[发明专利]横轴式掘进机截齿及其截割头载荷模拟方法

摘要

一种横轴式掘进机截齿及其截割头载荷模拟方法，所述方法包括截齿载荷随切屑厚度变化模拟，截齿载荷随截齿位置角变化模拟，截割头载荷随时间变化模拟。所述方法是通过LabVIEW调用MATLAB，实现LabVIEW前台界面模拟参数的输入、载荷数值及变化曲线的显示，MATLAB上实现截割过程模拟程序的运行、截齿及截割头载荷的计算。本发明结合MATLAB强大的编程功能，实现了截割头截割过程的模拟，快速准确地计算出在不同参数下的截齿及截割头载荷。

主权项

1.一种横轴式掘进机截齿及其截割头载荷模拟方法，包括截齿载荷随切屑厚度变化模拟，截齿载荷随截齿位置角变化模拟以及截割头载荷随时间变化模拟；具体载荷模拟方法分别如下：所述截齿载荷随切屑厚度变化的模拟是按下列步骤进行的：（1）依据横轴式掘进机截齿的齿形以及截割煤岩的状态确定截齿载荷的计算公式；（2）依据横轴式掘进机截割煤岩的状态，截齿的齿形，齿的后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积，截齿合金头形状，刀杆头部形状，硬质合金刀头，截齿截角，截齿排布方式确定截齿载荷计算公式中的各个参量值；（3）所述截齿载荷的计算公式中有一参量切屑厚度，是一变化的参量，依据实际情况中掘进机的运行状况，确定切屑厚度的变化范围；（4）利用MATLAB软件的编程功能，编写截齿载荷的计算公式，给定切屑厚度的变化范围，得出不同切屑厚度下截齿载荷的数值；（5）利用LabVIEW软件中的数值控制与显示功能，创建模拟过程中需要输入的参数，实现参数在界面上的直接调节；（6）利用LabVIEW软件中的MATLAB Script节点，调用MATLAB程序，实现LabVIEW和MATLAB的混合编程；（7）利用LabVIEW软件中的波形显示模块，将MATLAB程序运行得到的一系列数据进行图形化显示，得到截齿载荷随切屑厚度变化的模拟界面；所述截齿载荷随截齿位置角变化模拟是按下列步骤进行的：（1）依据横轴式掘进机截齿的齿形以及截割煤岩的状态确定截齿载荷的计算公式；（2）依据横轴式掘进机截割煤岩的状态，截齿的齿形，齿的后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积，截齿合金头形状，刀杆头部形状，硬质合金刀头，截齿截角，截齿排布方式确定截齿载荷计算公式中的各个参量值；（3）所述截齿载荷的计算公式中有一参量切屑厚度，是与每条截线上截齿数量、截齿位置角、截割头转速、截割头摆动速度有关的变化参量，实际情况中掘进机在每种截割状态下，每条截线上截齿数量、截割头转速、截割头摆动速度是可以固定不变的，而截齿位置角是随着截割头运动过程而发生变化的，确定不变参数的数值；（4）利用MATLAB软件的编程功能，编写截齿载荷的计算公式，给定截齿位置角的变化范围，得出不同截齿位置角下截齿载荷的数值；（5）利用LabVIEW软件中的数值控制与显示功能，创建模拟过程中需要输入的参数，实现参数在界面上的直接调节；（6）利用LabVIEW软件中的MATLAB Script节点，调用MATLAB程序，实现LabVIEW和MATLAB混合编程；（7）利用LabVIEW软件中的波形显示模块，将MATLAB程序运行得到的一系列数据进行图形化显示，得到截齿载荷随截齿位置角变化的模拟界面；所述截割头载荷随时间变化模拟是是按下列步骤进行的：（1）依据横轴式掘进机截齿的齿形以及截割煤岩的状态确定截齿载荷的计算公式；（2）依据横轴式掘进机截割煤岩的状态，截齿的齿形，齿的后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积，截齿合金头形状，刀杆头部形状，硬质合金刀头，截齿截角，截齿排布方式确定截齿载荷计算公式中的各个参量值；（3）依据横轴式掘进机截割头的受力分析，得到截割头载荷的计算公式；（4）依据横轴式掘进机截齿排布规律，确定一种截齿的排布方式；（5）对掘进机截割头上的每一个截齿进行编号，设置每一个截齿的初始位置角；（6）依据截割头转速以及设定的离散点数，确定掘进机截割头运动时间步长；（7）每历经一个时间步长，计算每个截齿的截割位置角，判断每个截齿是否处于截割位置；（8）处于截割状态的截齿根据截齿载荷的计算公式计算载荷值，不处于截割状态的截齿其载荷为零；（9）根据截割头载荷的计算公式计算截割头载荷；（10）利用MATLAB软件的编程功能，编写截割头截割过程模拟的程序，给定模拟的时间长度，计算得到每个时间离散点下截割头载荷的大小；（11）利用LabVIEW软件中的数值控制与显示功能，创建模拟过程中需要输入的参数，实现参数在界面上的直接调节；（12）利用LabVIEW软件中的MATLAB Script节点，调用MATLAB程序，实现LabVIEW和MATLAB混合编程；（13）利用LabVIEW软件中的波形显示模块，将MATLAB程序运行得到的一系列数据进行图形化显示，得到截割头载荷随时间变化的模拟界面；所述截割煤岩的状态是普氏坚硬度f=8的煤岩；所述齿的后刃面磨钝后在牵引方向的投影面积为18 mm2，截齿合金头形状为圆锥形，刀杆头部形状为圆锥形，硬质合金刀头直径14mm，截齿截角为60°，截齿排布方式为顺序式。