论文部分内容阅读
掘进机是煤矿机械化掘进的关键装备,其截齿在截割硬岩过程中受力大、磨损快,导致掘进效率低,进尺成本增加,已经成为影响我国煤炭资源高效开采的重要因素,因此,为提高掘进机截齿在截割坚硬岩体时的适应性和工作高效性,在掌握截齿破岩系统动力学性能和破岩理论的基础上,进行高压水射流-截齿联合配置方式及破岩性能研究,是解决坚硬岩石快速掘进问题,提高综掘机械化程度,并最终实现煤炭资源高效开采的有效途径。本文采用理论分析、仿真和试验相结合的方法,对高压水射流-截齿不同配置方式破岩性能进行研究。论文以机械破岩理论以及水射流破岩理论为基础,对高压水射流-截齿的截割破岩机理进行研究,并研发高压水射流-截齿联合破岩试验台。在考虑岩石抗压强度、密度的基础上,研制试验用岩样,研发中心射流-截齿、前置式射流-截齿、侧置式射流-截齿、后置式射流-截齿四种高压水射流-截齿的配置方式。为验证研发的中心射流-截齿内部流道的可靠性以及研究水射流冲击破岩时岩石的损伤破坏机理,对所研发的中心射流-截齿的内部流道以及水射流冲击破碎岩石的损伤过程进行仿真分析,研究表明,合金头喷嘴结构设计较合理,水射流冲击损伤主要由剪切破坏和拉伸破坏引起,水射流冲击破碎岩石主要集中在冲击点下方,随着水射流压力的增大,水射流的冲击点下方损伤范围逐渐增大。采用SPH粒子法结合FEA有限元法对四种水射流与截齿联合破岩配置方式进行水射流-截齿耦合破岩动力学仿真,分析四种配置方式下联合破岩动态过程以及截齿载荷变化形式,研究不同射流入射角、压力、齿尖与射流冲击点距离、截深等参数对联合破岩截齿载荷的影响,得到不同配置方式破岩过程的岩石拉、压应力以及截齿载荷减小率。在进行不同配置方式仿真分析基础上,对四种配置方式进行试验研究,研究结果表明,高压水射流辅助截齿破岩具有较好的效果,截齿载荷明显减小,从截齿载荷减小率表明四种配置方式最佳为中心射流-截齿,其次是后置式射流-截齿破岩,第三是前置式射流-截齿破岩,辅助效果最差的是侧置式射流-截齿破岩,但后置式射流-截齿存在喷嘴容易损坏等问题。通过试验验证仿真分析的正确性,初步得到了高压水射流-截齿联合破岩不同配置方式的破岩性能,扩充了高压水射流-截齿联合破岩方式,为今后实际工业应用提供参考依据。