纵轴式截割头工作载荷模拟研究及横摆工况分析

"本文主要探讨了纵轴式截割头在横摆工况下的载荷模拟研究，重点关注了截割头的设计、载荷计算方法以及模拟结果的分析。通过对单齿破岩试验的结论，提出了计算截割头在X、Y、Z三个方向上分力和合力的方法，以及截割功率和负载扭矩的计算模型。模拟结果显示，截割过程可分为三个阶段，即载荷线性增大阶段、状态转换阶段和载荷稳定阶段，其中稳定阶段的性能曲线呈现周期性变化。此外，通过频域分析揭示了截割头转速、截齿配置和螺旋线数量对优势频率的影响，优势频率主要集中在0~10 Hz。这些研究结果对于改进掘进机系统和进行动态特性分析具有重要的参考价值。" 在煤矿开采和地下工程建设中，纵轴式掘进机因其独特的优点而广泛应用。其工作原理是，截割电机产生的扭矩经过行星截割减速器放大，通过悬臂传递到截割头，截齿在旋转和摆动过程中破碎岩石。截割头的设计至关重要，通常由圆柱体、圆锥体和球体组成，以保证截齿的位置和姿态。截齿配置会影响截割载荷的波动、切屑形状和粉尘产生，因此对截割头载荷的模拟研究是优化掘进机性能的关键。 文章中介绍了单截齿破岩试验的相关计算方法，用于确定切向力和法向力，进而计算出截割头在不同方向的受力情况。同时，提出了截割功率和负载扭矩的计算模型，这些模型为理解截割过程中的动力学行为提供了理论基础。 通过模拟横摆工况下的截割过程，研究发现截割头的载荷变化分为三个阶段：初期的线性增大阶段，中间的状态转换阶段，以及最终的载荷稳定阶段。在稳定阶段，截割性能曲线呈现出明显的周期性，这为理解和预测掘进机的工作性能提供了依据。 频域分析揭示了截割头转速、截齿布局和螺旋线数量对载荷波动频率的影响，这些因素共同决定了优势频率的分布。这种频率分析有助于识别关键的工作参数，以便于优化掘进机的设计和操作策略。 该研究提供了深入理解纵轴式截割头工作特性的方法，对于提高掘进机的效率、降低磨损和改善工作环境具有实际意义。通过这些模拟和分析，可以为截齿配置优化、掘进机系统改进以及动态特性的深入研究提供重要数据支持。