露天采矿机截齿破岩数值模拟研究
随着露天矿山大型化、机械化、自动化、无人化、连续化作业的发展，露天采矿机的应用将越来越普及，不仅在煤岩等软岩矿山开采中发挥了重要作用，还将在石灰岩等中硬岩矿山发挥其重要作用。为了合理利用露天采矿机高效开采，在了解矿岩特性条件的基础上，需对露天采矿机截齿破岩规律及其相关结构参数和工作参数有足够的了解。
文中采用动力学理论对露天采矿机滚筒截齿的运动及受力进行了分析;通过建立截齿破岩几何模型对截割力进行了推导;结合ABAQUS有限元软件建立了截齿截割破岩数值模型，针对于单齿作用和双齿同步作用下考虑截齿截割速度、截割深度及截线距的变化对截齿截割破岩过程的影响进行了数值模拟;基于数值模拟结果对露天采矿机截齿破岩规律及截割参数优化进行了研究。所取得的成果总结如下:
(1)露天采矿机截齿的运动为随机器的牵引运动与滚筒的自转运动的合成运动。其运动轨迹线为在牵引方向伸展的平面摆线。截割系统（截割滚筒与截齿）受力包括切割滚筒系统自身的重力、行走驱动系统施加的推力、转动驱动系统施加的扭矩以及截齿与矿岩接触后会产生截割阻力。
(2)在截齿截割作用下，矿岩单元的破坏是拉-压联合作用的结果，拉损伤相对于压损伤先作用于矿岩单元;压损伤单元的体积较拉损伤单元的体积略大;在与截齿接触处矿岩单元的破坏主要是压损伤，矿岩内部及表面单元的破坏主要是拉损伤。通过对比单齿与双齿截割破岩结果，拉损伤体积最大增量百分比为172.5％，压损伤体积最大增量百分比为169.9％;沿截割方向损伤范围增大了60％，垂直于截割方向增大了56.7％。
(3)基于三种因素（截齿截割速度、截割深度、截线距）正交组合工况的截齿截割破岩数值模拟结果，得出了特定岩性条件下不同工况下的最佳参数匹配模式。综合上述三种情况下的分析，得出的最佳截割参数匹配模式为:截割速度为0.45m/s、截割深度为11cm、截线距为14cm。
通过以上对露天采矿机截齿破岩数值模拟的研究，有助于对露天采矿机截齿破岩规律的深入认识，以及为国产类似机械设备的研发与改造提供一定的理论基础。
露天采矿机;岩石截割;破岩规律;参数匹配;数值模拟
武汉理工大学
硕士
采矿工程
叶海旺
2013
中文
TD422
94
2013-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）