基于投影轮廓法的镐形截齿峰值截割力模型研究.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年月 收稿日期:;:基金项目:应急管理部信息研究院支持项目()作者简介:于聚旺(),男,河南许昌人,高级工程师,年毕业于焦作煤炭工业学校机电专业,现从事煤矿综采高效生产技术的研究工作。引用格式:于聚旺,刘成文,邵乐飞,等 基于投影轮廓法的镐形截齿峰值截割力模型研究 煤炭科技,():,():,文章编号:()基于投影轮廓法的镐形截齿峰值截割力模型研究于聚旺,刘成文,邵乐飞,黄逸哲,段铭钰,(河南大有能源股份有限公司,河南 义马 ;华中科技大学 数字化制造装备与技术国家重点实验室,湖北 武汉 ;湖北工业大学 机械工程学院,湖北 武汉 )摘要:为精确预测镐形截齿峰值截割力,在考虑
2、合金头、镐体结构和安装参数影响的基础上,采用改进的投影轮廓法,提出用于估算镐型截齿峰值截割力的理论模型。基于不同切削条件下的实验结果,通过引入其他 个现有的理论模型作为对比,评估本文模型的峰值截割力预测性能。对比发现,该模型理论结果与试验值的相关系数最高,均方根误差最低,可以更准确地预测镐形截齿峰值截割力。关键词:镐形截齿;投影轮廓法;峰值截割力中图分类号:文献标志码:,(,;,;,):,:;:镐形截齿在矿山机械中用途广泛,是采煤机、掘进机、铣挖机等设备的主要工作元件。镐形截齿的峰值截割力()是描述其工作性能的重要指标。在过去的几十年里,学者们根据不同岩石断裂理论推导了其峰值截割力估算模型。基
3、于最大抗拉强度理论,提出镐形截齿 估算理论模型;修改该模型以考虑摩擦作用;引入非对称截割的前角参数,建立了 修正预测方程;高魁东等 基于弹性断裂力学理论建立 估算模型。但根据 的研究,与实验值相比,现有的理论模型对 的预测精度不高。因此,许多研究人员进行实验、理论和数值研究,修正 估算方法。基于多元回归分析、回归树模型和神经网络方法建立了 种经验模型;李雪峰 采用离散元素法计算岩石破裂的动力学过程。年第 期于聚旺,等:基于投影轮廓法的镐形截齿峰值截割力模型研究第 卷以上研究均只考虑合金头结构对 的贡献,而忽略镐体的影响,导致理论模型缺乏准确性和可靠性,估算值与实验值之间的关联性较弱。基于此,综
4、合考虑合金头和镐体结构以及安装角度的影响,采用改进的投影轮廓法建立新理论模型以预测镐形截齿峰值截割力。基于 截割实验结果,通过回归分析和均方根误差分析以评估新模型的准确性和可靠性。基于投影轮廓法的截割力理论模型截割过程中沿镐形截齿表面的应力分布如图 所示。其主要参数包括齿尖半锥角 ,镐形截齿齿身锥角,合金头的半径 ,前角 ,安装角 和截面椭圆的长轴 。当集中应力达到岩石致裂应力时,岩石产生裂纹,随着应力的增加,裂缝迅速扩展并导致岩屑脱落。假设裂纹在截尖顶端形成,最大应力出现在截齿顶端,并且应力由齿尖向齿身线性下降,应力方向与截齿表面垂直。作用在截齿上上任一点的应力由以下公式给出。()()式中,
5、为 点到齿尖的垂直距离;为切削深度;为根据 理论得到的峰值应力。由图,将合金头和镐体轮廓投射到 平面,图 齿尖应力分布示意 可得镐形截齿母线方程。,(),()(),()(),()当切割深度为 时,截割线 为:()截割剖面 的形状与截割深度有关,其截面近似于椭圆(图 )。如图 ()所示,在截面上,截割应力作用于弧线,对应的半包围角为。如图 ()所示,是截割面与垂直平面的交线,为 中点,为半包围角,可由式()求得。图 剖面椭圆和简化圆模型 ()()截面椭圆的长轴和短轴如图 所示。由图 可知,为截面椭圆长轴,短半轴 对应截断线上的点 所确定的水平剖面半径。点由、两点的水平坐标和修正系数、决定。断面椭
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