镐齿滚刀的齿形及布齿参数优化试验研究

为研究镶齿滚刀上镐齿的齿形参数以及齿间距、排间距对其破岩效率及齿下岩石损伤区的影响规律,选用不同齿形的镐齿对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm北山花岗岩进行侵入破岩试验,对镐齿侵入试验过程、侵入力、破岩体积、破岩效率、齿下岩石损伤区特征进行分析。试验结果表明:1)所选试验齿形中直径为18 mm镐齿破岩效率最高;2)齿间距和排间距为35~40 mm时,镐齿侵入破岩效率最高;3)应用荧光裂纹显现法分析齿下岩石裂纹分布特征,获得了不同齿形参数下岩石损伤区范围及裂纹扩展模式、裂纹特征分析结果,与通过侵入力、破岩比能分析得出的破岩效率结论一致。

不同攻击角下镐型截齿线性切削破岩特性

深入探讨不同攻击角下镐型截齿线性切削破岩特性,以期优化截齿参数设计,提升破岩效率,降低能耗。构建镐型截齿破岩MatDEM数值模型,开展不同攻击角下线性切削破岩数值模拟,获得截齿力、裂纹扩展模式以及破岩效率等关键参数。结果显示,截齿平均切削力、法向力均表现出随着截齿攻击角度增加而增大;岩石破坏模式随着截齿攻击角的增加由张拉破坏为主转变为压剪破坏为主;在切削深度为12 mm时,岩石破碎效率的最优攻角为40°,在切削深度为15 mm时,岩石破碎效率的最优攻角在55°~60°。不同的攻击角会导致截齿与岩石之间产生不同的破坏模式,进而影响破岩过程中的能量转换与效率。本文研究结论可为镐型截齿的结构参数优化设计提供参考依据,提高悬臂式掘进机的采掘效率。

悬臂式掘进机镐形截齿磨损应力分布影响因素研究

为进一步探究悬臂式掘进机镐型截齿的磨损问题,以某镐型截齿为研究对象,从应力分布角度着手,分别探究齿尖锥角、截割速度和截割深度对应力分布的影响,确定该镐型截齿的最优参数组合为截齿锥角75°,截割速度2.0m/s,截割深度30mm。在此基础上,将优化后的镐型截齿参数组合应用于实践,结果显示,截齿寿命显著提升,证明截齿磨损问题得到有效改善,表明此研究具有一定的现实意义。

基于机器学习的镐型截齿截割力预测

截齿的截割力是衡量其能否实现破岩的重要参数,对掘进机械的设计选型至关重要。本文基于截割破岩试验数据,构建包含训练集和测试集的截割力特征集,研究了不同机器学习方法的镐型截齿截割力预测能力。采用均方误差和决定系数作为模型预测能力的评估指标,研究表明,多项式回归模型的预测模型效果最好,其性能优于传统计算模型,最适合用于建立截割力预测模型;线性回归类模型对截割力预测性能较差,不适合用于建立截割力预测模型;决策树类模型的性能相对于多项式模型略差,也有一定的应用前景。本研究为截齿截割力的预测提供了新的解决思路。

镐形截齿截割煤岩过程的数值模拟分析

截齿是煤矿采掘机械的关键截割部件,为了研究截齿合适的截割参数,提高煤岩截割的效率,利用Drucker-Prager塑性本构模型与Shear Damage损伤模型建立了镐形截齿截割煤岩的三维有限元模型,分析了不同截割角度、截割深度及相邻截齿间距下,截齿受到的平均切向力、比能耗和煤岩体上的应力分布特征。为镐形截齿的截割工艺优化提供了理论参考,有利于缩短截齿优化设计周期。

基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性研究

判定矿岩可截割性是悬臂式掘进机机械连续开采技术在矿山研究应用的基础与关键问题,也是决定掘进机能否有效经济破岩的基本要素。针对国内可截割性的概念和指标缺少统一共识性结论的问题,提出了基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性指标与评价方法。利用自主研发的截齿侵入试验平台,设计了标准截齿侵入试验方法与试验流程,对试验平台、岩样制备、侵入截齿、截割厚度、截割角、试验次数等均进行了标准化设计。通过对实际矿山悬臂式掘进机机械掘进工业试验数据和镐形截齿侵入试验获得的可截割性评价结果进行对比,证明了基于镐形截齿侵入试验评价矿岩可截割性的准确性。本方法中只要能够获取到用于开展截齿侵入试验的岩样即可评价出矿岩可截割性,创新了地下非煤矿山矿岩可截割性评价方法,弥补了传统仅靠岩石单体强度来经验判断矿岩可截割性的缺陷,适用于我国地下非煤矿山悬臂式掘进机机械破岩可行性的科学评价。

镐形截齿截割效率的影响因素研究及建议

镐形截齿是矿山采掘机械装备破岩落煤的关键性零件及易损件。针对影响镐形截齿截割效率的三方面因素:截齿材质、截齿外形和截齿排布,进行分析并提出相关建议。截齿材质方面通常采用熔覆耐磨层、调整碳化物颗粒度及钴粉比例、复合材质等方式提高截齿性能。分析了截齿不同部位的高度、直径、角度在截割煤岩时发挥的不同作用。总结了截齿排布因素中打击角、螺旋线、截割直径的参数范围以及对截割效率的影响。研究结果对于提高截齿的使用寿命、降低截齿消耗量、减少开采成本具有一定的理论和实际意义。

基于LS-DYNA采煤机镐型截齿截割有限元分析

利用ANSYS中的LS-DYNA模块,建立采煤机截齿截割煤层的有限元三维数字化模型,模拟了镐型截齿截割煤层的动态过程。在后处理中,获取了截齿的能量、速度和加速度等的时间历程曲线,分析了截齿安装的不同角度对截割块煤效率的影响,得出了对块煤截割效率最高的截齿安装角为40°。

镐型截齿割岩过程的温度场模拟

通过截齿磨损与齿尖锥角的关系以提高其工作可靠性和寿命,利用ABAQUS软件建立截齿割岩的三维有限元模型,对其过程进行热力耦合分析,探究其温度分布和变化规律。结果表明:截齿锥角对温度的影响不显著,高温区分布影响显著。在锥角小于崩落角范围内,随着齿尖锥角的增大,刀尖点稳定温度略有降低,而高温区域增多面积增大且位置下移。滚筒转速对温度影响显著,且随着滚筒转速的增大刀尖点稳定温度呈增大的变化规律,截齿合金头温度分布与应力分布基本一致,均呈月牙形。该研究为深入理解截齿的磨损机理提供了参考。

镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。

等切削厚度的镐型齿旋转截割煤岩比能耗模型

为探明截割转速与牵引速度对比能耗影响的规律,根据旋转截割实验载荷谱,建立了截齿平面和旋转截割比能耗理论模型;采用离散统计算法,给出了旋转截割比能耗与截割转速的实验计算模型。结果表明:平面和旋转截割比能耗理论模型的数学描述具有一致性,切削厚度不变,旋转截割比能耗随截割转速同步增大,单位转速的截割比能耗递增率为0.73%。旋转截割比能耗理论计算的修正模型,反映出了与切削厚度、截割转速以及煤岩截割特性的关系,使截割比能耗的评价更接近实际和截割参数优化更为有效。

采煤机镐形截齿疲劳寿命分析及优化

为了寻找采煤机镐形截齿合理的安装姿态,并分析和提高镐形截齿的疲劳寿命,以MG600采煤机滚筒为研究对象,利用UG建立4种不同切向安装角度截齿的MG600采煤机滚筒,通过LS-DY-NA对这4种采煤机滚筒截割煤壁的过程进行模拟,得出镐形截齿所受的截割阻力图,将所求得的截割阻力数据导入MATLAB中求出截割阻力均值,在UG/NASTRAN中将此截割阻力均值加载到不同切向安装角度的截齿上并分析其疲劳寿命。研究结果表明,切向安装角度为45°镐形截齿的疲劳寿命最长,且不易折断。

采煤机镐形齿与刀形齿截割力试验分析

为分析镐形齿与刀形齿的截割力的关系 ,自制试验台并建立试验测试系统 ,通过对试验数据、理论的分析获得镐形齿的数学模型。

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。

采煤机镐形截齿受力分析及结构优化

对MG300/710-WD采煤机的镐形截齿进行了受力分析,并讨论了镐形截齿的破煤机理。在静力学分析的基础上,以镐形截齿齿尖的圆锥半角和圆孔半径为设计参数,以最大等效应力和质量为目标参数,对镐形截齿进行了优化设计,并得到了更为合理的镐形截齿结构。

镐形截齿失效原因分析及改进措施

镐形截齿在实际生产过程中极易失效。根据截齿结构、材料选择和截割工况,以及生产现场失效调查统计结果,分析讨论了截齿失效的形式和原因,并提出了几点提高其工作性能的措施。

钎焊质量对镐形截齿硬质合金头脱落失效的影响

硬质合金头脱落是镐形截齿失效的一种常见形式,其发生的主要原因是钎焊质量。通过对影响截齿钎焊质量的几种因素分析,探寻提高钎焊质量和截齿性能的一些方法措施,为镐形截齿的研制和钎焊工艺控制提供参考。

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。

基于ANSYS的不同形状镐齿的有限元分析

为了研究镐齿形状对其强度的影响,取几何尺寸相同、结构形状不同的三种截齿进行比较分析,建立了三种不同形状镐形截齿的结构模型,利用ANSYS软件在同样载荷作用下对各个截齿进行应力分析,得出各截齿的变形图和应力分布图,掌握了每种截齿工作时各点应力大小和易受损的位置,所得结果为正确选择和合理设计截齿结构以及改进截齿的设计、改善镐形截齿的受力状况、提高截齿工作的可靠性和使用寿命提供了重要的依据。

不同截割状态下镐型截齿侧向力的实验与理论模型

为建立不同截割状态下镐型截齿侧向力的数学模型,依据截割机理与力学原理分析截齿的截割工况及侧向力的力学特征,在不同的截割状态下,采取截割侧向力与碾挤压附加侧向力有条件叠加的方法,建立了侧向力数学模型;对不同倾斜角和切削厚度截齿侧向力的载荷谱进行频域频谱分析和时域分解,利用最小二乘法反求侧向力模型中的关联性系数,综合修正理论模型。结果表明:侧向力由截割和碾挤压附加侧向力构成,侧向力模型可以综合反映截齿参数、煤岩性质和工作参数的量化关系;实验验证了理论模型的本构关系和定量的准确性,侧向力高频载荷随机变化程度与倾斜角关联性小,低频载荷幅值的主要成分0 Hz稳态值与倾斜角成正比关系。该研究为解决工作机构轴向力平衡等问题,改善设备稳定性提供有效的分析方法和基础。