單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及截齒破巖機(jī)理研究領(lǐng)域，尤其涉及一種單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械切削破巖由于其效率高，機(jī)器靈活已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于采礦及各地下工程領(lǐng) 域。單齒破巖機(jī)理是刀具和破巖機(jī)械工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是機(jī)器破巖能力評(píng)定及選型 的基礎(chǔ)，因此備受業(yè)界關(guān)注。
[0003] 文南犬BilginN,DemircinMA,CopurH,BalciC,TuncdemirH,AkcinN.Dominant rockpropertiesaffectingtheperformanceofconicalpicksandthecomparison ofsomeexperimentalandtheoreticalresults.IntJRockMechMinSci2006 ； 43:139-156.使用的全尺寸直線切削試驗(yàn)臺(tái)，其可以測(cè)試截齒在不同安裝參數(shù)及定切削厚 度下直線切削時(shí)切削力、徑向力等參數(shù)，利用此試驗(yàn)臺(tái)，切削力與切削比能耗與各切削參數(shù) 及巖石強(qiáng)度的關(guān)系得到了深入的研究。其特點(diǎn)是直線切削，但是采掘機(jī)械工作機(jī)構(gòu)上截齒 破巖切削的為月牙形狀，并非直線試驗(yàn)中的定切削厚度，因此這與采掘機(jī)械破巖實(shí)際情況 不相吻合。文南犬：AbuBakarMZ,GertschLS.Evaluationofsaturationeffectsondrag pickcuttingofabrittlesandstonefromfullscalelinearcuttingtests.Tunn UndergrSpaceTechnol2013;34:124-134.及王春華，丁仁政，李貴軒，鄭連宏.截齒截割 煤體變形破壞過(guò)程模擬試驗(yàn).煤炭學(xué)報(bào)，2006 ;31(1) :121-124.中提到試驗(yàn)臺(tái)也都是類似 原理。文南犬KimE,RostamiJ,SwopeC,ColvinS.Studyofconicalbitrotationusing full-scalerotarycuttingexperiments.JMinSci2012 ;48(4) :717-731.中提到的雖 然是旋轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，但進(jìn)給方式與實(shí)際情況不盡相同。
[0004] 專利CN201210442183和文獻(xiàn)：劉送永，杜長(zhǎng)龍，崔新霞.采煤機(jī)滾筒截齒排列 試驗(yàn)研究.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009, 40(5) :1281-1287.提到的試驗(yàn)設(shè)備均為多齒聯(lián)合切削， 用以研究采掘機(jī)械工作機(jī)構(gòu)性能的試驗(yàn)設(shè)備。專利201210421825.U201310341432. 4、 201220584454. 4以及專利201020578699. 7等公開(kāi)的試驗(yàn)臺(tái)從原理和試驗(yàn)方法上都無(wú)法研 究單個(gè)截齒切削月牙形煤巖時(shí)切削形成機(jī)理、切削力以及徑向力等切削機(jī)理相關(guān)內(nèi)容的研 究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)方 法，該方法可以研究不同切削速度、切削厚度、截齒切削角，截齒傾斜角等參數(shù)對(duì)切削力、切 肩形狀及分布等參數(shù)的影響；能更好的深入研究單個(gè)截齒切削月牙形煤巖時(shí)的切削機(jī)理， 從而為采掘機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0007] 單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)方法，在該方法中采用了一種單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理 試驗(yàn)裝置，所述單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、截齒支架總 成和巖樣支架總成；
[0008] 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器、壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)； 所述扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器采集的扭矩信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)和截齒位置角度信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集 器，所述壓力傳感器采集的壓力信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器采集的信號(hào)輸入計(jì) 算機(jī)；
[0009] 所述液壓系統(tǒng)包括多路閥、變量栗、油箱、截線距調(diào)節(jié)油缸、切削厚度調(diào)節(jié)油缸、旋 轉(zhuǎn)油缸和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)變量栗，所述變量栗通過(guò)油管與多路閥連接，所述截 線距調(diào)節(jié)油缸、切削厚度調(diào)節(jié)油缸和旋轉(zhuǎn)油缸分別通過(guò)油管與多路閥對(duì)應(yīng)連接；
[0010] 所述截齒支架總成包括支架座、截齒座、截齒、旋轉(zhuǎn)座、過(guò)渡軸I和過(guò)渡軸II;所述 壓力傳感器安裝在截齒座和旋轉(zhuǎn)座之間；所述旋轉(zhuǎn)油缸依次通過(guò)過(guò)渡軸I、扭矩轉(zhuǎn)速角度 傳感器和過(guò)渡軸II驅(qū)動(dòng)截齒；
[0011] 所述巖樣支架總成包括巖樣盒、巖樣、巖樣滑座、總滑座、底座、刻度尺I和刻度尺 II;所述巖樣設(shè)置在巖樣盒中，所述巖樣盒安裝在巖樣滑座上，所述切削厚度調(diào)節(jié)油缸的活 塞與巖樣盒連接并可推動(dòng)巖樣盒在巖樣滑座上水平移動(dòng)；所述巖樣滑座安裝在總滑座上， 所述總滑座安裝在底座上，所述截線距調(diào)節(jié)油缸的活塞與巖樣滑座連接并可推動(dòng)巖樣滑座 在總滑座上水平移動(dòng)，所述截線距調(diào)節(jié)油缸的活塞和切削厚度調(diào)節(jié)油缸的活塞垂直，所述 截線距調(diào)節(jié)油缸的活塞與過(guò)渡軸I的中心線平行；所述刻度尺I固定設(shè)置在截線距調(diào)節(jié)油 缸的活塞的一側(cè)并與截線距調(diào)節(jié)油缸的活塞平行，所述刻度尺II固定設(shè)置在切削厚度調(diào)節(jié) 油缸的活塞的一側(cè)并與切削厚度調(diào)節(jié)油缸的活塞平行；所述截齒與巖樣對(duì)應(yīng)；
[0012] 該方法包括如下步驟：
[0013] 1)根據(jù)截齒的型號(hào)及尺寸確定其旋轉(zhuǎn)半徑r，并根據(jù)截齒的旋轉(zhuǎn)半徑制作巖樣并 安裝在巖樣盒中；
[0014] 2)根據(jù)扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器輸出的截齒轉(zhuǎn)速n，調(diào)整變量栗到設(shè)定轉(zhuǎn)速，并根據(jù) 公式V= 2 31nr確定截齒切削速度V ;
[0015] 3)調(diào)整切削厚度調(diào)節(jié)油缸，并借助刻度尺II確定最大切削厚度11_，由扭矩轉(zhuǎn)速角 度傳感器確定截齒瞬時(shí)位置0，根據(jù)公得到瞬時(shí)切削厚度；
[0016] 4)操縱多路閥進(jìn)行一次完整的切削過(guò)程，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的壓力傳感器得到 徑向力匕，扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器得到扭矩信號(hào)T，根據(jù)公式T/r可以得到切削力F。。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)效果是：截齒在旋轉(zhuǎn)油缸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)切削事先預(yù)備好的帶有與截 齒旋轉(zhuǎn)半徑相同的圓形缺口的巖樣；可以通過(guò)切削厚度調(diào)節(jié)油缸預(yù)先調(diào)整好最大切削厚 度，用調(diào)速閥調(diào)整旋轉(zhuǎn)油缸的旋轉(zhuǎn)速度從而調(diào)整切削速度等，其可以研究不同切削速度、切 削厚度、截齒切削角，截齒傾斜角等參數(shù)對(duì)切削力、切肩形狀及分布等參數(shù)的影響；能更好 的深入研究單個(gè)截齒切削月牙形煤巖時(shí)的切削機(jī)理，從而為采掘機(jī)械工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置的主視圖；
[0019] 圖2為單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置的俯視圖；
[0020] 圖3為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的流程圖；
[0021] 圖4為液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 附圖中：101-多路閥；102-變量栗；103-油箱；104-截線距調(diào)節(jié)油缸；105-切 削厚度調(diào)節(jié)油缸；106-旋轉(zhuǎn)油缸；107-驅(qū)動(dòng)電機(jī)；108-過(guò)濾器；109-溢流閥；201-支架 座；202-截齒座；203-截齒；204-壓力傳感器；205-旋轉(zhuǎn)座；207-過(guò)渡軸I;208-扭 矩轉(zhuǎn)速角度傳感器；209-過(guò)渡軸II;301-巖樣盒；302-巖樣；303-巖樣滑座；304-總滑 座；305-底座；306-刻度尺I;307-刻度尺II。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0024] 單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)方法，在該方法中采用了一種單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理 試驗(yàn)裝置。
[0025] 單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，單齒旋轉(zhuǎn)切削破巖機(jī)理試 驗(yàn)裝置包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、截齒支架總成和巖樣支架總成。
[0026] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的流程如圖3所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器208、壓 力傳感器204、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)；扭矩轉(zhuǎn)速角度傳感器208采集的扭