截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。     

镐形截齿截割参数及几何参数研究

 摘要：基于镐形截齿拉坏破岩模型,在考虑岩石性质的情况下推导出了镐形截齿合金头的理论长度和最佳截槽间距的表达式,并推导出了考虑破岩摩擦力情况下的镐形截齿破岩截割阻力的表达式,经计算与相关研究结果基本一致,且计算精度有所提高,分析表明摩擦力对截割阻力有一定的影响。这些对镐形截齿和采掘机械工作机构的设计选型具有理论指导意义。     

连采机截齿安装角对截割性能的影响研究

为研究连采机截齿的截割受力情况,综合考虑煤岩的拉压强度及煤岩之间的黏结度,采用EDEM软件建立了镐形截齿仿真模型,研究了截齿安装角在动态截割煤过程中对连采机截割比能耗及截割阻力的影响规律。结果表明:截割阻力随着截齿安装角的增大变化幅值不同,安装角从35°～45°时变化幅值较小,45°～50°时截割阻力急剧增大;截割比能耗随安装角的增大呈现先减小后趋于平稳的趋势。综合考虑,当截齿安装角为45°时,截割比能耗和截割阻力最小,研究结果为提高连采机的截割效率、减少截齿的损耗提供了参考依据。     

截线间距与截齿截深的比值对截齿截割力的影响

为了研究截齿在破岩过程中的截割力,进一步提升截齿截割效率,用SolidWorks建立了截齿截割岩石的三维模型,使用HYPERMESH对模型进行网格划分,利用ANSYS/LS-DYNA动态仿真软件,建立了截齿破岩三维有限元模型,采用Holmquist-Johnson-cook(HJC)模型对岩石材料进行了数值模拟,研究了切削厚度分别为2.5、5、7.5 mm时,不同截齿中线间距所对应的截线间距与截齿截深的比值对截齿截割力的影响,结果表明:改变截线间距来改变截线间距与截齿截深的比值时,截齿所受的截割力会产生波动,不同的截齿截深所造成的截齿最小作用力对应的比值不同;同时,截齿截深所影响的截齿作用力在实验中占较大一部分,因此,在合适的截齿截深的条件下,合理改变截线间距与截齿截深的比值可以有效减少截齿所受的截割作用力,提高截齿的寿命。     

采煤机镐形截齿截割力模拟

利用LS-DYNA对采煤机镐形截齿的截割过程进行了模拟,在给定不同的截割速度的情况下,得到了截割力3个方向分力的变化规律。模拟结果表明:在截割过程中随着截割速度的增大,截割阻力、牵引阻力和侧向力的平均值表现出不规则的变化趋势。     

刀形截齿截割阻力的理论和试验研究

根据刀形截齿截割破碎煤岩过程的宏观现象,应用拉破坏理论建立了刀形截齿截割破碎煤岩的理论模型,从而导出了截齿截割煤岩时的断裂角和截割阻力的理论表达式。试验结果表明,理论计算值与试验值非常吻合     

采煤机滚筒端盘截齿角对截割载荷特性的影响

以采煤机滚筒端盘截齿为研究对象,应用非线性仿真软件ABAQUS建立端盘截齿与煤岩的刚柔耦合模型,利用模型的动态仿真过程,研究了截齿载荷随3种轴向倾斜角和二次旋转角不同的变化规律。研究表明:截齿截割瞬间,截割阻力随着轴向倾斜角和二次旋转角的增大而增加,牵引阻力和侧向阻力变化平稳。     

不同齿身锥度和合金头直径截齿的截割试验

为研究不同截齿的截割性能,研制了5种不同形状的截齿;并在自制的截割试验台上对5种截齿进行试验,分析了不同截齿截割产生的采煤机滚筒扭矩的最大值、最小值、均值、方差等参数;对截落煤岩的块度进行分级处理,研究不同截齿截割块煤率的大小以及截落煤岩的块度分布规律.分析结果表明：不同形状的截齿,随着截齿合金头直径、齿身锥度的变化,其截割力、块煤率的变化是不同的.阶梯型截齿随着齿尖合金头直径减小、齿身锥度增大,其截割力减小、载荷波动增大、块煤率下降;齿身锥度、合金头大小与截齿截割力的关系服从指数分布,截割煤岩的块度也服从指数分布.对于锥型截齿,当齿身锥度较大、合金头较小时,其截割力较小、载荷波动较小、块煤率较大.     

基于单齿截割试验条件的截割阻力数学模型

根据单齿截割阻力谱隐含着煤岩破碎性信息以及截齿与煤岩作用的机理,辨识出采煤机滚筒破碎煤岩的截割阻力,提出了基于单截齿截割阻力试验谱、截齿截割规律及工作参数来确定滚筒瞬时截割阻力的新方法,建立滚筒截割阻力试验-理论综合模型,给出了截割阻力模型的3种算法。模拟结果表明：截割阻力的特征和量值均有很好的复合度,反映出了煤岩破碎内在的规律。     

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。     

镐形截齿截岩过程的温度场研究

为研究不同运行参数下镐形截齿的温度分布及其变化规律,在ABAQUS软件中建立截齿截割岩石有限元模型,并进行热力耦合仿真分析,得到不同运行参数下截齿的温度分布云图以及截割过程的温度随时间变化曲线。研究结果表明:其他条件一定时,随着截割速度的增大,齿尖升温速度及平衡温度增大,但温度分布无明显变化;截割深度的变化对平衡温度及温度分布二者皆有明显的影响,随着截割深度增大,高温区域由齿尖逐渐向齿体扩展;锥角的变化对温升速度和平衡温度无明显影响,但对温度场有明显影响,温度分布面积随着锥角的增大而增大。为进一步研究截齿磨损及失效提供理论依据。     

层理和裂隙对镐型截齿破煤的影响

采用分形理论对煤岩裂隙的长度和数量的关系进行分析,并考虑层理和裂隙在煤岩中的分布特征,建立了层理与水平面呈0°、30°、60°、90°夹角时的煤岩三维模型,应用动态仿真模拟软件ANSYS/LS-DYNA分别对镐型截齿截割均质煤岩和不同工况下的含层理和裂隙煤岩进行动态仿真模拟,研究表明,镐型截齿破煤时所受到的截割力随截割厚度的变化而变化,呈现出先增大后减小的变化趋势;镐型截齿截割含层理和裂隙煤岩时所受到截割力的平均值、最大值和均方差均小于镐型截割均质煤岩时的截割力,这与煤岩层理和裂隙有助于镐型截齿破煤的实际情况相符;当层理与水平面呈0°夹角时,镐型截齿受到的截割最小,随着层理与水平面角度的增加,截割力平均值均有所增加,说明煤岩中层理和裂隙的分布情况对镐型截齿破煤也有一定的影响。     

截齿顺次破岩机制的细观数值模拟及截线间距优化研究

为优化镐型截齿在截割头上的布置以提高掘进机截割效率, 借助PFC^3D颗粒离散元数值模拟软件构建了两把截齿顺次截割岩石的三维模型, 对不同截割深度和截线间距组合工况进行了模拟试验, 分析了镐型截齿顺次破岩机制和最优截线间距与截割深度的比值(s/h)。结果表明, 岩石在截齿作用下的破坏模式以张拉破坏占主导, 并伴随挤压和剪切的综合破坏; 截齿顺次截割时, 两相邻截齿之间存在明显的协同作用, 前刀在岩石内残留的裂纹使得岩石易于截割, 可以提高后刀的截割效率; 在模拟试验范围内, 随着s/h值增加, 比能耗呈先减小再增加的变化规律, 模拟结果表明最优s/h值约为3。该研究可为掘进机截割头排布设计提供参考依据。     

基于LS-DYNA的不同形状截齿强度仿真分析

为了研究不同形状截齿的强度特征,针对截齿截割过程实际外负载为随机载荷的特点,利用LS-DYNA建立了结构形状不同的3种柔性体截齿实体模型,根据显示动力学理论构建基于I-E-F本构模型的岩石模型。通过对3种形状截齿截割过程进行仿真,得到截齿齿尖处的应力曲线变化及其统计值,以及不同硬质岩石下截齿的受力和变化趋势。所得结果为研究截齿形状对其强度的影响,提高截齿工作使用寿命提供了依据,为截齿的选择、设计和使用提供一种新的手段和方法。     

含夹矸煤岩截齿安装角对截割力的影响研究

为研究含夹矸煤岩截齿安装角度对截割力影响,运用Pro/E构建镐型截齿和含夹矸煤岩的三维模型,采用ABAQUS有限元软件对截齿截割含夹矸煤岩动态过程进行数值模拟,分析不同截齿安装角度下的应力云图与载荷曲线。结果表明：截齿最大截割力出现在最大切削厚度处附近,改变截齿安装角度,对截齿截割力影响较小;随着截齿安装角的增大,截割力均值和截割力峰值均值呈现先减小后增大的趋势。随牵引速度增大,截齿截割力均值、截割力峰值均值呈增加趋势,该研究为调整截齿安装角来提高截齿破碎性能奠定基础。     

岩石截割性能及可截割性分级研究

 摘要：鉴于现有岩石可截割性表示方法不能合理的指导掘进机的设计和选型并且岩石可截割性分级定义不明确,致使如今岩巷掘进机使用时截割比能耗大、粉尘量大等问题突出;基于岩石截割比能耗本文给出了岩石可截割性定义并解释了其三层含义,初步制定了岩石可截割性分级标准,分析表明用抗压强度计算岩石可截割性级值具有明显优势;给出了岩石坚固性系数分级与可截割性级值的大致对应关系;基于岩石可截割性的定义和级值标准,推导出了给定纵轴式掘进机可经济截割岩石可截割性级值的理论估算公式,为掘进机的选型和工作能力评估建立了理论依据。     

煤矿井下采煤机截割特性的优化

晋圣亿欣煤业井下所使用的MG300/730 WD型采煤机在使用过程中存在着截割作业振动大、截齿磨损严重的缺陷。为克服这个问题,对不同截割滚筒与采煤机的匹配性进行了研究。结果表明：新的错齿分布的截割滚筒显著提升了采煤机运行过程中的稳定性,降低了截齿磨损,提升了截齿的使用寿命,采煤机截割作业时的截割阻力矩波动比优化前降低了66.7%,截割功率波动比优化前降低了58.3%,截齿使用寿命提升了37%。     

截齿破碎煤岩力学特性及损伤研究

截齿破碎煤岩过程中的截割力变化规律及岩石损伤对于指导刀具设计、提高煤岩破碎效率具有重要作用。采用ANSYS/LS-Dyna建立了单截齿破碎煤岩的动力学模型,在2 mm、4 mm、6 mm、8 mm、10 mm和12 mm 6种截割深度以及0.5 m/s、1 m/s、2 m/s和3 m/s 4种截割速度下进行数值模拟,分析了在6 mm截深时的截齿破岩过程,分析了截割力随时间的变化过程和平均截割力随截割深度的变化过程,通过损伤区域直径量化了损伤范围。最大截割深度12 mm比最小截割深度2 mm平均截割力大21.6 kN,损伤区域直径大32 mm,最大截割速度3 m/s比最小截割速度0.5 m/s平均截割力大0.9 kN,损伤区域直径小5 mm。截割力随截齿运动先增大后趋于稳定,平均截割力随截深增加显著增加。损伤范围随截深增加先增加后趋于稳定,二者呈指数关系,截割速度对截割力和损伤的影响较小。     

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。     

纵轴式截割头缺齿截割载荷仿真

以EBZ135掘进机顺序式截齿排列的截割头为例,对不同位置缺失一个截齿时截割头破岩载荷进行仿真研究,得到了载荷波动曲线及其统计量,并与正常截割时的载荷相比较,结果表明:同等条件下缺齿截割较正常截割载荷波动性系数明显增加,约为未缺齿时的2倍,载荷低频的波动频率由截割头转频与螺旋线头数的乘积变为截割头转频。结论对纵轴式截割头缺齿截割检测有一定的理论指导意义。