截齒破巖力學特性與碎片分離數值模擬研究

萬麗榮，高冠順，逯振國，王志文，馬玉華

(山東科技大學 機械電子工程學院，山東 青島 266590)

0 引 言

目前，煤炭開采工作面采高逐漸增高，開采技術及開采裝備不斷發展，巷巖掘進速度不斷加快[1-2]。巷巖掘進設備主要以懸臂式掘進機為主，在截割過程中截齒承受較大沖擊載荷，因此截齒是最容易磨損和損壞的部件，進而影響整個掘進機的工作性能[3-5]。為提高掘進機工作效率，國內外眾多學者針對截齒截割機理及性能做了大量研究。王想等[6]研究了相關角度參數對截割力和比能耗的影響。杜鑫等[7]利用ANSYS/LS-DYNA，分析了不同截割線速度截齒受力，得出隨著截割速度的增加，截齒所受最大峰值應力逐漸減小，隨著線速度的繼續增加，最大峰值應力減小的幅度變小。劉春生[8]探究了截割力譜的分形特征與安裝角及切削厚度的關系。LIU等[9]利用PFC(2D)研究了巖石物理參數對巖石破壞和截割性能的影響。WANG等[10]研究了切削參數對截割比能耗及切削力的影響，并提出比能的一般模型。DAI等[11]和SU等[12]利用DEM(3D)來研究破巖過程，其研究的共同特點是碎片的分離為顆粒形式。LI等[13]利用LS-DYNA(3D)研究了不同截割頭截割巖石力的變化情況，結果表明不同安裝角下的截割力不同。毛君等[14]研究了截齒安裝角對截割性能的影響得出安裝角為45°時截割效率最高。王立平等[15]研究了基于Evans截割模型鎬型截齒截割力的計算，得出了截割力計算公式。王杰等[16]基于單元破裂的方式，構建了連續-非連續單元法，并應用于巖石裂紋擴展問題。……