ebz-135型懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

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1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文型號(hào)掘進(jìn)機(jī)截割頭進(jìn)行分析，同時(shí)，技術(shù)人員也結(jié)合國外截割方面的理論，進(jìn)行一些截割試驗(yàn)，在截割理論方面也有了一些自己的認(rèn)識(shí)。在這一時(shí)期，我國也自主研制了一些型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，但在截割頭設(shè)計(jì)方面還是主要參照國外的掘進(jìn)機(jī)或是在國內(nèi)外比較認(rèn)可的取值范圍內(nèi)進(jìn)行一些參數(shù)的取值。第三階段是20世紀(jì)90年代至今，為自主研發(fā)階段。這一階段我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)水平大幅度提高，中型掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟，重型掘進(jìn)機(jī)大批出現(xiàn)，截割頭設(shè)計(jì)水平也有了提高。這一時(shí)期技術(shù)人員消化吸收國際先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也將一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和研究思路應(yīng)用到截割頭的設(shè)計(jì)研究中，能夠自主設(shè)計(jì)不同型號(hào)和

2、要求的截割頭。目前我國在截割頭設(shè)計(jì)方面的研究大多采用理論分析的方法，如根據(jù)國內(nèi)外已有的截割理論，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)，對(duì)截割頭上的一些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。也有學(xué)者將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到截割頭的研究設(shè)計(jì)上，建立多目標(biāo)，更完整的數(shù)學(xué)模型，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解，對(duì)截割頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，有限元、數(shù)值模擬等一些較先進(jìn)的技術(shù)也應(yīng)用到截割頭的分析研究中。我國掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)越來越重視在掘進(jìn)機(jī)截割頭方面的研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在截割頭方面的設(shè)計(jì)研究水平已經(jīng)有了一定的高度。但由于截割頭自身非常復(fù)雜，截割對(duì)象復(fù)雜多樣，巖石破碎隨機(jī)性強(qiáng)，在截割頭設(shè)計(jì)理論方面需要做的工作

3、還很多，現(xiàn)有的水平和［1-8］和世界先進(jìn)水平仍存在差距。國際上，掘進(jìn)機(jī)的研制和生產(chǎn)比我國要早約30年，早在20世紀(jì)30年代，德國、蘇聯(lián)、英國、美國等國家就開始了煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)的研制，第二次世界大戰(zhàn)后巷道掘進(jìn)機(jī)在一些國家得到了較廣泛的應(yīng)用。由于國外在掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用比我國要早，所以在截割頭設(shè)計(jì)理論方面的研究也比我國要早，并且都很重視這方面的研究。在掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的前期，國外不少國家通過大量單齒或多齒截割試驗(yàn)，建立出截齒和截割頭受力的數(shù)學(xué)模型，得出了一些截割理論，如前蘇聯(lián)通過大量試驗(yàn)分析，從截割過程中截齒及工作機(jī)構(gòu)的載荷變化研究影響其載荷大小變化的因素；還有如英國及德國等在掘進(jìn)機(jī)截

4、割試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，通過分析研究，尋求截割機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及方法。前期各國的大量試驗(yàn)和研究為截割頭設(shè)計(jì)理論的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。近年來，世界各國生產(chǎn)和研發(fā)掘進(jìn)機(jī)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)，將計(jì)算機(jī)模擬、動(dòng)態(tài)可視化設(shè)計(jì)、有限元分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到截割頭的設(shè)計(jì)研究上，推動(dòng)著掘進(jìn)機(jī)截割理論快速的發(fā)展。目前，國際上在掘進(jìn)機(jī)截［9-14］割頭方面的設(shè)計(jì)研究已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。2太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文1.3課題研究的主要內(nèi)容課題中將數(shù)值模擬技術(shù)和EBZ-135型懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭（以下簡稱截割頭）截割煤巖分析和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)合起來，以UG、ANSYS/LS-DYNA10.0為

5、分析工具，在計(jì)算機(jī)中對(duì)截割頭橫切和鉆進(jìn)煤巖兩種工況進(jìn)行模擬。分析模擬結(jié)果得出改進(jìn)方案對(duì)截割頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。論文主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：(1)截割頭截割煤巖的數(shù)值模擬。在UG3.0中建立截割頭與煤巖三維模型，然后將模型導(dǎo)入動(dòng)力分析軟件中，建立截割頭截割煤巖數(shù)值模擬模型，在計(jì)算機(jī)中模擬截割頭截割煤巖過程，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理，得到截割頭截割煤巖時(shí)各截齒和截割頭受到外力的情況，并對(duì)受力情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。(2)截割頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。通過分析和對(duì)比各截齒受到外力的情況，調(diào)整截齒間的截線間距，使各截齒受到外力差異減小。通過多次的調(diào)整和截割模擬、對(duì)比分析，得出較好的改進(jìn)方案。改進(jìn)后的截割頭

6、在截割煤巖時(shí)各齒所受外力差異比原來變小了，截割頭整體受到外力的波動(dòng)也變小了，達(dá)到了改進(jìn)截割頭結(jié)構(gòu)的目的。3太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第二章截割頭截割煤巖的數(shù)值模擬本章將對(duì)比分析各種CAE軟件，選擇更適合模擬截割頭截割煤巖的程序。建立截割頭三維實(shí)體模型，然后在數(shù)值模擬程序中建立截割頭截割煤巖的數(shù)值模擬模型，對(duì)截割頭橫切和鉆進(jìn)煤巖兩種工況進(jìn)行模擬，得到截割頭在截割煤巖時(shí)各截齒和截割頭整體受到的外力。2.1截割頭與煤巖三維模型的建立2.1.1截割頭三維模型的建立三維模型的建立是數(shù)值模擬分析中重要、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。UG軟件能夠方便的建立復(fù)雜的三維模型，考慮到截割頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件

7、較多，課題研究中選擇在UG3.0中建立截割頭的各零部件，然后在UG3.0中進(jìn)行裝配，裝配好后將三維模型導(dǎo)入ANSYS/LS-DYNA10.0中，建立截割頭截割煤巖的數(shù)值模擬模型。課題研究中的EBZ-135型掘進(jìn)機(jī)截割頭為縱軸式，實(shí)體如圖2-1所示，上面安裝有36個(gè)鎬形截齒和齒座，截齒編號(hào)和排列方式如圖2-2所示，這些截齒和齒座按三頭螺旋的形式分布在截割頭頭體上。每條螺旋線上焊有排煤屑用的螺旋葉片。截割頭上還有噴霧用的水孔、噴嘴等。截割頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)較多，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：截線間距、螺旋升角和頭數(shù)、切削角、轉(zhuǎn)角、葉片高度與厚度和頭體的長度、