截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

摘要

镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明:(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数(CI)和截割比能耗(SE)评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩脊较小,截割载荷较小,但由于截割沟槽干涉会产生较多细小碎屑,消耗较多能量,所以能耗升高;随着截割间距增大,残余岩脊增大,截割力增大,但由于已有截割沟槽对岩石的弱化作用且截割沟槽间干涉较少,形成的大块碎屑占比增大,所以截割能耗降低;随着截割间距进一步增大,截割沟槽间无干涉,且已有截割沟槽对岩石的弱化作用降低,截割力增大,碎屑粒度减小,截割能耗上升,截割状态逐渐趋近于自由截割。