截齒-煤巖作用力學有限元仿真.pdf

1、煤巖截割是截齒與煤巖體相互作用的復雜過程。深入研究煤巖截割過程截齒與煤巖相互作用的力學特性、以及截割參數(shù)對截齒截割性能的影響規(guī)律，可為采煤機截割機具的創(chuàng)新設計、截割參數(shù)規(guī)劃、采煤機選型提供重要依據(jù)，同時對提高截齒壽命、采煤機可靠性及經(jīng)濟效益都具有十分重要的實際意義。
　　本文采用 Abaqus/Explicit有限元軟件建立了基于拉伸剪切破壞準則的煤巖截割有限元模型并與截割試驗進行對比驗證，當截割厚度為5，10，15，20 mm時

2、，仿真試驗截割力分別與試驗截割力相差0.1％，12%，18.6%，7.4%，具有較好的一致性。另外，通過有限元仿真試驗深入研究了截齒直線截割煤巖過程以及截割參數(shù)對截割性能的影響規(guī)律。結果表明，煤巖直線截割過程煤巖的破碎經(jīng)過變形階段、裂紋萌生階段、裂紋擴展階段三個階段，主要以拉伸破壞為主，并伴有部分剪切破壞的拉剪共同作用的結果；隨著截割厚度的增大，截割力、截割力的波動程度及煤巖碎屑尺寸增大，截割力頻譜圖的峰值頻率減小，煤巖的破碎角不變。截

3、割比能耗隨著截割厚度的增大先減小后增大，當截割厚度為80 mm時，截割比能耗最小；隨著煤巖硬度的增大，截割力及煤巖碎屑的大小增大，截割力曲線波動程度增大，截割力頻譜圖的峰值頻率減小，煤巖的破碎角增大，截割比能耗增大；隨著截割速度的增大，截割力及截割比能耗變化很小。另外，隨著截割速度的增大，截割力頻譜圖的峰值頻率增大，截割力的波動程度增大，煤巖的破碎角不變。
　　以上灣煤礦為背景，建立了單截齒全尺寸旋轉截割有限元模型，通過有限元仿真

4、試驗研究了旋轉截割過程煤巖破碎過程及截割參數(shù)對截割性能的影響規(guī)律，結果表明，旋轉截割過程煤巖的破碎經(jīng)過變形階段、裂紋萌生階段、裂紋擴展階段三個階段；增大齒尖直徑、減小齒身錐角能夠降低比能耗，提高截割效率；隨著煤巖硬度的增大，截割力增大，截割比能耗增大，截割力曲線波動程度增大。進行了不同沖擊角度（35°，40°，45°，50°）的旋轉截割仿真試驗，結果表明截割力及截割比能耗隨著沖擊角度的增大先增大后減小，沖擊角度為40°時，截割力及截割比