[发明专利]一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法及装置

说明书

本发明公开一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法及装置，其中,一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法，包括以下步骤：确定截齿固有参数、单个截齿的载荷分析、截割头载荷分析和截割头动载荷的模拟分析。本发明有效解决了掘进机截割头复杂工作环境下，难以进行截割头动载荷的现场监测实验等问题；通过建立掘进机截割头的受载模型，在MATLAB中编制截割头动载荷的模拟程序，采用动态仿真的方法分析不同岩石特性和不同截割参数对截割头动载荷的影响。

技术领域

本发明涉及采一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法及装置。

背景技术

在掘进机开掘巷道的过程中，截割头是掘进机的主要工作机构，主要靠其上的截齿对岩壁施加作用力剥离岩石进行掘进。掘进过程中，常常会出现不适合截割头截割的截割工作面；如若不能及时发现，截齿会发生磨损、断裂和刀头脱落等现象。掘进机截割头的截割性能直接决定掘进机的整体性能，因此在不同的岩层地质条件下要选择适合的截割头进行截割，并根据截割头的截割状态来调整截割参数以提高截割头截割性能。所以，非常有必要研究截割头在截割过程中的载荷变化规律。

国内一些研究学者针对掘进机截割头随机载荷做了大量研究，比如利用瑞利分布和χ²分布对掘进机截割头随机载荷进行了模拟研究；或是通过分析掘进机截割时的机身受力.推算出了截割头三向受力的计算公式。国内部分研究者对煤岩特性对截割头动载荷的影响进行了充分的研究，很少有学者针对截割岩石特性和截割参数对截割头载荷的影响进行系统的阐述，国外的研究者大多是通过现场试验来研究截割头的性能。受截割头工作环境限制，截割头载荷的现场试验在我国难以实施。

然而，在煤矿开采、城市地铁等工程项目中，掘进机是最主要的掘进设备，不仅需要在不同岩石掘进工作面选择合适的掘进机，而且要通过调整截割参数提高掘进机截割头的截割性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法，旨在解决现有受截割头工作环境限制，截割头载荷的现场试验在我国难以实施等问题。

为达到上述目的本发明采用的技术方案：

一种针对掘进机截割头动载荷的分析方法,包括以下步骤：

a)确定截齿固有参数,并对截齿进行编号；

b)单个截齿的载荷分析；

(b1)截齿截割厚度h的确定；

(b2)将参与截割的每一个截齿的受力分别在在截割方向、沿截割头半径方向及与截割头轴线平行的侧向进行分解得出截割阻力G_z、进给阻力G_r、侧向阻力G_x：

G_z＝P_k[k₁k₂k₃(0.25+0.18th)+0.1s] (1)

G_r＝G_z(0.15+0.00056P_k)2.5/h^0.4 (2)

式中：P_k为接触强度；k₁，k₂，k₃分别为截齿的类型、几何形状、截角的影响系数；t为平均截线间距；h为平均截割厚度；s为截齿后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积；C₁、C₂和C₃是系数；

c)截割头的载荷分析；

(c1)参与截割的截齿数量的确定：