基于叶序理论掘进机截齿排布仿真研究

摘要

截割头是掘进机截割煤岩的工作装置，截齿在其包络面上呈螺旋线状分布，截齿排布方式的好坏决定了截割头截割性能的优劣，所以合理的截齿排布方式是截割头设计的关键部分之一。本文以悬臂式纵轴掘进机的截割头为研究对象，将叶序理论与截齿排布参数相结合，通过截齿仿生排布的方式，达到改善截割头截割载荷的目的。
　　首先，本文将截割头投影在XOY面内，确定截齿安装半径；根据掘进机几何尺寸和截割头运动规律，建立截齿的速度和加速度数学模型；以截割头力学模型为依据，分析截割头受力情况与截齿位置角的关系。其次，研究叶序理论的内涵，根据叶片生长方式与截齿排布方式的相似性，建立一种仿生截割头模型，并绘制不同截齿安装周向角的截齿排布展开图。再次，采用离散元软件EDEM对两种类型截割头煤岩截割过程进行仿真，获取截割头载荷曲线，分析不同截齿安装周向角参数对截割头载荷的影响。最后，分析截齿间距对截割头性能的影响，根据截割头力学模型，以截齿间距为优化变量，建立优化截割头载荷的目标函数，采用Matlab软件优化截齿间距，再次进行离散元仿真，比较优化前后截割载荷情况，评价仿生截割头的优缺点。
　　比较两种截割头载荷曲线得出结论：以45.833°为截齿周向安装角的仿生截割头，增强了横向载荷曲线的连续性，能够改善截割头纵向工况和垂直工况的载荷情况，提高了截割头工作稳定性，初步验证了截齿仿生排布方式的可行性。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2掘进机国内外研究现状

1.3离散元法的发展及应用

1.4叶序理论简介

1.5课题研究的内容

第2章截割头运动分析与受力分析

2.1截齿运动分析

2.2截割头受力分析

2.3本章小结

第3章 叶序理论和截齿仿生排布设计

3.1几何角度分析叶序理论

3.2数学角度分析叶序理论

3.3截割头仿生模型的建立

3.4本章小结

第4章 截割头截割煤岩的离散元仿真

4.1煤岩接触模型的选择

4.2煤岩离散元模型的建立

4.3截割头截割工况仿真分析

4.4 本章小结

第5章 截割头截齿间距优化

5.1优化设计

5.2截齿间距的优化

5.4优化后截割头截割工况的离散元分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢