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滚刀直线破岩模拟试验装置研究

谭昊  
【摘要】:随着新技术、新材料、新工艺的发展,机械破岩在地下工程建设中的作用日益增强,大体积破岩一般采用不同类型的滚刀,岩巷掘进机(TBM)、竖井掘进机采用盘形滚刀,竖井钻机采用铸造楔齿和镶齿滚刀,反井钻机采用不同齿形的盘形镶齿滚刀,工程钻孔工程也采用不同尺寸滚刀。破岩滚刀的应用日趋广泛,但在滚刀破岩机理、滚刀磨蚀规律、滚刀高效破岩技术参数确定等研究方面,还缺乏深入研究,还需要完善相应的试验手段。根据煤矿深井建设技术国家工程实验室建设需要,进行了滚刀直线破岩模拟试验装置研究,本文在研究分析各种类型滚刀破岩机理基础上,结合国内外试验装置研究进展,考虑到配合和补充现有钻井旋转刀具试验台,提出全尺寸滚刀的直线往复破岩模拟基本原理,针对满足不同类型滚刀试验目的,研究了试验装置的主要技术参数、总体结构、数据、岩样采集方法、观察手段等,设计了试验装置的总体结构、径向加载、双作用推进机构、电气、液压、试验参数及数据采集系统,完成了试验装置设计、加工、组装及最终调试工作,并进行单刃盘型滚刀对房山地区花岗岩破岩初步模拟试验。本文还对包括加载系统和液压系统以及数据采集系统的方案设计及部分结构进行了有限元分析计算,对新设计的盘型滚刀的破岩参数进行理论研究,采用用塑性损伤算法进行了滚刀破岩过程的动态仿真。结论认为滚刀直线破岩模拟试验装置,能够满足进行盘形滚刀、楔齿滚刀、镶齿滚刀、单支点牙轮滚刀以及刮削式破岩刀具试验研究,取得滚刀破岩机理、磨损、主要破岩参数等科学数据,为巷道掘进机、竖井钻机、竖井掘进机、反井钻机等机械破岩设备提供基础数据支持。


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