截齿顺次破岩机制的细观数值模拟及截线间距优化研究

田听雨¹，何冰^2,3，王树景^2,3，谢学斌¹，唐进元⁴

1. 中南大学资源与安全工程学院2. 江苏徐州工程机械研究院3. 高端工程机械智能制造国家重点实验室4. 中南大学机电工程学院

摘 要：为优化镐型截齿在截割头上的布置以提高掘进机截割效率,借助PFC3D颗粒离散元数值模拟软件构建了两把截齿顺次截割岩石的三维模型,对不同截割深度和截线间距组合工况进行了模拟试验,分析了镐型截齿顺次破岩机制和最优截线间距与截割深度的比值(s/h)。结果表明,岩石在截齿作用下的破坏模式以张拉破坏占主导,并伴随挤压和剪切的综合破坏;截齿顺次截割时,两相邻截齿之间存在明显的协同作用,前刀在岩石内残留的裂纹使得岩石易于截割,可以提高后刀的截割效率;在模拟试验范围内,随着s/h值增加,比能耗呈先减小再增加的变化规律,模拟结果表明最优s/h值约为3。该研究可为掘进机截割头排布设计提供参考依据。

关键词：掘进机;破岩;镐型截齿;顺次截割;截线间距;比能耗;颗粒离散元;