掘进机截割的关健技术研究

前言

第1章煤岩力学性能的测定

1．1抗截强度测定装置及其原理

1．1．1抗截强度测定装置的组成

1．1．2抗截强度测定装置的工作原理

1．1．3抗截强度测定装置的特点

1．2煤岩性质测定

第2章截齿截割性能的实验研究

2．1刀形截齿的截割实验研究

2．1．1问题的提出

2．1．2前角及前刃面形状对截割过程的作用

2．1．3实验的系统与方法

2．1．4实验结果的分析

2．1．5载荷的相关分析和频谱分析

2．2镐形截齿的截割实验研究

2．2．1实验台的组成及特点

2．2．2试样的制备及其力学性能

2．2．3截齿截割时的三向力测定

2．2．4实验数据的整理

2．2．5实验值与理论值的比较

2．2．6结论

2．3不同排列方式及截割参数的实验研究

2．3．1实验的材料及系统

2．3．2实验的内容及结果

第3章截割头的结构和几何参数的研究

3．1纵轴式截割头

3．1．1结构型式的研究

3．1．2结构参数的研究

3．2横轴式截割头

3．2．1结构型式的研究

3．2．2影响截割头最大直径的因素分析

3．3截齿切削宽度的计算及其影响的研究

3．3．1问题的提出

3．3．2截齿切削宽度的确定

3．3．3截齿切削宽度的影响

3．3．4结论

3．4截线间距及其截齿位置的研究

3．4．1截线间距及其影响的研究

3．4．2最佳截线间距的确定

3．4．3截齿的相对位置的确定

第4章截割头的运动分析

4．1纵轴式截割头

4．1．1运动分析

4．1．2运动的简化

4．1．3运动的模拟研究

4．2横轴式截割头

4．2．1运动分析

4．2．2运动的模拟研究

第5章截割头的动力学参数及模拟研究

5．1截割头载荷的确定

5．1．1纵轴式截割头

5．1．2横轴式截割头

5．2截割头载荷的模拟研究

5．2．1纵轴式截割头

5．2．2横轴式截割头

5．3掘进机钻进工况截割头载荷的模拟研究

5．3．1截割头的载荷模型

5．3．2模拟程序设计

5．3．3模拟实例与结果分析

5．3．4结论

5．4随机载荷的模拟研究

5．4．1硬质包裹体在煤层中分布的模拟研究

5．4．2掘进机截割头随机载荷的模拟研究

第6章掘进机动力学行为的研究

6．1横轴式掘进机垂直截割的动力学模型

6．1．1基本假设

6．1．2掘进机的数学模型

6．1．3结论

6．2横轴式掘进机横向截割的动力学行为研究

6．2．1假设与简化

6．2．2运动微分方程的建立

6．2．3模拟程序设计与结果分析

6．2．4结论

第7章截割头工况参数的研究

7．1截割速度

7．1．1对截割能力的影响

7．1．2对截割头载荷的影响

7．2横切速度

7．2．1对生产率的影响

7．2．2对截割头载荷的影响

7．3工况参数影响的综合分析

7．3．1对块度的影响

7．3．2对截割效率的影响

7．4结论

第8章截割头工作规范的研究

8．1操作方法及其影响的研究

8．1．1掏槽深度

8．1．2吃刀深度

8．1．3横切速度

8．1．4截割方式

8．1．5结论

8．2截割头缺齿运行及其影响的研究

8．2．1问题的提出

8．2．2缺齿运行时的载荷模拟

8．2．3结果分析

8．2．4结论

第9章截割头的计算机辅助设计

9．1纵轴式截割头的计算机辅助设计

9．1．1截齿排列的计算机辅助设计

9．1．2截割工况参数的优化设计

9．1．3结论

9．2横轴式截割头的计算机辅助设计

9．2．1几何模拟及优化

9．2．2运动学及动力学优化

9．2．3计算机辅助设计软件

9．3截割头工况参数模糊优化的模型及其解法研究

9．3．1模糊优化设计数学模型的建立

9．3．2最优水平截集上非模糊优化模型

9．3．3结论

9．4基于产尘量最小的掘进机参数优化设计研究

9．4．1设计变量的选择

9．4．2优化目标的建立

9．4．3约束条件的确定

9．4．4优化方法的选择与程序设计

9．4．5优化实例及其结果分析

第10章截割头的改进与实验

10．1问题的提出

10．2存在的问题分析

10．3改进方案

10．4方案的比较及最佳方案的确定

10．4．1载荷及其性能参数

10．4．2截割块度与效率

10．5改进截割头的实验

10．5．1工作面自然情况

10．5．2试验结果及分析

附录

附录I常用截齿

附录Ⅱ不同前角的截齿

附录Ⅲ不同前刃面隆起角的截齿

附录Ⅳ具有不同前角和前刃面隆起角的截齿

附录Ⅴ粒度分布

参考文献

　　本书针对掘进机在截割过程中存在的实际问题，围绕中型、重型掘进机的使用环境、截割对象，研究作为工作机构的截割头的结构形状与几何参数、截齿类型与布置以及工作参数对掘进机截割性能、截割效率和整机可靠性的影响，通过理论分析、模拟研究，以及截齿的截割性能实验和截割头的截割实验等一系列的研究，建立了一套完整的掘进机截割头设计的理论和方法，提出了进一步提高和改进掘进机工作性能的措施和解决目前中型、重型掘进机截割的关键问题的方法，为该型掘进机的设计、制造、使用和改进提供了可靠的依据和有效的方法。　　部分断面掘进机是集截割、装载、转运、行走、降尘于一身的综合机组，是目前机械化掘进工作面的重要设备。掘进机的截割性能是整机工作性能的综合体现，是直接决定整机工作的可靠性、经济效益和生产率的关键。本书针对掘进机在截割方面存在的实际问题，以煤岩的机械特性分析、截齿和截割头截割的理论和实验研究为基础，对掘进机截割的关键技术进行了全面、系统、深入的研究，找出了各种复杂因素对掘进机截割性能的影响，建立了一套完整的掘进机截割头设计的理论和方法，提出了进一步提高和改进掘进机工作性能的措施和解决目前中型、重型掘进机截割的关键问题的方法，为该型掘进机的设计、制造、使用和改进提供了可靠的依据和有效的方法，从根本上解决了截割头以及掘进机在截割上存在的突出问题。　　本书可供从事掘进机设计、研究、使用和技术管理以及煤矿安全与环境保护工作的工程技术人员参考，也可作为高等院校有关专业本科生、研究生的参考书。【作者简介】　　李晓豁，男，教授，博士生导师，现任辽宁工程技术大学机械工程学院副院长，机械设计及理论学科(博士点学科)学术带头人，车辆工程学科带头人；兼任中国机械工程学会机械工业自动化分会委员、中国振动工程学会动态测试专业委员会委员、中国重型机械工业协会矿山机械分会委员、中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会委员、中国煤炭学会短壁机械化开采专业委员会委员、国家煤炭工业煤矿专用设备标准化技术委员会委员、全国高校机械工程测试技术研究会理事、国家煤炭工业矿山机械工程重点实验室主任、大型工矿装备实验研究中心(辽宁省高校重点实验室)主任、《西部探矿工程》编委会副主任委员等职。主持完成国家及省、部级以上科研课题十二项，获省、部、市级各奖项二十八项；作为发明人，获国家专利十二项；在国家级学术刊物、全国中文核心期刊以及国际会议上共发表学术论文二百余篇，有三十几篇获奖，有二十八篇被EI等收录；发表教育、教学研究论文三十多篇；出版教材和手册十几部，其中主编九部，有四部获奖；为本、专科生和研究生讲授过四十多门课程；培养博士、硕士研究生七十多人。