锯片-冲击锤组合刀头联合破岩特性研究

多功能疏浚船是一种内河疏浚作业的重要船舶,为提高其破碎单轴抗压强度大于20 MPa水下岩石能力,设计了锯片-冲击锤组合刀头,并针对冲击头直径D=25 mm、切槽深度h=40 mm、切槽宽度w=4 mm,自由面距离l1=30 mm等主要参数开展了研究。首先,进行了自由面条件下单冲击头(质量和高度)和双冲击头(间距)的破岩特性(冲击力、比能耗及裂纹长度)试验研究。随后,开展了冲击头破岩数值模拟研究,对其机理进行阐释。结果表明:当岩石没有切槽自由面时,冲击头破岩形式以压缩破坏为主,破坏形态为破碎坑;当岩石存在自由面时,冲击头破岩形式以拉伸破坏为主,裂纹更易扩展,形成X形主裂纹,产生大块碎石。在单冲击头破岩试验中,存在最优冲击能250 J,首次冲击即可形成有效岩石破坏;在双冲击头破岩试验中,存在最佳间距170 mm,使得裂纹贯通时比能耗最小。