轮挖掘机斗齿自由切削角(后角)是影响斗轮挖掘机切削能力的主要因素之一。实践表明,斗齿自由切削角确定的不合理将增大斗轮切削阻力和斗齿磨损速度及变形倾向,并使斗轮机的功耗增大。因此,搞清楚自由切削角的影响因素,正确确定和检验其大小,是斗齿和铲斗设计安装的重要内容。本文将通过对斗齿自由切削角影响因素的分析,并结合实验室试验,阐述通过“斗轮挖掘机斗齿切削轨迹测试装置”对斗齿自由切削角进行测试和检验。     

海底多金属硫化物采掘机构滚筒切削特性研究

为提高采掘机构滚筒的工作性能，采用离散单元法对不同工况下滚筒的切削过程进行了数值模拟。采用单因素分析法和正交试验法分析了切削厚度、转速、牵引速度对切削阻力、产能及比能耗的影响，以滚筒的切削阻力和比能耗为评价指标，利用矩阵分析法获得了最佳的滚筒工作参数。结果表明，随着切削厚度增加，切削阻力和产能均增大，比能耗减小；随着转速增加，切削阻力和产能均减小，比能耗增大；随着牵引速度增加，切削阻力、产能均增大，比能耗减小。滚筒最佳工作参数为：切削厚度50 mm、转速100 r/min、牵引速度0.06 m/s。     

立式铣削加工稳定性因素分析与铣刀结构优化

分析立式铣刀加工过程中的影响因素,建立螺旋立式铣刀微分控制方程。选择铣刀螺旋角、铣刀主轴转速、铣刀径向和轴向进给深度4个主要因素,建立正交切削试验。采用AdvantEdge FEM软件进行铣削有限元仿真,分析铣削力、温度、应力应变等影响,确定切削参数对铣削振动的权重排序依次为铣刀主轴转速、径向进给深度、铣刀螺旋角、轴向进给深度,进而得出铣刀主轴转速是影响铣削振动的最主要因素。对于常规45钢材料的立式铣削加工,选用30°螺旋角的铣刀加工效果最好。     

水力式集矿机构注水软管变形阻力矩分析

基于液体压缩体积模量和二重直梁简化模型对多金属结核水力式集矿机构中连接水泵和集矿头的软管变形阻力矩进行了力学分析, 提出了变形阻力矩计算方法, 给出了变形阻力矩和集矿头纵向位移的幂函数关系。结果表明, 在纵向位移0.5 m时, 3根软管的变形阻力矩为31 462 N·m。计算方法已成功应用于集矿机试验。     

铰接式胶轮车原地转向阻力矩与车轮转角关系研究

通过建立胶轮车满载条件下的原地转向力学模型,分析轮胎与路面及双桥间传动件扭紧产生的转向阻力矩,综合考虑摩擦因数、车轮载荷变化、车轮滚动速度以及车轮转角等因素对转向阻力矩的影响,引入Lu Gre动态摩擦模型,建立胶轮车原地转向阻力矩与车轮转角关系模型。经MATLAB仿真,结果显示铰接式胶轮车原地转向阻力矩随车轮转角的增大整体呈增长趋势,且车轮滚动速度越大最大阻力矩值越大。仿真结果与实验结果具有很好的一致性,可为铰接式胶轮车转向系统设计提供一定的理论依据。     

掘进机破岩产尘机理及影响因素分析探讨

以截齿破岩机理为基础,分析了截齿破岩产尘机理及影响因素,并把影响因素划分为静态影响因素和动态影响因素。静态影响因素包括镐形截齿锥角、切削角以及切削速度等,切削厚度是影响产尘量最重要的可控动态影响因素。研究发现产尘量与切削比能耗密切相关。着重研究了切削厚度对切削破岩产尘及能耗的影响,结果表明:切削厚度产尘量和切削比能耗的影响规律非常相似,随着切削厚度的增大,产尘量和切削比能耗都以幂函数减小,最后对截割厚度的合理值进行了初步的探讨。这些结果对掘进机的设计选型以及现场应用能提供很好的理论指导。     

多功能旋挖钻机长螺旋钻具的研制

通过对长螺旋钻进过程中阻力矩的计算,得出了不同直径和孔深情况下的阻力矩值,依此对长螺旋钻具的强度进行比对,给出了不同口径的长螺旋钻具参数.还介绍了长螺旋钻头的不同结构形式及配套器具,简述了多功能钻机长螺旋钻进施工工艺.     

楔形铣刨刀具砂土切削阻力的理论和试验研究

为精确计算戈壁砂土的铣刨切削阻力,从砂土铣刨切削机理入手,通过对楔形铣刨刀具切削的力学模型分析,给出了砂土铣刨切削阻力公式,并结合数值分析和模拟试验进行深入研究,得出给定条件下刀具结构和工艺参数对刀具铣削受力的影响规律,为刀具结构及铣刨工艺参数的设计优化奠定了基础。     

影响数控切削性能的三大参数

通过筛选,认为数控切削系统的传动进给装置与切削过程是影响切削性能的最重要的环节,以2个环节的数学模型为依据,分析了切削过程的指数m、阻尼系数ξ及固有频率ωn3个参数分别对数控切削性能的影响。分析结果表明若能协调好3个参数的取值,则数控加工过程能取得更优化的切削性能。     

镐型截齿截割阻力谱的分形特征与比能耗模型

为给出镐型截齿的截割性能的评价方法,应用分形理论分析旋转截割实验台所测得的截割阻力谱,探究截割阻力谱的分形特征与安装角及切削厚度的关系。基于实验测得的轴向阻力谱和功率谱建立镐型截齿的比能耗与安装角和切削厚度的关系模型。结果表明：在实验条件下,截割阻力谱盒维数和比例系数与安装角均呈二次函数关系,与切削厚度呈指数关系;截割比能耗与截齿半锥角和安装角三者互相制约。半锥角增大时,使比能耗减小的最佳安装角区间变小;半锥角减小时,使比能耗减小的最佳安装角区间变大;半锥角一定时,截割比能耗与安装角呈二次函数关系,随着安装角的增大先增大后减小,存在使截割比能耗最小的最佳安装角;截齿比能耗与切削厚度成指数关系,随着切削厚度增大而减小。该研究证明分形特征与比能耗在评价截割性能上的一致性,为采煤机高效截割与性能的评价提供参考。     

基于Evans截割模型的镐型截齿峰值截割力的计算

为了能对镐型截齿在平面截割截槽对称条件下的峰值截割力进行较为准确的预测,基于Evans的截割模型,通过分析截割时齿头的锥形表面因岩石的夹制效应而接触应力分布有所不同,理论推导出了一个新的峰值截割力计算公式以及公式应满足的截割边界条件。相比现有其他截割力计算公式,除了考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σt及齿岩之间摩擦因数f等参数的影响,且将煤岩的脆性指数m引入其中,计算结果与试验值更为接近。公式所应满足的截割边界条件,可用截深h和加载位置与相邻自由边界垂直距离s比值的最低限值smin/h表示,且值大小受截齿半锥角θ影响较小,而主要与煤岩脆性指数m有关,当m介于5~15时,smin/h介于2~3,符合既有试验所得结果。所得公式和结论可为进一步分析和推导镐型截齿在实际采掘条件下包含更多参数的峰值截割力提供理论基础和指导。     

硬煤工作面煤壁破坏与防治机理

高强度、大采高开采条件下,硬煤煤壁破坏的频率及程度逐渐严重,为提高该类工作面煤壁稳定性,实现安全、高效开采,采用室内试验、理论分析及现场实测综合手段对硬煤煤壁破坏形式、发生机理及影响因素进行分析。软煤、硬煤在单轴压缩条件下分别表现为静态、动力破坏,泊松比不同是煤体出现不同破坏形态的内在原因,三轴抗压试验表明围压可有效改变硬煤破坏的静-动转化;将煤壁、顶板及支架组成的平衡系统抽象出2种边界条件,根据煤体弹模、泊松比及边界条件的不同提出压剪、拉剪及拉裂3种煤壁破坏形式,硬煤多发生后2种破坏形式;推导出拉剪、拉裂型破坏的发生判据,得到拉剪型破坏起裂角、拉裂型破坏深度的确定方法及影响因素;拉剪型破坏对各影响因素的敏感度依次为黏聚力、顶板压力、支架阻力、抗拉强度,采高、护帮板压力及护帮高度对煤壁稳定性的影响不明显,拉裂型破坏对各影响因素的敏感度依次为抗拉强度、采高、顶板压力、支架阻力和控顶距等。     

运煤车转向机构传动性能分析与试验研究

根据某运煤车辆空间连杆转向机构的工作原理,将空间连杆转向机构分解为空间RSSR机构和平面连杆机构进行数学建模,依据车辆转向阻力矩计算公式Magic Formula以及空间旋转变换矩阵获得了机构运动学及力学传递几何关系。据此数学模型分析了车辆转向机构传动性能,得到了不同结构尺寸下转向系角传动比以及转矩传动比的变化规律。对转向机构铰接点位置进行优化,获得了角传动比减小5.0%的最优结构方案。通过计算机仿真与实车路面试验结果相比,角位移误差为8.7%,驱动力误差为7.4%。转向系统模型的建立为机构传动性能的改善以及其他矿用车辆对此转向系统提供了借鉴。     

基于遗传算法掘进机截割头多目标模糊可靠性优化

针对掘进机能耗和载荷波动问题,基于遗传算法的多目标模糊可靠性优化策略,对截割头运动参数进行优化设计.优化结果表明,截割头升角减少11.6%,横摆阻力降低6.45%,纵向力降低12.16%,负荷转矩降低11.29%,比能耗降低21.04%,截割头的载荷波动和比能耗得到显著降低,有效提高了掘进机的工作可靠性和能量利用率.     

黏性矿物中刀盘扭矩及掘进总推力建模与试验研究

主要研究了掘进机刀盘作业土质的特性及刀盘扭矩和掘进总推力。在分析完离子型稀土矿物土质的特点后,建立了掘进机刀盘结构模型,然后根据刀盘结构模型建立了刀盘扭矩及掘进总推力的数学模型,最后依据刀盘结构模型建立刀盘扭矩和掘进总推力的试验模型。并通过研究掘进机在离子型稀土矿矿物土质中刀盘扭矩和掘进总推力的变化规律,得出不同刀盘结构参数对刀盘扭矩和掘进总推力的影响。研究结果表明,试验所得刀盘扭矩和掘进总推力与所建立数学模型得出的结果相差小于10%,从而验证了所建立的数学模型的正确性;根据建立的数学模型可知刀盘开口率及刀盘正面与切向夹角是影响掘进机刀盘扭矩和掘进总推力的重要参数。最后通过分析实验结果得出适宜的刀盘结构参数。     

基于数字钻探的岩石c-φ参数测试方法

岩石黏聚力c和内摩擦角φ(以下简称c-φ参数)的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径,实现该技术的关键在于建立随钻参数与岩石c-φ参数间的定量关系。基于此,本文根据岩石切削破碎特征,建立了一种不预设破坏面的岩石切削力学模型,弥补了现有岩石切削力学模型将破坏面假设为平面,从而与岩石受切削时实际的破坏面特征存在差异的不足。基于滑移线理论推导了岩石极限切削力,得到了随钻参数DP(Drilling Parameters)与岩石c-φ参数关系式(DP-cφ关系式)。将利用自主研发的岩体数字钻探测试系统开展室内试验所得到的随钻参数与理论计算得到的结果进行对比分析,两者平均差异率为8.44%,验证了所建立的岩石切削力学模型和DP-cφ关系式的合理性和正确性。在此基础上,提出了岩石c-φ参数数字钻探测定方法,并通过室内试验进行了该方法与传统三轴试验方法测定结果的对比分析,结果表明:两种方法得到的岩石黏聚力和内摩擦角平均差异率均小于10%,证明了本文所提出的数字钻探测定方法的有效性和可行性。该方法实施方便、快捷,可实现现场工程岩体c-φ参数的原位测定。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。     

浅埋煤层开采顶板切落条件下支架动载效应

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时对支架造成冲击的现象,根据基本顶回转切落造成直接顶岩体非线性破坏特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-采空区矸石组成的力学模型,应用突变理论和岩石动力学方法,推导了直接顶失稳前后基本顶切落荷载作用下的支架压缩量表达式,分析了顶板切落过程中的动载效应,获得了顶板切落条件下支架工作阻力。研究结果表明：基本顶回转切落和直接顶失稳破坏是造成支架冲击的主因,直接顶岩体变形的突变量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。