关于掘进机截割头旋向与工作效率的研究
XTR260硬岩掘进机双螺旋截割头螺旋升角对截割效果的影响研究
XTR260硬岩掘进机双螺旋截割头螺旋升角对截割效果的影
响研究
杨廷
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2024(39)4
【摘要】为进一步探寻XTR260硬岩掘进机双螺旋截割头部位的优化路径,结合该部位的运行工况与设计图纸,应用Pro/E三维建模软件建立其实体模型;应用有限元分析软件ANSYS和力学分析软件LS-DYNA,对其在不同螺旋升角参数下的力学性能进行初步分析.分析结果显示,当螺旋升角为14°时,截割头能够同时在钻进与横切两种截割工况下均具有较优的性能.该研究结果将为今后的硬岩掘进机双螺旋截割头的参数设计优化提供一定的参考借鉴.
【总页数】3页(P84-85)
【作者】杨廷
【作者单位】山西华阳集团新能股份有限公司一矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD421.5
【相关文献】
1.掘进机截齿定位精度对硬岩截割能力的影响
2.纵轴式硬岩掘进机截齿安装参数对截割性能的影响研究
3.掘进机截割头截齿参数对截割性能影响的研究分析
4.掘进机硬岩截割头的优化研究
5.煤矿掘进机截割头结构螺旋角优化设计研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析【摘要】本文主要围绕掘进机截割头受力分析与掘进实例分析展开讨论。
首先介绍了掘进机截割头受力分析的基本原理和方法，包括受力分析模型的建立和计算过程。
随后通过掘进实例分析，具体探讨了掘进机在实际工作中的受力情况和影响因素。
实例分析结果指出了掘进机截割头设计存在的不足之处，为接下来的优化设计提供了参考依据。
最后对掘进机截割头受力分析与掘进实例分析进行了总结，同时对未来研究方向提出了展望。
通过本文的研究，有助于提高掘进机的工作效率和安全性，推动掘进技术的进步和应用。
【关键词】掘进机，截割头，受力分析，模型，实例分析，设计优化，总结，研究展望1. 引言1.1 掘进机截割头受力分析与掘进实例分析...在煤炭、矿石等矿山开采过程中，掘进机截割头是重要的装备之一。
掘进机截割头在矿山的地下工作环境中承受着复杂多变的受力情况，受力分析和设计优化对于提高掘进效率和延长设备使用寿命具有重要意义。
本文旨在对掘进机截割头受力分析与掘进实例分析进行深入探讨，为研究人员和工程师提供参考与借鉴。
首先将对掘进机截割头的受力特点进行分析，包括受力来源、受力方向和受力大小等方面，建立受力分析模型。
随后，将通过实例分析的方式，结合实际掘进情况，对不同受力情况下的掘进机截割头进行分析，并得出相应的实例分析结果。
对掘进机截割头的设计优化进行探讨，提出改进措施和建议。
通过本文的研究，可以更深入地了解掘进机截割头的受力特点和掘进实例分析，为相关岩石开采领域的研究和应用提供有益的参考。
2. 正文2.1 掘进机截割头受力分析掘进机截割头受力分析是对掘进机在进行截割作业时受到的各种力的分析和计算。
在进行截割作业时，掘进机需要面对来自岩石和煤层的不同受力情况，因此掘进机截割头的设计和性能至关重要。
掘进机截割头受力分析主要包括对截割头的受力情况、受力分布和受力大小的研究，以及如何合理设计和优化截割头的结构和材料。
在进行掘进机截割头受力分析时，需要考虑多种因素，包括岩石或煤层的物理性质、截割头的旋转速度、截割头的刀具形状和数量、截割头的工作角度等。
横轴式掘进机截割头设计
横轴式掘进机截割头设计摘要：随着社会的不断发展和科技水平的不断提高，人类征服自然的领域也在不断扩大，其中比较具有代表性的就是掘进机，掘进机的出现具有很重要的实用意义。
自从掘进机开始进入人们的生活视线，就被广泛地应用到铁路穿山隧道、引水隧道等各施工过程中.掘进机的功能除了能应用在隧道施工外，像以采掘为目的的煤巷开挖、矿巷开掘中也广泛采用了掘进机，这样工作效率高。
以上介绍使用的就是部分断面掘进机，而横轴掘进机是其中的一种。
本次毕业设计就是为了研究横轴式掘进截割头的设计，具体设计内容包括：1.收集基本资料，例如：先对掘进机现在在国内外的发展趋势进行了解，接着对掘进机结构进行学习分析，从而发现掘进机本身有什么需要改进之处，还有就是掘进机对截割的矿岩都有什么要求等；2.对资料进行学习和总结。
将自己收集的数据进行整理列表，这样看起来一目了然；3.CAD的学习制作等。
通过简单的CAD软件学习，将自己想要设计的截割头画出来。
并通过计算得到基本数据，进行数据分析和结构分析相结合。
对掘进机的具体结构用途也要进行了解和掌握，这样有利于截割头的整体计算。
掘进机结构的优化设计和制造精度对今后的工作性能都会有决定性的影响因为截割头是掘进机的核心部位，所以它的研究自然也就成了重中之重。
煤炭是人类生产生活的重要能源，随着工业的不断发展，生产规模的不断扩大，煤炭在国民经济中的地位也显得越来越重要。
随着采煤机械化的发展，大大提高了工作面的广度，对开采强度，工作面的推进速度要求也越来越快，这就要求加快掘进速度，提高工作效率以适应人们对工具的需求。
切割头是掘进机的工作机构，它的主要功能就是破碎岩石或者分离煤层。
经过对煤岩切割过程的研究了解，认识到影响切割效果的因素很多，因而掘进机截割头的设计变的复杂许多。
为提高工作效率，加快生产力，满足人们对机械化的高要求，截割头的设计成了重中之重。
如果在截割头的每一转中，参加切割的各个截齿都能同时从岩石中切下等体积的煤岩，也就是每个镐齿的受力相等，磨损程度也相同，机械运动也比较平稳，只有满足这些要求，才可以达到自己当初设计的初衷。
掘进机截割头截割性能数学模型的研究
掘进机截割头截割性能数学模型的研究穆宜敏;刘混举【摘要】为对掘进机的截割头进行优化设计,通过分析掘进机在工作过程中的性能参数,建立掘进机截割头的数学模型,计算出理想情况下掘进机截割头的截割功率尧生产率,掘进截割速度尧截割头的转矩尧瞬时截割率以及截齿消耗.通过Matlab软件对仿真数据和实测数据进行对比分析,验证所建立的数学模型可以作为掘进机性能预测的方法.%To achieve the purpose of optimization design for boring machine's cutting head, parameters of boring machine under production were deeply researched and analysed to further establish a mathematical model of boring machine's cutting head and calculate the cutting power and productivity of cutting head of boring machine under ideal conditions and the cutting speed, the torque, instantaneous cutting rate and cutting pick consumption of the cutting head. Finally, the simulated data and measured data were contrasted and analysed through Matlab software, which comes to the conclusion that the obtained mathematical model can be used as a method for boring machine performance prediction.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2017(043)008【总页数】4页(P141-144)【关键词】掘进机;截割头;Matlab;数学建模【作者】穆宜敏;刘混举【作者单位】太原理工大学机械工程学院,山西太原 030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原 030024【正文语种】中文掘进机在煤矿生产中发挥着强大的作用，可以在软到中等强度的煤层中灵活工作，是集机械、液压、电气及自动控制于一体的矿井掘进设备，可实现截割、转载、行走、喷雾降尘等多种功能，因此，被广泛用于隧道的掘进和地下采矿[1-2]。
掘进机的断面自动截割控制的研究
• 43•为了自动控制矿井悬臂式掘进机截割断面，在巷道断面尺寸数学模型的基础上，推导了悬臂转角、液压缸位移和截割头空间坐标的函数关系，为悬臂式掘进机断面的自动截割控制奠定了理论基础。
掘进机的控制可根据位移传感器采集的实时液压缸位移数据，精确控制液压缸的位移，并通过液压缸控制悬臂的摆动行程，准确反馈截割头的位置坐标并和断面截割边距的范围比较，及时修正，调整控制液压缸伸缩位移，完成巷道断面截割的自动控制。
1.引言掘进机的自动控制关键是断面截割控制，在自动掘进机定位系统已解决的前提下，只有通过掘进机截割悬臂液压轴的位移量，才能对截割头位置进行准确定位，控制其在巷道截割断面的范围内，避免发生超挖和欠挖的现象。
2.掘进机悬臂运动分析掘进机的悬臂结构如图1所示，掘进机掘进臂的运动是一对同步升降液压缸执行的，根据并行控制原理，升降液压缸驱动掘进机悬臂，使其围绕中心铰接点在垂直面内作上下运动，以改变掘进头在巷道断面上的高度（李晓豁，掘进机纵向截割头运动学分析及简化计算：黑龙江矿业学院学报，1998）。
图1 EBZ-150型悬臂垂直摆动机构图掘进机臂的水平运动是通过一对水平液压缸驱动水平回转工作台实现的，如图2所示。
因此，通过升降液压缸和水平液压缸的复合运动，可以准确控制掘进悬臂在空间的任何位置，以完成预设尺寸的截割。
图2 掘进机悬臂水平摆动机构示意图3.工作机构的数学模型掘进机的截割过程，可分为纵向钻进、水平截割和垂直截割三种工作方式（张士勇，纵轴式悬臂掘进机断面成形控制基础研究：陕西理工学院学报，2005）。
掘进机在掘进过程中，主要通过悬臂的上下升降和水平移动完成。
因此，分析掘进机悬臂垂直面和水平面的运动状态，是控制掘进机截割的关键。
图3 掘进机悬臂截割头垂直摆动数学模型3.1 掘进臂垂直截割分析图3为掘进悬臂垂直摆动简化模型，图中C 点为升降液压缸与机架的铰接点，D 点为升降液压缸与悬臂的铰接点，A 为悬臂垂直摆动的中心，B 为水平回转台中心轴线与AX 1轴的交点，O 1为升降液压掘进机的断面自动截割控制的研究河北建材职业技术学院 童夏敏 高敬媛 姚 宏• 44•缸伸长为CD 时截割头在巷道断面上面的投影处（徐楠，童敏明，唐守锋，等.掘进机器人截割头截割运动与轨迹仿真研究：煤矿机械，2011）。
截割头角度转换分析
截割头安装角度的转换在截割头的设计中，截齿安装角度的设计是最关键的步骤之一，但在不同的教材和文献中安装角度的得定义和描述不尽相同。
根据调研，大致可以分为两类：第一类是按照角度对截割功能的影响而确定的，一般称之为截割功能角；第二类是按照实际安装工艺中的角度旋转方法定义，称之为安装工艺角[1]。
截割功能角是决定按个截齿工作效率的重要因素，包括切削角、扭转角（或旋转角）和安装角。
切削角δ是截齿中心线与齿尖截割轨迹线的切线之间的夹角，一般取45°~48°，参考文献取46°为最佳角度。
扭转角ε是过截齿中心线上一点A作截割头轴线的垂面，齿尖B在此平面上的垂足为点C，则∠BAC为扭转角。
安装角τ是截齿轴线相对于牵引方向的夹角。
由于安装角τ与半锥角θ存在如图1的关系，因此在下文的推导中使用半锥角θ。
按照实际安装过程中截齿轴线和齿座底面的定位方法，安装工艺角分为仰角、倒角和转角。
仰角γ是截齿轴线与齿座安装平面间的夹角。
倒角β是齿座安装平面的垂线与截割头回转轴线间的夹角。
转角α是截齿中心线在齿座底面的投影线与垂直于截割头轴线的平面和齿座底面的交线之间的。
截割功能角与安装工艺角表示如下：功能角: ε:扭转角; δ:切削角; θ:半锥角;工艺角: γ:仰角; β:倒角; α:转角。
如图1所示，安装角与半锥角的关系为,τθυ=+其中τ是安装角，υ是截齿轴线与截割头表面法线间的夹角。
图1 半锥角θ与安装角τ的关系截割功能角与安装工艺角的关系如图2所示。
图2 角度转换示意图下面分别进行功能角与工艺角之间的转换。
1 安装工艺角转换为截割功能角已知仰角γ，倒角β，转角α。
有图2可得，''''tan AE BB AA EG IB ID BD β===- (1)''''sin DD AA AD AD γ== (2) ''sin FD ID β= (3)''sin FD AD ε= (4) tan DBAB α= (5)'cos ABADδ= (6)将(2)~(6)代入 (1)式可得，'''sin sin sin tan sin sin sin cos tan cos tan sin AD AD AD γβγβεεβδαδαβ==-- 进一步推得，sin cos sin sin cos tan εβγβδα=+ (7)由于仰角γ，切削角δ，转角α存在如下关系，cos AB AD α= , 'cos AD AD γ=, 'cos ABAD δ=可得，cos cos cos δαγ= (8)由于半锥角与倒角互余，从而可得，=2πθβ- (9)整理式(7),(8),(9)可得截割功能角为，=2a r c c o s (c o s c o s )a r c s i n (c o s s i n s i n c o s t a n)πθβδαγεβγβδα-==+ 2 截割功能角转换为安装工艺角已知切削角δ，扭转角ε，半锥角θ。
掘进机截割头钻速优化分析
收稿日期:2021-11-16作者简介:连斗南(1992-),男,山西长治人,助理工程师,从事煤矿生产技术管理工作。
doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2022.02.035掘进机截割头钻速优化分析连斗南1袁邢立召2(1.潞安环能股份公司常村煤矿,山西长治 046102;2.陕西金源招贤矿业有限公司,陕西宝鸡 721000)摘 要:文章基于EBZ120型悬臂式掘进机进行截割临界转速分析优化,通过利用微元法和弹性力学建立力学模型,确定临界状态下,截割头转速解析解,然后深入分析影响截割转速的因素,依据影响程序确定影响介个转速的因素次序,为截割临界转速的确定提供实际操作提供依据。
关键词:截割转速;力学模型;影响因素;影响次序中图分类号:TD421.5 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2022)02-0106-03悬臂式掘进机在作为掘巷设备,已广泛应用于我国煤矿井下生产,通过结合带式输送机、桥式转载机等,极大提高了巷道掘进工作的效率。
在掘巷过程中,截割头转速对掘进效率有十分重要的影响,基于现场实践可知,当转速小,掘进机破岩效果不好,转速过快,对掘进面冲击较大,造成巷道围岩破碎面积增大,不易形成设计断面,同时对掘进机自身稳定性也将造成较大影响。
因此合理选择掘进机转速,能够有效提高掘巷速度,改善掘巷质量[1]。
文章基于弹性力学通过建立截割力学模型,确定表达式,并深入研究影响转速的主要因素,为巷道的高效掘进提供合理的理论参考。
1 EBZ120掘进机工程参数本文以EBZ120型掘进机为研究对象,该设备煤岩体切割强度不高于60MPa,掘巷宽度不超过5.0m,掘巷高度不超过3.7m,可掘进坡度范围为(-16°,+16°)。
设备结构具体如图1所示。
图1 EBZ120型悬臂式掘进机结构示意2 力学模型在掘进机运行期间,煤体主要受到截割头径向和切向两个方向作用力,其中主要作用力为径向力,切向力为粉碎煤体的辅助作用力,基于上述截割特点创建如图2所示圆筒力学模型[2]。
纵轴式掘进机截割头的设计
纵轴式掘进机截割头的设计作者：廉浩冯健来源：《中国新技术新产品》2014年第03期摘要：本文介绍了纵轴式掘进机截割头的设计原则，讨论了提高截割头截割效率的合理方案，提供了设计用的主要数据。
关键词：截割头；设计原则；截割效率中图分类号：TD42 文献标识码：A1 概要本文以纵轴式掘进机的截割头为研究对象。
截割头是掘进机的关键部件，它直接参与对工作面的掘进工作。
其设计参数较多，这些参数之间互相影响和制约，同时截割头的设计质量的好坏决定了掘进机整机的截割性能，这对截割头的使用寿命，以及整机的稳定性和可靠性都有着直接的影响。
2 工作原理掘进机的工作过程是：操纵行走机构向工作面推进，使截割头在工作面的左下角钻入，水平摆动油缸使截割头横向截割到巷道的右侧。
然后利用升降油缸把截割头上升接近等于截割头直径的距离，并使截割头向巷道左侧截割。
如此往复截割运动，截割头就可以完成整个工作面的截割。
当然掘进机的截割方式与掘进巷道断面的大小，形状，煤岩的分布情况有关。
在截割头截落煤岩后，由装运机构将其装进掘进机中间的输送机构，再最终装进矿车或巷道输送机。
因此，纵向截割头通常的截割过程可以总结为纵向钻进、水平摆动截割和垂直摆动截割三种工作方式。
3 结构研究3.1 影响设计的因素如果能保证在旋转截割的过程中，使参加截割的每个截齿都截割相同大小的煤岩，让各截齿的受力相等、运行平稳，并且产生的磨损也基本相同，这样的截割头设计是最理想的。
但是有很多因素影响截割头的设计，主要有以下几个方面：（1）煤岩自身的性质，主要有抗截强度、硬度、磨蚀性、坚固性系数等；（2）截割头的结构参数，主要有截割头的几何形状、外形尺寸、截齿排列、截齿数量以及截线间距等；（3）截割头的工艺性参数，主要有摆动速度、截割头转速、切削厚度、切削深度等。
在截割头的设计上，这些因素的影响并不是孤立的，它们之间相互关联和制约。
3.2 结构形式3.2.1 外形截割头的外形是指截割头的几何形状，它是由截齿的齿尖所形成的外部轮廓，通常称为截割头包络面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关于掘进机截割头旋向与工作效率的研究
[摘要]掘进机是煤矿巷道开拓的主要设备，截割头作为掘进机上最重要的部件，它的工作情况直接影响掘进机的工作效率，针对目前掘进机截割头的旋向问题，作者进行了深入研究，提出，根据巷道的条件，选择截割头的旋向，
[关键词]掘进机，截割头，转向，仿真，截割工艺
中图分类号：u455.3+1 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）12-0025-01
一、引言
掘进机时煤矿巷道开拓的主要设备，集截割、装运、除尘于一体，截割头的工作效率将会影响到巷道的施工进度，截割头是掘进机上，最重要的部件之一，按照截割头旋转轴线相对了截割臂轴线的位置关系，截割头可以分为横轴式和纵轴式，按照掘进机截割头的旋向主要分为左旋和右旋，目前国内掘进机主要采用右旋，其中imm 佳木斯煤矿机械有限公司、西安重装、石家庄煤机制造股份有限公司采用左旋截割头，进口掘进机主要采用右旋截割头，
目前，三一重装掘进机均采用右旋式截割头，使用具有自主知识产权的软件进行截齿排布，并对截齿受力，排布进行优化分析。
二、影响因素
由于煤的成因收到很多外部因素的影响，所以，在漫长的成煤过程中，煤炭的赋存条件千差万别。
即使在同一块煤田中，由于巷道开拓方向的不同。
煤及周围岩石的节理发育也是不同的，所以，掘
进机截割头的设计选型上，主要的影响因素有一下有两个方面：
1、所施工巷道的地理走向
2、施工巷道岩石节理发育的走向
由于地球的自传轴线与轨道存在一个夹角，正是由于这个夹角的存在，地球上的物体，在运动中，都会受到地球偏向力的左右，赤道作为分界线，偏向力在南半球和北半球，方向相反。
岩石在经过长达万年的沉积、变质过程中。
同时又受到地球偏向力作用的影响，各种性质的岩石在通过相互挤压，渗透，就形成了坚固的地壳岩石层，但是在两种不同性质的岩石层之间，连接时通过分子运动，即分子间的相互渗透作用，将两种不同性质的岩石粘接在一起，这层互相渗透的部分，就是岩石间相互作用力最小的部分。
根据地球自转的偏向力，北半球岩石的走向大致可以分为如图1，2所示：
三、截割头转向研究
显然，两种岩石节理发育，使用同一旋向的截割头进行工作，势必造成，工作效率有高有低，为寻找截割头旋向与岩石节理发育之间的管理，作者对截割过程进行了分析
根据掘进机普遍采用右旋截割头，常用的截割顺序如图3所示：这种切割顺序图是不区分岩石的节理发育方向的，如果根据具体的岩石节理发育方向。
截割顺序图就变成如图4以下两种方式。
四、仿真分析
为进一步分析岩石的节理发育方向对截割的影响程度，作者对岩
石局部做分析，对同一节理发育方向，分别采用左旋和右旋截割，如图5，6，通过岩石的应力分布，探讨截割效率。
从煤岩受力分析可以得知，在两种岩石扩散区域内，能量波传递的速度最快，为证明上述观点，作者用ansys软件，对上述截割状态进行了仿真，为更加直观的显示出岩石的节理发育对截割的影响，图7中两个零件选用bonded的连接方式，两种颜色代表两种不同性质的岩石。
当连个部件选用no sseparation 的连接方式时，通过在受力点施加应力，得到的应力图8，9如下：
应力沿两种物质的接触面传递的最远，相同应力岩接触面方向，应力半径最大。
五、结论
通过上述的仿真分析可以初步得出，岩石的节理发育和截割头的转向对截割效率有一定影响，如果采用正确的施工工艺，将会提供掘进机进尺速度，降低截齿的消耗。
作者简介
陈迪，男，1982年6月17日出生于辽宁省，2005年7月毕业于辽宁工程技术大学，机械设计制造及其自动化专业，本科学历。
现任沈阳三一重型装备有限公司综掘研究院，机械工程师，从事硬岩掘进机产品研发工作。