掘进机截割头载荷模拟研究.pdf

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1、2017年第1期煤矿机电梁万吉．掘进机截割头载荷模拟研究[J]．煤矿机电，2017(1)：14．doi：10．16545“cnki．cmet．2017．01．001掘进机截割头载荷模拟研究术梁万吉(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030006)摘要：列述了煤岩的断裂机理及力学性能，分析了煤岩性质对截割头载荷的影响。依据常用的理论公式，编制计算程序，模拟了纵轴式截割头横摆工况下煤岩的载荷。分析结果表明：截割头沿三个坐标轴方向所受的力呈无规律波动状态；三向力及截割功率的最大值随煤层的坚固性系数的增大而线性增大；截割一定坚固性系数煤岩，所得的截割功率最大值可用于初步确定掘进机的适

2、用范围。关键词：断裂机理；纵轴式截割头；坚固性系数；截割载荷中图分类号：TD421．5+2文献标识码：B文章编号：1001—0874(2017)01—0001—04StudyOfLOadSimuIatiOnfOrCuttingHeadOnROadheaderLi口愕形口巧i(CCrIEGTaiyuanResearchInstituteCo．，Ltd．，Taiyuan030006，China)AbstraCt：Thefhcturemechanismandmechanicalpropertiesofcoalandrockwereenumerated，andtheirinnuencesont

3、he10adofroadheader’scuttingheadwereanalyzed．Basedonthetheoreticalfb珊ulaincommonuse，thecalculationprogramwasworkedout，theloadoflongitudinaLlcuttingheadduringtransVersesweepwassimulated．TheresultshowsthatthefbrcesaetingoncuttingheadalongthreecoordinateaxeshaVeemergedasin-egularwaveform．Theirmaximu

4、mvalues，asweUasthemaximumcuttingpower，areincreasing1inearlyalongwiththeincreaseofthefimnesscoemcientofcoalandrock．ThemaximumcuttingpowermaybeusedforpreliminarydeterminingtheusefulrangeoftheroadheaderfordifkrentfiHnness．Keywords：fracturemechanism；longitudinalcuttinghead；fi珊nesscoe仿cient；cuttinglo

5、adO引言1煤岩的断裂机理掘进机工作条件恶劣，煤岩微观结构(矿物颗粒组成及各类缺陷)和物理力学性质的不均匀性，是造成截割头载荷宏观不均匀性和非线性特征的主要原因¨J。国内外对煤岩破碎的研究成果很多‘2引。本文研究掘进机截割头载荷的影响因素，通过编制计算机程序模拟截割头载荷，分析煤岩性质对截割载荷的影响规律。s山西省基础研究青年科技研究基金项目(2叭5021135)1．1煤岩断裂机理徐小荷、余静提出了煤岩断裂模型旧J，把截割头破碎岩石的过程大致分为弹性变形、裂纹发展、密实核形成和煤岩断裂4个阶段。当压力超过一定值，煤岩体发生崩裂，作用在截齿上的载荷瞬间减小，完成一次截割破碎过程。1．2煤

6、岩的力学性能煤岩性质对截割过程影响很大，煤岩的抗压强度、拉伸强度及剪切强度常作为评价岩石承载能力的指标。煤岩的坚固性系数反映其抵抗破碎的能-2·煤矿机电2017年第1期力，代表其特征的可靠指标，广泛用于采矿与勘探业。煤岩的坚固性系数，与单轴抗压强度工的关系如下：／2需(1)，2截割头载荷的数学模型截割头上的载荷反映了掘进机的截割性能及工作状态。本文采用I．Evans提出的数学模型来计算截齿载荷，它是目前设计掘进机及对其进行性能评估时常用的计算方法Hml2]。2．1截齿的载荷计算第i个截齿的三向力计算公式如下：截割阻力：zi=P々[矗。矗。南，(0．25+0．018￡危i)+0．1．sd

7、](2)牵引阻力：E=z。(o．15+o．ooo56P^)2．5／^?’4(3)侧向阻力：置=Ksinpi(4)式中，R为岩石的接触强度，MPa；．j}。为截齿类型影响系数，镐形齿为1．5；七。为硬质合金刀头影响系数；．j}。为截齿几何形状影响系数；S。为齿的后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积，镐形齿取15～20mm2；成为截齿的安装轴线相对于齿尖回转平面的倾斜角；￡为平均截线间距；矗。为第i个截齿处于任意位置时的切屑厚度，^i=^⋯sin(Di