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基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法

作　者: 李丰华
导　师: 蔡宗熙
学　校: 天津大学
专　业: 固体力学
关键词: 盘形滚刀磨损量接触力学滑移比估算方法
分类号: U455.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

硬岩掘进机施工过程中,刀具磨损情况严重,刀具更换费用约占工程施工费用的三分之一,刀具磨损问题成为掘进机掘进过程中亟待解决的问题。滚刀是硬岩掘进机主要的破岩工具,但目前对滚刀磨损量定量计算方法的研究较少,本文针对盘形滚刀磨损量进行计算研究,提出基于接触力学理论的滚刀磨损量估算方法。为预估刀具寿命,确定刀具更换周期提供理论依据。具体内容为:1)根据摩擦理论,引进磨损率这一概念。认为滚刀破岩过程中的磨损主要是滑动磨损,滚刀滑动中的体积磨损量与摩擦功成正比例关系,比例系数为磨损率。2)为了计算摩擦功,引进滑移比这一概念。根据接触力学关于有牵引力状态下滚动体的打滑理论,建立滑移比、滑移距离表达式。根据滑动距离、摩擦力、摩擦功三者之间的关系,求出摩擦功表达式。3)依据滚刀几何形状,利用滚刀结构参数求得滚刀体积磨损量表达式。得出体积磨损量关于径向磨损量的函数。4)根据摩擦功与体积磨损量的正比例关系,建立以掘进参数,结构参数,地质参数为已知量,径向磨损量为未知量的方程。解方程求出滚刀径向磨损量。5)用ANSYS有限元软件建立滚刀与岩石接触的有限元模型。分析静力作用下接触面的滑移量。将数值计算结果与理论计算结果进行比较,验证理论计算的正确性。通过算例分析得出如下结论:1)切入量一定,滚刀径向磨损增量随着掘进距离的增加呈现开始下降然后趋于稳定的趋势。滚刀径向磨损量随距离的增加而增加,径向磨损量与掘进距离在滚刀刀刃磨损后呈线性关系。掘进距离是影响滚刀磨损量的一个重要因素。2)掘进相同的距离,滚刀径向磨损增量随着切入量的增加而增加,径向磨损量随着切入量的增加而增加。切入量也是影响滚刀磨损量的一个重要因素。3)比较两种滚刀受力预测公式算出来的滚刀径向磨损增量和径向磨损量,可知滚刀受力大小是影响滚刀磨损量的又一个重要因素。滚刀受力越大磨损越严重。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 滚刀及磨损机理简介  9-12
    1.2.1 滚刀简介  9-10
    1.2.2 滚刀磨损机理简介  10-11
    1.2.3 滚刀检测及更换  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 本文的研究内容  14-15
第二章影响盘形滚刀磨损量的主要因素  15-22
  2.1 盘形滚刀受力状态  15-16
  2.2 盘形滚刀磨损类型  16-19
    2.2.1 盘形滚刀均匀磨损  17
    2.2.2 盘形滚刀非均匀磨损  17-18
    2.2.3 盘形滚刀刀圈崩裂  18-19
    2.2.4 盘形滚刀表面缺陷  19
  2.3 影响盘形滚刀磨损量的主要参数  19-22
    2.3.1 地质参数  19-20
    2.3.2 掘进参数  20-21
    2.3.3 位置参数  21
    2.3.4 其它参数  21-22
第三章滚刀磨损量理论计算方法  22-44
  3.1 滚刀与岩石接触区弹性滑动的接触力学问题  22-26
    3.1.1 滚刀与岩石接触区弹性滑动分析  22-23
    3.1.2 接触区边界条件  23-24
    3.1.3 接触区滚刀受力情况  24-25
    3.1.4 滑移比的确定  25-26
  3.2 滚刀磨损量理论计算方法的建立  26-32
    3.2.1 体积磨损量与摩擦功之间的关系  26-27
    3.2.2 摩擦功计算方法  27-30
    3.2.3 体积磨损量计算方法  30-31
    3.2.4 磨损量计算方程的建立  31-32
  3.3 滚刀偏磨磨损量计算方法  32-34
  3.4 算例分析  34-44
    3.4.1 磨损量计算算例  34-43
    3.4.2 算例小结  43-44
第四章滚刀磨损量数值计算方法  44-53
  4.1 接触模型的建立  44-46
  4.2 对接触模型求解  46-47
  4.3 结果分析  47-52
  4.4 算例小结  52-53
第五章结论与展望  53-55
  5.1 结论  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-59
发表论文和参加科研情况说明  59-60
致谢  60

基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法

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