煤矿巷道类矩形全断面掘进机切割机构设计及仿真分析

为解决我国煤矿巷道领域类矩形隧道全断面一次掘进成型及快速掘进难题,针对宽6 m、高4.2 m的类矩形隧道,开展全断面掘进机切割机构研究。通过分析多种隧道成型技术方案特点,确定了一种由左右三臂刀盘和上下截割滚筒组成的切割机构技术方案;结合煤矿巷道实际需求,设计了类矩形隧道成型形状;开发设计了刀盘、截割滚筒结构,进行了截齿选用、布置;采用Solid-Works软件分别建立了三臂刀盘和截割滚筒三维模型,利用ANSYS软件分别对三臂刀盘和截割滚筒做了模态分析和静力学分析。结果表明:1)采用圆形刀盘与截割滚筒组合式切割机构,能够实现全断面类矩形隧道的掘进成型;2)切割机构能够满足强度及刚度的要求且不会发生共振现象;3)实际煤矿巷道掘进应用表明,切割机构具有较高的掘进效率,在煤矿巷道类矩形隧道领域具有较好的应用前景。