截齒-煤巖作用力學(xué)有限元仿真.pdf

1、煤巖截割是截齒與煤巖體相互作用的復(fù)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(xué)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(jī)截割機(jī)具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、截割參數(shù)規(guī)劃、采煤機(jī)選型提供重要依據(jù)，同時對提高截齒壽命、采煤機(jī)可靠性及經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的實(shí)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(zhǔn)則的煤巖截割有限元模型并與截割試驗(yàn)進(jìn)行對比驗(yàn)證，當(dāng)截割厚度為5，10，15，20 mm時

2、，仿真試驗(yàn)截割力分別與試驗(yàn)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(yàn)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(jié)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(kuò)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(jié)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(dāng)截割厚度為80 mm時，截割比能耗最?。浑S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(zhuǎn)截割有限元模型，通過有限元仿真

4、試驗(yàn)研究了旋轉(zhuǎn)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(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)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(kuò)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(jìn)行了不同沖擊角度（35°，40°，45°，50°）的旋轉(zhuǎn)截割仿真試驗(yàn)，結(jié)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