碟盘刀具振动切削煤岩的力学模型与载荷特性研究

本文主要探讨了"碟盘刀具振动切削煤岩的理论力学模型与载荷特性"这一主题，针对煤炭行业中普遍存在的煤岩机械刀具破碎效率低下和寿命短的问题，研究者提出了一种创新方法，即通过在碟盘刀具上引入轴向振动和径向切削相结合的方式，以提升破碎煤岩的效果。文章的核心内容集中在构建碟盘刀具在振动和切削过程中破碎煤岩的力学模型。 首先，研究者关注的是煤岩的崩落特性，包括崩落面积和当量崩落角，这些因素对于刀具的工作性能至关重要。他们利用单位断裂面上的受力极限强度和最小能量法作为构建模型的基础准则，以期揭示在振动切削过程中刀具承载的应力分布和载荷特征。这种理论模型的建立，旨在优化刀具设计，提高其破碎煤岩的效率和稳定性。 接着，文章利用扩展线性Drucker-Prager塑性本构模型，这是一种广泛应用于岩石力学分析的模型，进行数值模拟，通过ABAQUS软件来模拟碟盘刀具在实际工作条件下的应力云图和载荷特性。这种方法有助于预测和理解刀具在振动切削过程中的性能表现。 在实验验证阶段，研究人员在振动切削试验台上进行了实际操作，通过调整振动频率和振幅等参数，测试了不同切削厚度下碟盘刀具的载荷特性。通过对比理论模型计算值与数值模拟以及试验数据，作者发现碟盘刀具在轴向振动和径向切削下的载荷特征有显著差异。具体来说，破裂范围呈现出月牙形，从中心向两侧逐渐减小；在振动切削下，径向载荷相较于传统的单作用切削显著降低；并且，理论模型与实际测量的载荷峰值之间存在误差，但总体上误差相对较小，轴向载荷的理论模型计算值与数值模拟峰值的平均误差分别为9.25%和8.34%，径向载荷的误差则更低，为9.12%。 总结来说，本文的研究不仅提出了新的碟盘刀具破碎煤岩的工艺，还通过对理论力学模型的构建和实验验证，为改进煤岩破碎设备的设计提供了有价值的参考依据。这一成果对于提高煤炭开采的效率和安全性，以及推动煤炭行业的智能化进程具有重要意义。