纵轴式掘进机截割头截齿运动学模型与仿真分析

"纵轴式掘进机截割头截齿的运动学模型及仿真" 纵轴式掘进机是隧道挖掘和矿山开采中常见的设备，其核心部件之一就是截割头，而截齿作为截割头的主要工作部分，其运动特性直接影响到掘进效率和机器的稳定性。该研究主要关注的是纵轴式掘进机截割头截齿的运动学模型，以深入理解其在不同工况下的行为。 首先，研究者通过建立坐标系来解析截齿的运动轨迹。他们设定了一个总体坐标系oxyz，以掘进机的旋转台中心为原点，同时在截割头上建立了随动的局部坐标系o0x0y0z0。这两个坐标系之间的转换关系由截割臂的位置角度决定，即旋转台半径R1、截割臂长度R2、截割臂在竖直面的投影与水平线的夹角φv以及截割臂在水平面的投影与竖直线的夹角φh。 接下来，研究者构建了截齿的运动学模型。在局部坐标系中，每个截齿齿尖的坐标可以用齿尖的回转半径ri、截割头的转动角速度ω、齿尖起始位置与轴的夹角θi以及齿尖距o0x0y0平面的距离z0i来表示。将这些参数代入到总体坐标系中，可以得到截齿在3D空间中的运动轨迹参数方程。 通过计算机仿真，研究者分析了三种工况下的截齿运动学特性：纵向钻进、垂直摆动和横向摆动。他们发现，截齿的回转半径对其运动学参数（速度和加速度）有显著影响，半径越大，截齿运动速度和加速度越大，变化也越剧烈。此外，截割头的转速和截割臂的摆动角速度也会影响截齿的运动状态，高速旋转可能导致速度波动，加速度甚至出现峰值，这可能会增加截割头的载荷波动，影响整体机器的稳定性。 这个研究对于优化截割头设计、提升掘进效率和降低设备磨损具有重要意义。通过更深入地理解截齿的运动规律，可以改进截割头的结构，调整截割参数，减少不必要负载，从而提高整个掘进过程的效率和安全性。同时，这也为解决截割头载荷分布、截齿排列方式等问题提供了理论依据。