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。

双联镐齿截割煤岩力学特性的数值模拟

为探索高效率、低能耗的煤岩截割方法,利用ABAQUS有限元软件对双联镐型截齿旋转截割煤岩的过程进行仿真模拟,分析双齿同步作用下煤岩的破碎形式,应用分形理论评价双齿同步截割煤岩的力学性能,对同步截割与顺序截割的阻力谱进行统计分析。结果表明:双齿同步作用时,煤岩应力间存在协同效应,相邻截槽的裂纹互相交错、叠加影响,有利于煤块的剥落。在仿真实验范围内,当切削厚度一定时,随着截线距的增大,两齿的盒维数呈现先减小后增大的变化规律,存在最佳的截线距使比能耗最小。同理,当截线距一定时,盒维数随着切削厚度的增大呈先减小后增大的趋势。在相同的截割条件下,截齿顺序截割比同步截割时,其截割阻力的最大值平均增大12.3%。该研究为高效的采煤机工作机构设计提供参考依据。