武 哲

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司， 山西 长治 046200）

引言

为了实现煤炭的低成本、高效率、集约化的开采，必须对开采设备进行深层次的研究。掘进机作为一种连续、高效的综掘设备，在煤矿巷道掘进、煤炭开采等生产活动中起着不可替代的重要作用[1]。截割头是掘进机的截割煤岩的核心部件，掘进机工作时的大部分功率均消耗在截割头，因此，截割头的截割性能对整机的负载稳定性、能源利用率、截割效率、工作面粉尘浓度及整机寿命均有直接影响。截割头是由多参数同时影响的复杂系统，其截齿的材料性能、截割头结构排布、截齿分布、头体尺寸、截齿角度、截线间距等参数均会直接影响着掘进机的可靠性、工作效率及掘进面粉尘浓度等[2]。因此对截割头进行结构分析，并进行数值模拟分析具有较大的现实意义。

1 截割头载荷的分析

截割头所受载荷是截割头上参与工作的截齿受外力的合成。当截割头工作时，在某一位置时受力情况如图1 所示。

图1 截割头受力示意图

当截割头处于某一位置j时，截割头受到侧向阻力Raj、牵引阻力Rbj、顶推力Rcj、圆周力Foj以及负载转矩Mcj[3]。其分别表示为：

式中：ri为第i个截齿的截割半径；φi为第i个截齿的位置角。截割头钻进运动时，截割煤岩的块度与截割头进刀量即切削厚度有关，当截割头旋转一周，各个截齿进行周期性切削，其受截割阻力也周期性变化[4]。

2 截割头模型的建立

在截割头工作过程中，煤壁发生显著破坏，因此采用显示算法的LS-DYDA 软件对截割头进行数值分析。……