ebz-135型悬臂式掘进机截割头结构的改进

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文型号掘进机截割头进行分析，同时，技术人员也结合国外截割方面的理论，进行一些截割试验，在截割理论方面也有了一些自己的认识。在这一时期，我国也自主研制了一些型号的掘进机，但在截割头设计方面还是主要参照国外的掘进机或是在国内外比较认可的取值范围内进行一些参数的取值。第三阶段是20世纪90年代至今，为自主研发阶段。这一阶段我国悬臂式掘进机的设计水平大幅度提高，中型掘进机发展日趋成熟，重型掘进机大批出现，截割头设计水平也有了提高。这一时期技术人员消化吸收国际先进技术的同时也将一些先进的设计方法和研究思路应用到截割头的设计研究中，能够自主设计不同型号和

2、要求的截割头。目前我国在截割头设计方面的研究大多采用理论分析的方法，如根据国内外已有的截割理论，建立相应的数学模型和目标函数，对截割头上的一些参数进行优化。也有学者将计算机辅助设计技术应用到截割头的研究设计上，建立多目标，更完整的数学模型，借助计算机进行求解，对截割头参数进行优化。同时，有限元、数值模拟等一些较先进的技术也应用到截割头的分析研究中。我国掘进机生产企业和研发机构越来越重视在掘进机截割头方面的研究，经过几十年的发展，我国在截割头方面的设计研究水平已经有了一定的高度。但由于截割头自身非常复杂，截割对象复杂多样，岩石破碎随机性强，在截割头设计理论方面需要做的工作

3、还很多，现有的水平和［1-8］和世界先进水平仍存在差距。国际上，掘进机的研制和生产比我国要早约30年，早在20世纪30年代，德国、苏联、英国、美国等国家就开始了煤矿巷道掘进机的研制，第二次世界大战后巷道掘进机在一些国家得到了较广泛的应用。由于国外在掘进机的应用比我国要早，所以在截割头设计理论方面的研究也比我国要早，并且都很重视这方面的研究。在掘进机应用的前期，国外不少国家通过大量单齿或多齿截割试验，建立出截齿和截割头受力的数学模型，得出了一些截割理论，如前苏联通过大量试验分析，从截割过程中截齿及工作机构的载荷变化研究影响其载荷大小变化的因素；还有如英国及德国等在掘进机截

4、割试验的基础之上，通过分析研究，寻求截割机构的优化设计及方法。前期各国的大量试验和研究为截割头设计理论的发展奠定了一定的基础。近年来，世界各国生产和研发掘进机的企业和机构，将计算机模拟、动态可视化设计、有限元分析以及优化设计等先进的技术应用到截割头的设计研究上，推动着掘进机截割理论快速的发展。目前，国际上在掘进机截［9-14］割头方面的设计研究已经达到了较高的水平。2太原理工大学硕士研究生学位论文1.3课题研究的主要内容课题中将数值模拟技术和EBZ-135型悬臂式掘进机截割头（以下简称截割头）截割煤岩分析和结构的改进结合起来，以UG、ANSYS/LS-DYNA10.0为

5、分析工具，在计算机中对截割头横切和钻进煤岩两种工况进行模拟。分析模拟结果得出改进方案对截割头结构进行改进。论文主要内容包括以下几点：(1)截割头截割煤岩的数值模拟。在UG3.0中建立截割头与煤岩三维模型，然后将模型导入动力分析软件中，建立截割头截割煤岩数值模拟模型，在计算机中模拟截割头截割煤岩过程，对模拟结果进行后处理，得到截割头截割煤岩时各截齿和截割头受到外力的情况，并对受力情况进行统计分析。(2)截割头结构的改进。通过分析和对比各截齿受到外力的情况，调整截齿间的截线间距，使各截齿受到外力差异减小。通过多次的调整和截割模拟、对比分析，得出较好的改进方案。改进后的截割头

6、在截割煤岩时各齿所受外力差异比原来变小了，截割头整体受到外力的波动也变小了，达到了改进截割头结构的目的。3太原理工大学硕士研究生学位论文第二章截割头截割煤岩的数值模拟本章将对比分析各种CAE软件，选择更适合模拟截割头截割煤岩的程序。建立截割头三维实体模型，然后在数值模拟程序中建立截割头截割煤岩的数值模拟模型，对截割头横切和钻进煤岩两种工况进行模拟，得到截割头在截割煤岩时各截齿和截割头整体受到的外力。2.1截割头与煤岩三维模型的建立2.1.1截割头三维模型的建立三维模型的建立是数值模拟分析中重要、关键的环节。UG软件能够方便的建立复杂的三维模型，考虑到截割头结构复杂，构件

7、较多，课题研究中选择在UG3.0中建立截割头的各零部件，然后在UG3.0中进行装配，装配好后将三维模型导入ANSYS/LS-DYNA10.0中，建立截割头截割煤岩的数值模拟模型。课题研究中的EBZ-135型掘进机截割头为纵轴式，实体如图2-1所示，上面安装有36个镐形截齿和齿座，截齿编号和排列方式如图2-2所示，这些截齿和齿座按三头螺旋的形式分布在截割头头体上。每条螺旋线上焊有排煤屑用的螺旋叶片。截割头上还有喷雾用的水孔、喷嘴等。截割头结构复杂，参数较多，主要结构参数有：截线间距、螺旋升角和头数、切削角、转角、叶片高度与厚度和头体的长度、