本文關鍵詞：鎬型截齒與煤巖互作用力學與磨損特性研究

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【摘要】：鎬型截齒是采掘裝備的截割刀具,直接與煤巖接觸作用,其性能直接影響采掘裝備截割機構的截割效率。因此,對與煤巖互作用過程中的鎬型截齒展開力學與磨損特性研究,為井下實際工況下采掘裝備的截齒磨損研究提供依據(jù),具有重要的理論意義和實用價值。依據(jù)煤巖截割理論以及針對掘進機截割頭所安裝截齒與煤巖的相對運動形式,從截齒的磨損部位、主要磨損形式和影響其磨損的主要因素三方面分析互作用條件下截齒的磨損機理;以此為基礎建立鎬型截齒截割條件下與煤巖互作用的接觸模型,所建立的模型包含煤巖性質參數(shù)、截齒工作角度參數(shù)、結構參數(shù)及運動參數(shù);進而從理論上分析各個參數(shù)對截齒與煤巖干涉量的影響,為研究鎬型截齒的磨損特性奠定理論基礎。在煤巖截割試驗臺基礎上,研制了包含端盤、齒座以及截齒的截割裝置;以天然煤巖抗壓強度為主要模擬量,配置了可模擬堅硬度系數(shù)f為2~3的煤巖,為鎬型截齒與煤巖互作用的力學與磨損特性研究提供試驗基礎。利用上述截割試驗裝置,研究了截齒截割形式、結構參數(shù)及工作角度參數(shù)對截齒磨損的影響,分析了截齒磨損對其截割性能的影響,為減少截齒磨損提供依據(jù)并驗證所建立截齒與煤巖互作用模型的準確性。為研究截齒與煤巖互作用的力學特性,利用有限元數(shù)值方法,以煤巖體有限元計算方法、煤巖體本構模型和破化準則及接觸算法等模型理論為基礎,建立了鎬型截齒與煤巖互作用的直線和旋轉截割數(shù)值模擬模型,進而在等截割深度和非等截割深度條件下對直線模型和旋轉模型進行了一致性分析,指出兩種條件下的直線模型與旋轉模型之間具有較好的一致性,最后利用建立的分體截齒與煤巖互作用直線截割數(shù)值模型,研究截齒截割形式、結構參數(shù)及工作角度參數(shù)對截齒力學特性的影響。為研究截齒與煤巖互作用的自旋轉特性,理論上分析了截齒的自旋轉能力,提出了截齒自旋轉的旋轉動力矩和旋轉阻力矩,并指出截齒與煤巖互作用過程中的旋轉條件,同時研究了截齒齒身長度、齒柄長度、端面半徑和齒柄直徑對旋轉阻力矩的影響。進而利用煤巖截割試驗臺,進行鎬型截齒截割形式、結構參數(shù)及工作角度參數(shù)對自旋轉性能影響的試驗研究。同時,為了進一步揭示截齒自旋轉機理,建立了截齒與齒座互作用數(shù)值模型,研究受載條件下截齒與齒座相互作用過程中截齒不受旋轉阻力矩情況下的時間值。研究表明,截齒和齒座之間的摩擦阻力不是影響截齒旋轉能力的主導因素,而是截齒不受旋轉阻力矩情況下的時間值。利用水射流輔助截齒截割試驗臺進行不同配置方式水射流輔助截齒破巖試驗,試驗結果表明不同配置方式水射流均具有減少截齒截割載荷的作用,也具備減少截齒磨損的能力,且該試驗研究為驗證數(shù)值模型的準確性打下基礎。進而利用SPH和有限元耦合的數(shù)值方法建立了水射流截割煤巖模型,在研究水射流沖擊力的基礎上,研究了射流角度、射流直徑和射流速度對其破巖性能的影響。最后利用有限元方法建立了可以表征水射流作用下的鎬型截齒與煤巖互作用模型,結合截齒受載與其磨損的關系進行水射流輔助截齒破巖降載減磨機理研究,主要研究不同配置方式、預裂隙深度和預裂隙距截齒齒尖距離對截齒截割阻力、法向和側向磨損及自旋轉能力的影響。
【關鍵詞】：掘進機 鎬型截齒 煤巖 截割性能 互作用 干涉 磨損特性 自旋轉性能 水射流 減磨機理
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD42
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-30
• 變量注釋表30-35
• 1 緒論35-55
• 1.1 課題來源35
• 1.2 選題背景及意義35-37
• 1.3 掘進機及鎬型截齒概述37-40
• 1.4 課題研究現(xiàn)狀40-52
• 1.5 現(xiàn)有研究存在的問題52-53
• 1.6 論文主要研究內容53-55
• 2 鎬型截齒與煤巖互作用理論研究55-80
• 2.1 互作用下截齒磨損機理55-62
• 2.2 截齒與煤巖互作用接觸模型62-75
• 2.3 截齒傾斜角對接觸區(qū)域的影響75-79
• 2.4 本章小結79-80
• 3 鎬型截齒與煤巖互作用磨損試驗研究80-105
• 3.1 試驗裝置及材料準備80-87
• 3.2 截齒磨損特性試驗研究87-101
• 3.3 截齒磨損對截割性能的影響101-104
• 3.4 本章小結104-105
• 4 鎬型截齒與煤巖互作用力學特性數(shù)值模擬研究105-133
• 4.1 截齒與煤巖互作用數(shù)值模型105-110
• 4.2 直線與旋轉模型一致性分析110-114
• 4.3 截齒力學特性研究114-131
• 4.4 本章小結131-133
• 5 鎬型截齒自旋轉性能試驗及數(shù)值模擬研究133-161
• 5.1 自旋轉能力理論分析133-137
• 5.2 截齒自旋轉性能試驗研究137-144
• 5.3 截齒自旋轉機理數(shù)值模擬研究144-160
• 5.4 本章小結160-161
• 6 水射流輔助鎬型截齒破巖降載減磨機理研究161-192
• 6.1 水射流輔助截齒破巖試驗研究161-166
• 6.2 水射流破巖性能數(shù)值模擬研究166-181
• 6.3 水射流預裂隙對截齒載荷和磨損的影響181-190
• 6.4 本章小結190-192
• 7 結論與展望192-196
• 7.1 主要結論192-194
• 7.2 創(chuàng)新點194-195
• 7.3 展望195-196
• 參考文獻196-207
• 作者簡歷207-210
• 學位論文數(shù)據(jù)集210

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本文編號：1024404