矿用镐形截齿的磨损失效分析及结构优化设计

摘要

镐形截齿是用来截割破煤的刀具，它广泛使用在采煤行业的各种采煤机和掘进机上。由于截齿的使用环境非常恶劣，这就导致截齿的损耗很快，使用寿命短暂，因此，研究镐形截齿的失效形式和结构设计，可以为镐形截齿的设计及制造提供一定的帮助。
　　截齿的工作环境为煤岩，煤岩具有复杂的结构特性和性质，这就导致截齿截割煤岩的过程较为复杂，了解煤层的构造特点，分析煤的物理性质和力学性质，以及截齿的破煤过程是对截齿进行仿真的前提。
　　本文对截齿的失效形式进行了分析，计算截齿在截割过程中的受力，并通过应力仿真来模拟截齿在截割工作时的受力情况，通过分析来确定截齿的应力分布规律，看在施加与实际情况形同的工作载荷时，仿真结果是否与截齿的失效形式相符。对镐形截齿进行模态分析，确定共振不是导致截齿失效的原因之一。
　　在上述分析的基础上，设计了三种不同结构形状的镐形截齿，对这三种镐形截齿进行静力学仿真、动力学仿真，根据仿真结果确定出截齿B为最优的截齿结构，并对截齿B进行进一步的尺寸参数研究，讨论不同的尺寸参数对截齿强度的影响，为进一步提高截齿的强度提供了重要依据。截齿在截割过程中由于粉尘堵塞、环境污染等原因导致在齿座中不能实现自转，对齿座部分的结构进行改进设计，减小截齿和齿座间的摩擦，增大了转动力矩，使截齿的自转情况有所改善。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 采煤机和掘进机介绍

1．1．1 采煤机概述

1．1．2 掘进机概述

1．2 矿用镐形截齿的总体概述

1．3 国内外研究现状

1．4 课题的研究意义

1．5 课题的主要研究内容

2 煤岩性质及截割分析

2．1 煤的主要物理机械性质

2．2 煤的力学性质

2．2．1 煤岩破坏过程的应力变化

2．2．2 煤岩的破坏准则

2．3 截齿截割破碎过程

2．4 本章小结

3 截齿的失效形式分析

3．1 截齿的主要失效形式

3．2 截齿上的作用力

3．3 镐形截齿模型的建立

3．3．1 模型的简化

3．3．2 几何模型的建立

3．3．3 截齿材料模型的建立

3．3．4 单元选择与网格划分

3．3．5 截齿载荷模型的建立

3．4 镐形截齿的静力学仿真

3．4．1 截齿的受力计算

3．4．2 有限元分析

3．5 镐形截齿的模态分析

3．5．1 有限元模型的建立

3．5．2 模态计算及结果分析

3．5．3 外部激励频率分析

3．6 本章小结

4 镐形截齿的比较分析及结构优化

4．1 基于不同截齿形状的应力分析比较

4．1．1 模型设计

4．1．2 有限元模型的建立及加载

4．1．3 求解及结果分析

4．1．4 结论

4．2 基于LS-DYNA的截割仿真分析

4．2．1 LS-DYNA简介

4．2．2 截割过程仿真

4．3 镐形截齿的尺寸参数研究

4．3．1 不同镐形截齿的尺寸参数设计

4．3．2 模型建立

4．3．3 网格划分及求解

4．4 本章小结

5 截齿齿座的分析及结构改进

5．1 截割头概述

5．2 截齿及齿座的整体分析

5．2．1 模型建立

5．2．2 材料定义与网格划分

5．2．3 求解及结果分析

5．3 截齿与齿座的装配改进

5．3．1 镐形截齿在截齿座中的旋转分析

5．3．2 改进设计

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果