杜长龙，蔡卫民，刘送永，刘增辉



自控水力截齿破岩性能仿真及试验研究

杜长龙，蔡卫民，刘送永，刘增辉

(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州，221116)

基于流体动力学理论，研发一种根据截齿受力自动调节流量的自控水力截齿。基于SPH理论采用LS−DYNA软件对该截齿的破岩特性进行仿真，在单齿截割试验台上对截齿的破岩特性进行试验研究。研究结果表明：随着水射流压力增高，截齿受力减小率逐渐升高；当水射流压力超过岩石的抗压强度时，截齿受力明显降低；随着截深增加，截齿受力减小率逐渐下降，所以，截割截深较浅的岩石更能高效发挥水射流的辅助作用；当截深为5 mm，压力为60 MPa时，截齿受力减小率为30.96%，且截槽更宽，破碎体积更大。

掘进机；自控水力截齿；水射流辅助；SPH理论；岩石破碎

掘进机截割硬岩时，截齿存在截割力大、磨损量大、温度高等问题，降低了截齿寿命和截割效率。为解决上述问题，国内外学者对水射流破岩进行了大量的研究。REHBINDER等[1]对水射流破岩理论及辅助破岩理论进行了深入研究，认为水射流能够加速岩石裂纹的产生和扩展。常宗旭等[2]对煤岩体水射流破碎机理进行了实验研究，指出煤岩体中强度较弱的一系列微元首先破坏，形成裂隙，进入裂隙空间的水射流对裂隙发生水楔作用，使裂隙尖端产生拉应力集中，导致裂隙迅速发展和扩大。GUHA等[3]对射流清洗材料的最佳靶距进行了数值模拟，指出靶距为5倍喷嘴直径时射流冲击效果最好，靶距大于26倍喷嘴直径时，射流失去冲击作用。……