掘进机割岩的截齿安装角度研究

论文摘要

为了研究掘进机截齿割岩的安装角度与截齿截割性能之间的关系,并得到合理的截齿安装角度,首先对现有研究与实际工程中所采用的截齿安装角度进行了分析,确立了文章中所研究的截齿安装角度。通过将截齿安装角度分别按照截割功能角与安装工艺角进行描述,进一步建立了两种描述方式下角度的转换方法。在假设截齿的截割阻力和牵引阻力服从Gamma分布、侧向力服从正态分布并考虑其相关性的条件下,运用随机过程等理论并通过MATLAB编程对截割载荷进行了计算机模拟,得到了截割阻力、牵引阻力和侧向阻力的大小及变化规律。通过ABAQUS建立了考虑硬质合金头的柔性体截齿和基于Extended Liner Drucker-Prager本构模型的岩石实体模型。利用显式动力学分析模块ABAQUS/explicit对建立的有限元模型进行仿真,得到了截齿三向力的大小及变化规律。将仿真结果与数学模型模拟结果进行比较,验证了有限元模型的可靠性。通过改变有限元模型中截齿的位置参数,研究了截齿切削角与旋转角对截齿截割时所受力与力矩的影响,得到了截齿受载特性随切削角与旋转角的变化趋势。进一步利用ADAMS所建立的截齿截割动力学模型,将ABAQUS仿真得到的载荷与力矩特性导入动力学模型,研究了截齿安装角度对截齿自转性能的影响,最终给出了合理的截齿截割功能角,并利用第二章的转换方法转换为安装工艺角。结果表明:当切削角为42°46°、旋转角为7°12°时,截齿以较好的姿态切入岩石,并且有利于截齿的自转,可以延长截齿的寿命,提高截割头的工作效率。通过将其转换为实际所用的安装工艺角,为更好地设计掘进机截割头提供了参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 研究内容及方案
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方案
• 2 截齿安装角度的确立与转换
• 2.1 截齿安装角度的定义与功能描述
• 2.1.1 截割功能角
• 2.1.2 安装工艺角
• 2.2 截割功能角与安装工艺角的转换
• 3 截齿割岩模型的建立
• 3.1 应用软件简介
• 3.1.1 MATLAB
• 3.1.2 ABAQUS
• 3.1.3 Pro/ENGINEER
• 3.1.4 ADAMS
• 3.2 截齿割岩随机载荷数学模型
• 3.2.1 截齿的平均载荷
• 3.2.2 截齿的随机载荷
• 3.3 截齿割岩有限元模型
• 3.3.1 岩石本构模型的建立
• 3.3.2 ABAQUS 有限元模型的建立
• 3.4 数学模型与有限元模型仿真的对比分析
• 3.4.1 数学模型仿真
• 3.4.2 有限元模型仿真
• 3.4.3 仿真结果对比分析
• 3.5 基于ADAMS 的截齿自转动力学模型
• 4 截割功能角的选取
• 4.1 截割功能角在ABAQUS 中的表示
• 4.2 切削角的选取
• 4.2.1 切削角对割岩载荷的影响
• 4.2.2 切削角对截割力矩的影响
• 4.2.3 小结
• 4.3 旋转角的选取
• 4.3.1 旋转角对割岩载荷的影响
• 4.3.2 旋转角对截齿旋转力矩的影响
• 4.3.3 旋转角对截齿自转的影响
• 4.3.4 小结
• 5 截齿安装角度按装配工艺原则的确定
• 5.1 截割头圆柱段截齿装安装艺角的确定
• 5.2 截割头圆锥段截齿安装工艺角的确定
• 5.3 截割头过度圆弧段截齿安装工艺角的确定
• 结论
• 参考文献
• 附录A 仿真分析主要INP 文件
• 作者简历
• 学位论文数据集