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橫軸式掘進機截齒有限元應力分析

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更新時間：2014-09-15
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橫軸式掘進機截齒有限元應力分析
截割頭是掘進機的重要組成部件之一，影響截割
頭截割效果的因素除了煤巖的物理性質、掘
進機的工作及工藝參數外，其截齒 ( 包括截齒排列及
其所受的載荷 ) 也是影響截割頭截割效果的重要因素
之一[1]。因此有必要對掘進機截割頭單齒進行應力分
析，以確定截齒在截割煤巖時其最大應力出現的位
置，為掘進機截割頭的設計和截齒的排列、工作結構
及參數的優化等提供一定的理論依據。1 橫軸式掘進機鎬形截齒結構及
力學模型
截齒是截割頭的重要組成部分，鎬形截齒由刀桿
和安裝在刀桿上的刀頭兩部分組成。在刀桿與刀頭的
制造方面，刀桿一般用合金結構鋼制造，刀頭則由硬
質合金制造，并將其鑲焊在刀桿上，本文的截齒形式
是鎬形截
齒。鎬形
齒的平面
圖形如圖
1 所示。
其中，鎬
形齒全齒
長 138
mm，齒
根圓直徑
為 f 30 mm。由截煤理論知道，截齒在截割煤巖的過
程中，齒尖會受到煤的反作用力，由截齒測力計所測
結果表明，在靠近切削刃處截齒面上的壓力最大；在
從切削刃到截齒的齒根的過程中，截齒面上的壓力按
曲線形式急劇減小。所以，在對截齒進行應力分析
時，可不考慮動載荷的影響。為簡化分析，作如下三
個假設[2]：
(1) 把截齒的硬質合金刀頭與刀桿看作一個整
體；(2) 不考慮鎬形截齒在齒座中的自轉；
(3) 截齒所受載荷為集中載荷，并且集中在刀頭
部位。
在實際分析時，將集中力沿直角坐標各軸分解為
切削力 Z 、進給力 X 和側向力 Y 三個分力 (截齒在
截割的過程中，此三個力是交替、脈動地變化著
的)。截齒在受力過程中，進給力 X 受牽引速度、煤
質、夾矸等影響；側向力Y 受截齒的安裝角度、安裝
距離、煤質、采煤機功率及截割頭轉速的影響；切削
力 Z 與截割煤巖體的機械性質、刀頭的幾何形狀和截
割深度等許多因素有關。 ...

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