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1、2017年第1期煤礦機(jī)電梁萬(wàn)吉．掘進(jìn)機(jī)截割頭載荷模擬研究[J]．煤礦機(jī)電，2017(1)：14．doi：10．16545“cnki．cmet．2017．01．001掘進(jìn)機(jī)截割頭載荷模擬研究術(shù)梁萬(wàn)吉(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西太原030006)摘要：列述了煤巖的斷裂機(jī)理及力學(xué)性能，分析了煤巖性質(zhì)對(duì)截割頭載荷的影響。依據(jù)常用的理論公式，編制計(jì)算程序，模擬了縱軸式截割頭橫擺工況下煤巖的載荷。分析結(jié)果表明：截割頭沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向所受的力呈無(wú)規(guī)律波動(dòng)狀態(tài)；三向力及截割功率的最大值隨煤層的堅(jiān)固性系數(shù)的增大而線性增大；截割一定堅(jiān)固性系數(shù)煤巖，所得的截割功率最大值可用于初步確定掘進(jìn)機(jī)的適
2、用范圍。關(guān)鍵詞：斷裂機(jī)理；縱軸式截割頭；堅(jiān)固性系數(shù)；截割載荷中圖分類(lèi)號(hào)：TD421．5+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1001—0874(2017)01—0001—04StudyOfLOadSimuIatiOnfOrCuttingHeadOnROadheaderLi口愕形口巧i(CCrIEGTaiyuanResearchInstituteCo．，Ltd．，Taiyuan030006，China)AbstraCt：Thefhcturemechanismandmechanicalpropertiesofcoalandrockwereenumerated，andtheirinnuencesont
3、he10adofroadheader’scuttingheadwereanalyzed．Basedonthetheoreticalfb珊ulaincommonuse，thecalculationprogramwasworkedout，theloadoflongitudinaLlcuttingheadduringtransVersesweepwassimulated．TheresultshowsthatthefbrcesaetingoncuttingheadalongthreecoordinateaxeshaVeemergedasin-egularwaveform．Theirmaximu
4、mvalues，asweUasthemaximumcuttingpower，areincreasing1inearlyalongwiththeincreaseofthefimnesscoemcientofcoalandrock．ThemaximumcuttingpowermaybeusedforpreliminarydeterminingtheusefulrangeoftheroadheaderfordifkrentfiHnness．Keywords：fracturemechanism；longitudinalcuttinghead；fi珊nesscoe仿cient；cuttinglo
5、adO引言1煤巖的斷裂機(jī)理掘進(jìn)機(jī)工作條件惡劣，煤巖微觀結(jié)構(gòu)(礦物顆粒組成及各類(lèi)缺陷)和物理力學(xué)性質(zhì)的不均勻性，是造成截割頭載荷宏觀不均勻性和非線性特征的主要原因¨J。國(guó)內(nèi)外對(duì)煤巖破碎的研究成果很多‘2引。本文研究掘進(jìn)機(jī)截割頭載荷的影響因素，通過(guò)編制計(jì)算機(jī)程序模擬截割頭載荷，分析煤巖性質(zhì)對(duì)截割載荷的影響規(guī)律。s山西省基礎(chǔ)研究青年科技研究基金項(xiàng)目(2叭5021135)1．1煤巖斷裂機(jī)理徐小荷、余靜提出了煤巖斷裂模型舊J，把截割頭破碎巖石的過(guò)程大致分為彈性變形、裂紋發(fā)展、密實(shí)核形成和煤巖斷裂4個(gè)階段。當(dāng)壓力超過(guò)一定值，煤巖體發(fā)生崩裂，作用在截齒上的載荷瞬間減小，完成一次截割破碎過(guò)程。1．2煤
6、巖的力學(xué)性能煤巖性質(zhì)對(duì)截割過(guò)程影響很大，煤巖的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度常作為評(píng)價(jià)巖石承載能力的指標(biāo)。煤巖的堅(jiān)固性系數(shù)反映其抵抗破碎的能-2·煤礦機(jī)電2017年第1期力，代表其特征的可靠指標(biāo)，廣泛用于采礦與勘探業(yè)。煤巖的堅(jiān)固性系數(shù)，與單軸抗壓強(qiáng)度工的關(guān)系如下：／2需(1)，2截割頭載荷的數(shù)學(xué)模型截割頭上的載荷反映了掘進(jìn)機(jī)的截割性能及工作狀態(tài)。本文采用I．Evans提出的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算截齒載荷，它是目前設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)及對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估時(shí)常用的計(jì)算方法Hml2]。2．1截齒的載荷計(jì)算第i個(gè)截齒的三向力計(jì)算公式如下：截割阻力：zi=P々[矗。矗。南，(0．25+0．018￡危i)+0．1．sd
7、](2)牽引阻力：E=z。(o．15+o．ooo56P^)2．5／^?’4(3)側(cè)向阻力：置=Ksinpi(4)式中，R為巖石的接觸強(qiáng)度，MPa；．j}。為截齒類(lèi)型影響系數(shù)，鎬形齒為1．5；七。為硬質(zhì)合金刀頭影響系數(shù)；．j}。為截齒幾何形狀影響系數(shù)；S。為齒的后刃面磨鈍后在牽引方向的投影面積，鎬形齒取15～20mm2；成為截齒的安裝軸線相對(duì)于齒尖回轉(zhuǎn)平面的傾斜角；￡為平均截線間距；矗。為第i個(gè)截齒處于任意位置時(shí)的切屑厚度，^i=^?sin(Di
