截齿载荷谱的力学模型及混沌分形特征

【摘要】：镐型截齿截割煤岩是采煤机械的一个主要工作过程,它反映工作机构上外载荷的性质,决定消耗在截割煤岩与机器牵引所需的功率,乃至机器工况的动力状态,镐型截齿截割煤岩作用力的非线性、煤岩力学行为的不确定性和尚未形成镐型截齿破碎煤岩的理论体系,制约了高效能采煤机械的发展。采用镐型截齿破碎煤岩实验装置测试截齿的载荷谱,利用载荷谱蕴含煤岩损伤破碎的信息辨识出镐型截齿截割煤岩机理及其载荷的特征量和数值量,对安装角度、截线距、切屑厚度和进给速度镐型截齿的载荷进行正交实验研究,确定煤岩破碎与镐型截齿几何和力的固有特性及相互作用关系,根据单截齿截割阻力曲线谱隐含着煤岩破碎性因素以及截齿与煤岩作用的机理,辨识出采煤机滚筒破碎煤的截割阻力曲线谱,提出了基于单截齿截割阻力实验谱、截齿截割规律及工作参数来确定滚筒瞬时截割阻力的新方法,建立滚筒截割阻力实验——理论综合模型,给出了截割阻力模型的三种算法,模拟仿真结果表明:截割阻力的特征和量值均有很好的复合度,反映了破碎煤的规律,实现了工程意义上的定量预测计算;采用功率谱法和Lyapunov指数从定性和定量两个方面对截割阻力曲线谱进行研究,结果均说明截割阻力曲线谱具有混沌特征;应用分形理论对截割阻力曲线谱进行分析,求得不同安装角截齿的截割阻力谱的盒维数和相关维数,给出了截割阻力曲线谱的分形当量能耗。进而给出镐型截齿破碎煤岩性能指标的数学描述,实现高效的截割机构个性化设计,为高端采煤机械的研发奠定基础。