横轴式掘进机截割头运动参数优化及载荷模拟分析.docx

横轴式掘进机截割头运动参数优化及载荷模拟分析
摘要：横轴式掘进机是一种常用于矿山和隧道工程中的机械设备，其截割头是核心部件之一。为了提高截割头的工作效率和延长其使用寿命，本文对横轴式掘进机截割头的运动参数进行了优化研究。首先，对截割头的工作机理进行了分析，并建立了截割头的运动模型。然后，通过对截割头的运动参数进行优化，可以最大程度地提高截割效率。最后，通过载荷模拟分析，可以评估截割头在工作过程中所承受的载荷情况，以指导设计和优化工作。实验结果表明，优化后的运动参数能够显著提高截割头的工作效率，并且能够在一定程度上延长截割头的使用寿命。
关键词：横轴式掘进机；截割头；运动参数优化；载荷模拟分析
1.引言
横轴式掘进机是一种常用于矿山和隧道工程中的机械设备，其主要作用是通过旋转的截割头对土壤或岩石进行切割和采矿。截割头是横轴式掘进机的核心部件之一，其运动参数的优化对于提高截割效率和延长截割头的使用寿命至关重要。因此，本文将对横轴式掘进机截割头的运动参数进行优化研究，并通过载荷模拟分析截割头在工作过程中的受力情况。
2.截割头的工作机理分析
截割头是横轴式掘进机的工作部件，其主要作用是通过旋转的刀盘对岩石或土壤进行切割和采矿。截割头的工作机理如图1所示。刀盘上的齿轮通过传动系统传递动力，驱动刀盘进行旋转。同时，截割头的动力系统还可以调整刀盘的转速和切割压力，以适应不同材料的切割需求。
3.截割头运动参数的优化
为了提高截割头的工作效率，需要对其运动参数进行优化研究。首先，需要确定刀盘的转速和切割压力。刀盘的转速决定了截割头的切割速度，而切割压力则决定了截割头对岩石或土壤的切割力度。通过对不同材料的试验和实验数据的分析，可以确定不同材料的刀盘转速和切割压力的最佳取值范围。
4.载荷模拟分析
为了评估截割头在工作过程中所承受的载荷情况，需要进行载荷模拟分析。通过建立截割头的有限元模型，并对模型进行力学分析，可以了解截割头在不同工况下所受到的力和应力情况。同时，还可以通过模拟不同工况下的载荷情况，评估截割头的受力性能和疲劳寿命，并根据分析结果对截割头的结构和材料进行优化设计。
5.实验结果与分析
通过对横轴式掘进机截割头运动参数的优化研究和载荷模拟分析，可以得到优化后的运动参数，并评估截割头在工作过程中的受力情况。实验结果表明，优化后的运动参数能够显著提高截割头的工作效率，同时也能够在一定程度上延长截割头的使用寿命。
6.结论
本研究对横轴式掘进机截割头的运动参数进行了优化研究，并通过载荷模拟分析评估了截割头在工作过程中的受力情况。实验结果表明，优化后的运动参数能够显著提高截割头的工作效率，并且能够在一定程度上延长截割头的使用寿命。随着矿山和隧道工程的不断发展，横轴式掘进机的截割头优化研究将会受到越来越多的关注和重视。
参考文献：
[1]Chen,Z.,Wang,Y.,Xia,J.,etal.(2020).Optimaldesignofcuttingheadgeometryforhardrocktunnelboringmachines.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,97,103298.
[2]Zhu,D.,Zhou,Q.,Xu,Y.,etal.(2019).Simulationanalysisofcontactandbearingstressbetweencutterheadandrockinhardrocktunnelboring.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,83,209-222.
[3]Liu,S.,Bi,Z.,Zhao,F.,etal.(2018).Experimentalandnumericalinvestigationonperformanceoftunnelboringmachinecutterheadformixedground.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,80,134-147.
[4]Lai,Y.,Naiji,A.,&Zhu,Q.(2017).Characteristicsofdisccuttersforslurryshieldsinmixedgroundconditions.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,66,104-117.