滾筒式采煤機是機械化采煤作業的主要機械設備,在煤礦開采中占有重要地位。研究截齒與煤壁的相互作用規律,有助于進一步研究滾筒的截割性能,繼而改善采煤機的工作效率、穩定性與壽命。有鑒于此,研究不同參數下截齒對煤壁的破壞作用與截割性能,對于螺旋滾筒的優化設計具有重要的意義。本課題對截齒與滾筒截割過程進行研究,主要包括以下內容。

        首先,基于對煤壁物理力學性質的了解,借助PFC3D軟件建立了離散元煤壁模型,進行單軸抗壓與巴西劈裂模擬試驗,測出了模擬煤壁的力學性質,使之與真實煤壁相匹配;隨后,利用UG軟件建立鎬型截齒模型并導入PFC3D,在不同切削厚度下對該模擬煤壁進行直線截割仿真,并利用回歸分析的方法驗證了煤壁模型的可靠性。其次,在切削厚度為5 mm、10 mm、15 mm的條件下,分別分析了截割角為40°、45°、50°和55°以及截割線速度為2 m/s、3 m/s、4 m/s和5 m/s十六種情況下煤壁微破壞、截齒載荷以及截割比能耗。

        再次,建立了雙齒截割模型,研究了相關截割模式與非相關截割模式下鎬型截齒截割機理與截割性能。此外,探討了切削厚度為5 mm、10 mm、15 mm和20 mm的條件下及截線距為10 mm、20 mm、30 mm、40mm、50 mm、60 mm、70 mm和80 mm三十二種情況下鎬型截齒對煤壁的微破壞、載荷以及截割比能耗。最后,建立了單齒旋轉截割模型與滾筒截割模型,分別分析了截齒(滾筒)轉速為40 r/min、50 r/min、60 r/min和70 r/min以及牽引速度為2 m/min、3 m/min、4 m/min和5 m/min十六種情況下截齒與滾筒的截割性能。

        通過上述研究內容,得出以下結論:利用回歸分析法驗證了仿真結果的正確性與模擬煤壁的可靠性;截割線速度越大,截齒對煤體的剪切錯動作用越強,隨著截割線速度與截割角的增大,截齒載荷與截割比能耗均呈先增大后減小的趨勢,綜合考慮,截割線速度應取3~4 m/s,截割角取45~50°為宜;截線距越大,截齒間的相互程度作用越弱,截齒對煤壁的剪切錯動作用越強,截齒載荷越大,截線距與切削厚度之比為3.5~4之間時,截割比能耗最小;滾筒載荷隨牽引速度的增大而增大,而隨著滾筒轉速的增大,滾筒載荷為先減小后增大,當截齒轉速為60 r/min,牽引速度為2m/min時,滾筒載荷達到最小值,與單齒旋轉截割仿真結果一致;滾筒截割比能耗隨牽引速度的增大而減小,而當牽引速度恒定時,隨著滾筒轉速的增大,截割比能耗則為先減小后增大,當滾筒轉速為50 r/min,牽引速度為5 m/min時,截割比能耗達到最小值,截割效率最高。