截齒工作角度布置及水射流輔助截割頭破巖研究.pdf

1、掘進(jìn)機作為煤礦井下巷道掘進(jìn)的關(guān)鍵裝備，其截割頭性能的好壞直接決定了掘進(jìn)機性能的優(yōu)劣，為安全高效地開采煤炭資源，應(yīng)當(dāng)對掘進(jìn)機截割頭的截齒破巖進(jìn)行研究和改進(jìn)，使其鉆進(jìn)性能和截割性能提高?；诖?，本文對截齒工作角度和高壓水射流輔助破巖進(jìn)行了研究，并根據(jù)研究結(jié)果，研發(fā)了截齒工作角度優(yōu)化的高壓水射流輔助破巖截割頭，利用煤巖截割試驗臺對其進(jìn)行試驗研究。
　　以巖石的結(jié)構(gòu)特性和物理機械性質(zhì)為基礎(chǔ)，對截齒截割破巖機理進(jìn)行了分析?；趯嶋H制造中定位

2、截齒軸線和齒座底面的角度安裝工藝，建立了鉆進(jìn)工況條件下截割頭截齒的空間力學(xué)模型，基于此，分析了截齒工作角度對截齒受力的影響，建立了截割頭鉆進(jìn)工況條件下所受載荷模型。
　　以單齒直線破巖數(shù)值試驗為基礎(chǔ)，驗證ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬截齒破巖的準(zhǔn)確性。通過已驗證的數(shù)值模擬方法研究單齒鉆進(jìn)破巖過程，根據(jù)仿真結(jié)果修正截齒空間力學(xué)模型，通過對不同仰角、傾斜角條件下單齒鉆進(jìn)工況研究得到：截齒所受截割阻力和斜率隨著仰角、傾斜角的增大而增

3、大；截齒所受進(jìn)給阻力和斜率隨著仰角的增大而增大，隨著傾斜角的增大而減??；仰角的合理選取范圍應(yīng)大于齒尖錐角的0.5倍小于50?，傾斜角的合理選取范圍是20?~50?。
　　以高壓水射流沖擊破巖機理為基礎(chǔ)，建立了水射流破巖的流固耦合作用方程。通過對水射流噴嘴的流場特性仿真分析指出：水射流由核心段、破裂段和水滴段組成，水射流軸線上的速度逐漸衰減；對水射流的兩相混合分布規(guī)律進(jìn)行了分析，在噴嘴內(nèi)部，流體的介質(zhì)為水，在噴嘴外部，流體的介質(zhì)為兩

4、相混合，距噴嘴軸線越近，水射流的主要介質(zhì)水的體積含量越高。對水射流沖擊作用下巖石變形和水射流輔助截齒破巖進(jìn)行了仿真分析，得到水射流作用的應(yīng)力波具有明顯的局部效應(yīng)，截齒在水射流應(yīng)力波作用范圍內(nèi)進(jìn)行破巖，當(dāng)水射流輔助截齒破巖時，水射流提前于截齒破壞巖石單元，并改變巖石單元所受應(yīng)力。相比較于無水射流輔助截齒破巖，當(dāng)水射流壓力為20MPa時，截齒最大值受力減小率為15.77％，均值減小率為27.34%，說明水射流輔助截齒破巖具有較好的效果。

5、r>　　基于截齒工作角度對單齒鉆進(jìn)工況條件下載荷研究和高壓水射流輔助截齒破巖仿真研究，根據(jù)當(dāng)前截割頭截齒的布置參數(shù)，優(yōu)化截割頭截齒角度并設(shè)置高壓水射流噴嘴，從而研發(fā)了截齒工作角度優(yōu)化的高壓水射流輔助破巖截割頭。通過對優(yōu)化前后截割頭鉆進(jìn)破巖試驗結(jié)果的對比分析，得到截割頭截齒工作角度優(yōu)化有效地降低截割頭載荷；鉆進(jìn)工況條件下截割頭的扭矩以及進(jìn)給阻力都與水射流壓力、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度呈指數(shù)關(guān)系，隨著水射流壓力的增大而減小，隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小，隨著