基于Workbench的采煤机镐形截齿结构优化设计_邬黔凤
煤矿镐型截齿的损坏形式与解决方案
煤矿镐型截齿的损坏形式与解决方案镐形截齿是采煤机、掘进机的主要配件之一，在采煤及巷道掘进的过程中因为损耗严重，也被称为煤矿“易损件〞。
其性能好坏直接影响采煤机、掘进机生产能力的发挥，及其他相关零部件的使用寿命。
既然是煤矿易损件，那么镐形截齿的破坏和消耗量必然是巨大的。
在什么情况下，因为什么原因，镐形截齿会受到损耗呢.其损坏形式又有哪些呢.下面XX艾德为您具体介绍！1、截齿磨损镐形截齿随着截割时间的增加和煤岩的摩擦 ,导致齿尖变钝 ,出现磨损。
磨损后的截齿 ,切削局部的面积增大,使截割阻力增加 ,截齿强度降低 ,影响截齿质量。
怎么解决磨损的问题呢.对于镐形截齿 ,如果设计、制造和安装合理 ,可实现自磨刃性 ,就能够保持齿尖的锐利。
这时截齿出现的磨损为均匀磨损 ,截齿使用寿命就会很长。
2、合金头脱落当截齿磨损到一定程度后 ,其齿尖的硬质合金头将脱落。
合金脱落后 ,截齿利用齿身截割 ,阻力大 ,磨损严重 ,加速截齿的破坏。
如果要保证合金头在作业过程中不脱落，一方面要解决合金头材质的问题。
选择价格更高、材质更好的硬质合金，有利于合金头寿命的延长。
另一方面，通过在齿头部位堆焊耐磨层的方式，来增大合金头的支撑力，防止合金头脱落。
3、齿体弯曲与折断由于截齿的构造尺寸、刚度、布置方式等方面的原因 ,当截齿承受很大的外力时，截齿齿体出现弯曲、甚至折断的情况。
解决这个问题，需采用更好质量的截齿齿体材质，如42CrMo。
同时优化热处理工艺、保证截齿锻件的质量，以防止齿体的弯曲和折断。
4、截齿丧失在实际使用过程中 ,截齿的丧失现象也是普遍存在的问题。
截齿丧失的主要原因在于 :截齿固定不可靠或固定装置磨损等等。
这个问题很好解决，只要加强截齿的固定装置，同时操作人员多多细心观察，就能减少截齿丧失的问题发生。
通过上面的介绍，相信大家对截齿有了一定的了解，希望以上的介绍能对您有所帮助！。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化采煤机截齿是采煤机上的重要部件之一，主要用于破碎煤层和采煤作业。
采煤机截齿的优化设计和使用对于提高采煤效率、降低生产成本具有重要意义。
本文主要对采煤机截齿进行分析和优化。
一、采煤机截齿的结构和工作原理采煤机截齿由齿座、齿柄和齿头三部分组成。
齿头为截齿的最重要部分，一般采用锻造工艺制作。
齿柄与齿座连接，是支撑和固定齿头的部分。
采煤机截齿通过齿头的形状和质量来破碎和采取煤层。
齿头的外形一般采用直线型和曲线型两种形式。
采用直线型时，采煤机截齿容易产生强大的压力和冲击载荷，这会导致截齿的易损性增强，因此应采用抗弯强度高、硬度高的材料。
采用曲线型时，可使截齿对岩石的作用力更加平衡，截齿的易损性相对较小。
1、材料优化：截齿所采用的材料直接影响其使用寿命和耐久性。
现代采煤机截齿采用高耐磨、高韧性的合金材料制造，其硬度和强度能满足不同生产场合的需求。
2、齿头结构优化：齿头的设计和结构直接影响截齿的破碎效果和使用寿命。
为了提高采煤效率和延长截齿的使用寿命，齿头的设计应更加精细化，并采用表面增强技术来提高其耐磨性和耐腐蚀性。
3、润滑与冷却系统：截齿工作时会产生大量的热量，对截齿的加工精度和使用寿命会产生负面影响。
因此，在采煤机截齿工作时需要适当设置润滑和冷却系统，降低截齿温度，提高截齿的工作性能和寿命。
4、装置间距和夹角优化：采煤机截齿的装置间距和夹角是影响破碎效果的重要因素。
为了使截齿对煤层的作用力更加均衡，应将截齿的装置间距和夹角优化设定，避免产生误差和浪费能源。
5、机械状态监测：采煤机截齿的使用寿命和性能受到许多因素影响，通过对机械状态进行监测和评估，可以更加准确地预测截齿的寿命和故障，提高生产效率和安全性。
三、结论与展望采煤机截齿的优化设计和使用对于提高采煤效率和生产能力具有重要意义。
本文分析了截齿的结构和工作原理，总结了优化设计的方法，包括材料优化、齿头结构优化、润滑和冷却系统、装置间距和夹角优化以及机械状态监测。
采煤机截齿的设计
采煤机截齿的设计作者：刘素平来源：《科技传播》2013年第12期摘要本文通过对采煤机截齿的优化设计来延长截齿的使用寿命。
本次设计通过认识和了解采煤机及截齿的工作情况，确定截齿的几何参数对截割性能的影响，从而寻求最佳的截齿参数。
然后通过对采煤机截齿的失效形式和失效原因的分析，寻找到影响截齿使用寿命的因素——材料、钎焊及热处理工艺。
在对截齿材料进行选择后，利用正交试验法对热处理工艺进行优化设计，从而选定工艺参数，建立最佳工艺方案。
达到采煤机截齿优化设计的目的，提高截齿的使用寿命。
关键词采煤机截齿；热处理工艺；正交试验法；优化设计中图分类号TD82 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0167-020引言煤炭工业持续，稳定，协调的发展，是顺利实现社会主义建设宏伟目标的重要条件。
随着煤炭工业的不断发展，对采掘机械的要求不断提高。
不断完善各类采煤设备，使之达到高效，高产，安全，经济；向遥控及自动控制发展，以逐步过渡到无人工作面采煤，是今后采煤机械化的发展方向。
截齿是采煤机上的主要零件之一，是破碎煤岩的工具，也是需要经常更换的易损件，提高截齿的强度、寿命，能很大程度的提高采煤机产效率，降低成本。
1 设计方案本次设计的采煤机截齿主要应用于坚韧，夹石多，层理和节理不发达的韧性硬煤层，煤层厚度1.3m～3.5m，截割阻抗A=240-360N/mm。
1.1 截齿的结构及几何参数采煤机上的截齿种类很多，基本上分为两类：扁形截齿和镐形截齿。
根据煤层的性质及不同类型截齿的特点，这里选用扁形截齿中的屋脊状前面截齿。
屋脊状前面截齿的强度高，截煤时不易形成密实核，产生的煤粉少，截齿受力也相对减小。
这种截齿适用于韧性，夹石多的硬煤层。
根据截齿几何参数对截割性能的影响，选取恰当的截齿参数：截角-80°；刀尖角-72°；后结构角-8°；后角-10°；侧角-10°；切削部宽度-15mm截齿在齿座上的伸长度必须符合截割工况，以防止齿座与煤体接触而挤煤。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化
随着工程机械行业的发展，采煤机在煤矿行业中的应用越来越广泛。
采煤机的效率和质量主要取决于其切削系统中的截齿。
截齿是采煤机刀盘上的重要部件，其主要作用是与煤岩石进行切削接触，进行采煤作业。
传统的截齿设计大多仅考虑其切削性能，而忽略了截齿的寿命和维护成本等方面的因素。
因此，为了提高采煤机的运行效率和降低维护成本，需要对截齿进行深入的分析和优化设计。
分析和评估采煤机截齿的性能，需要考虑多个因素，包括截齿的材料、表面硬度、形状设计、密度分布等。
其中，材料的选择是关键因素之一。
当前市场上的截齿材料主要包括高锰钢、低合金钢和钒钛合金等。
高锰钢具有良好的耐磨性、韧性和强度，但其价格昂贵且易断裂。
低合金钢价格相对较低，但其耐磨性较低，易生锈。
钒钛合金则具有较高的硬度和耐磨性，但价格较高。
因此，在选择截齿材料时需要综合考虑多个因素并进行比较。
截齿的形状设计也是影响其性能的重要因素之一。
截齿的头部形状可以分为锥形、圆形、方形等多种形式。
不同形状的截齿在不同采矿条件下的性能表现不同。
目前，一些研究表明，锥形头的截齿更适用于软煤或岩石采矿，方形头则更适用于硬煤和岩石采矿。
在进行截齿的分析和优化设计时，需要考虑多方面的因素，并进行综合比较和评估。
通过优化截齿的设计，可以提高采煤机的效率和质量，降低维护成本，并有效延长采煤机的寿命。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化采煤机截齿是采煤机的重要配件之一，主要用于刮削煤炭，具有重要作用。
但是在采煤机使用过程中，由于煤层质量的不稳定性以及工作条件的恶劣，截齿的寿命和性能容易受到影响。
因此，对采煤机截齿进行分析和优化是非常必要的。
首先，在对采煤机截齿进行分析时，需要考虑到不同截齿的结构和性能。
当前，采煤机常用的截齿主要有圆锥齿、圆钢齿、钻具齿、齿板等。
这些不同的截齿结构具有各自的特点和应用范围。
比如说，圆锥齿具有翻滚截煤的功能，圆钢齿适用于弱煤层和细粒度煤炭的切割，钻具齿适用于岩石和硬煤等，而齿板则具有良好的耐磨性能和切割效果。
因此，在具体的应用中，需要选择合适的截齿结构，以提高采煤机的工作效率和寿命。
其次，在对采煤机截齿进行优化时，需要考虑到截齿的材料和制造工艺。
截齿的材料一般选择高强度、耐磨、抗张强度高的合金材料。
同时，在制造工艺方面，应严格遵守相关标准和要求，如精准测量，精密加工和热处理等，以确保截齿的质量和性能。
另外，在对采煤机截齿进行优化时，还需要注意以下几点问题。
首先是截齿的安装和调整。
正确的安装和调整可以保证截齿的工作效率和寿命，同时还可以减少采煤机的故障率和维修成本。
其次是采煤机操作人员的培训和管理。
操作人员的技术和素质影响着采煤机的安全和效率，因此，需要加强对操作人员的培训和管理，提高其技术水平和责任意识。
最后是对采煤机截齿进行定期检测和维护。
定期检测和维护可以及时发现和处理截齿的故障和问题，确保采煤机长期稳定运行。
总之，对采煤机截齿进行分析和优化是提高采煤机工作效率和寿命的关键。
在具体应用中，需要综合考虑截齿结构、材料、制造工艺以及安装调整、操作人员培训和管理、定期检测和维护等因素，以确保采煤机的长期稳定运行。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿是煤矿开采中常用的工具，用于切割和采矿煤矿。
截齿的质量和效率直接关系到采煤机的工作效果和煤矿生产能力。
本文将对采煤机截齿进行分析与优化。
分析采煤机截齿的结构和工作原理。
采煤机截齿主要由刀头和刀柄组成，通过刀柄与采煤机连接，刀头用于直接接触和切削煤矿。
在工作过程中，采煤机通过旋转切削煤矿，刀头的质量和切削性能直接影响采煤机的工作效率。
然后，对现有采煤机截齿存在的问题进行分析。
在实际工作中，采煤机截齿常常因为磨损和断裂导致需要更换，影响了工作的连续性和效率。
由于截齿的设计不合理，导致切削力集中和能耗增加。
优化截齿的设计和材料选择对提高工作效率和延长使用寿命具有重要意义。
接下来，提出优化采煤机截齿的方法。
优化截齿的材料选择，选择高强度和耐磨性能的材料，延长使用寿命。
通过改进截齿的结构和形状，减小切削力集中，提高切削效率。
可以考虑使用刀具涂层技术，提高截齿的耐磨性能和减少切削力。
对优化后的截齿进行实验测试。
将优化后的截齿安装在采煤机上，进行实际的采矿工作，测试其切削性能和耐磨性能。
根据实验结果进行进一步的调整和优化，确保截齿的性能达到设计要求。
采煤机截齿的分析与优化对提高采煤机的工作效率和延长使用寿命具有重要意义。
通过优化截齿的材料选择、结构设计和实验测试，可以得到性能更好的截齿，并提高采煤机的工作效果。
采煤机截割部截齿受力的变化分析
采煤机截割部截齿受力的变化分析
吴珊
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】采煤机是进行煤矿自动化机械生产的重要设备,采煤机滚筒截割中截齿的受力作用较大,对截齿的使用寿命及磨损较大。
针对截割部截齿的受力作用采用仿真计算的形式,分析不同因素对截齿受力的影响作用,从而在满足开采效率的同时,选取合适的参数,减小对截齿的截割力作用,从而提高截齿的使用寿命,减少截齿的更换修复时间,提高采煤机的截割效率。
【总页数】3页(P76-77)
【作者】吴珊
【作者单位】山西焦煤西山煤电屯兰矿
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.滚筒截齿对采煤机截割部工作可靠性的影响研究
2.采煤机镐型截齿截割煤岩受力强度设计仿真
3.提升采煤机截割滚筒截齿受力均衡性的优化研究
4.采煤机截割参数对截齿受力情况的影响研究
5.截割参数对采煤机截齿受力影响研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化采煤机是煤矿开采的重要设备，它的主要作用是利用截齿对煤矿进行截割和刨取，然后将煤炭送往输送带上，实现煤炭的采集和运输。
截齿作为采煤机的重要零部件，直接关系到煤矿开采的效率和安全，因此对于截齿的分析与优化显得尤为重要。
一、采煤机截齿的作用和结构分析采煤机截齿是采煤机上的刀具，用来切割和刨取煤矿，其质量和性能直接关系到采煤效率和煤矿的安全。
一般来说，采煤机截齿的结构分为头部和刀片两部分，头部用来与采煤机连接，刀片则负责切割和刨取煤炭。
截齿的材质一般选用优质的合金钢，具有耐磨、耐压的特点，能够承受高强度的切割和刨取。
在实际的煤矿开采中，采煤机截齿常常面临着以下一些问题：1. 磨损严重：由于截齿长时间的使用和煤矿中的煤层、岩石等杂质的作用，截齿很容易出现磨损，影响其使用寿命和工作效率。
2. 断裂损坏：由于截齿在采煤机工作时承受着巨大的冲击和压力，如果截齿的材质、硬度不符合要求或者存在结构缺陷，容易出现断裂损坏的情况。
3. 切削性能差：由于截齿刀片的尺寸、角度等设计不当，可能导致切削煤炭的效果不理想，影响采煤效率。
三、采煤机截齿的优化方案针对采煤机截齿存在的问题，可以通过以下一些途径进行优化：1. 材料优化：选择优质的合金钢材料，并对其进行合理的热处理，提高截齿的硬度和耐磨性。
2. 结构优化：针对截齿的头部和刀片部分进行优化设计，提高截齿的耐磨性和抗压性能。
3. 刀片角度优化：通过优化刀片的切削角度和形状，提高截齿的切削性能，减少煤炭的碎裂和粉化。
1. 提高截齿的使用寿命，降低更换和维护成本。
2. 提高截齿的耐磨性和抗压性能，减少断裂损坏的风险。
3. 提高截齿的切削性能，增加采煤效率，提高煤炭的采集率。
5. 采煤机截齿的维护和管理措施除了对采煤机截齿进行优化设计和改进制造外，还需要加强对截齿的维护和管理工作，以保证其有效运行和延长使用寿命。
1. 定期检查：对采煤机截齿进行定期的检查和测量，发现问题及时进行维修或更换。
采煤机截齿分析与优化
采煤机截齿分析与优化
采煤机是煤炭开采中的重要设备，而截齿作为采煤机的关键零部件，直接影响着采煤效率和生产成本。
对采煤机截齿进行分析与优化具有重要的意义。
本文将从采煤机截齿的结构特点、磨损形式和优化方案等方面进行分析与探讨。
一、采煤机截齿的结构特点
采煤机截齿是一种特殊结构的刀片，一般由硬质合金材料制成，具有较高的硬度和耐磨性。
截齿的结构一般包括刀身和刀片两部分，刀片通常由硬质合金焊接在刀身上，形成一个整体的截齿结构。
截齿根部通常通过螺栓或焊接固定在采煤机的截齿座上，以确保截齿在工作时的稳固性和可靠性。
二、采煤机截齿的磨损形式
采煤机截齿在采煤作业中会受到严重的磨损，主要表现在以下几个方面：
1. 刀片磨损：由于采煤机在煤层中不断进退和旋转运动，导致截齿刀片与煤岩之间发生剧烈的摩擦和碰撞，从而导致刀片表面的磨损。
长时间的磨损会导致刀片的失效，影响采煤效率。
2. 刀身变形：在采煤机作业过程中，由于刀片受到巨大的冲击载荷，刀身很容易发生塑性变形，进而影响采煤机的稳定性和工作效率。
三、采煤机截齿的优化方案
针对采煤机截齿存在的问题，可以从以下几个方面进行优化：
1. 材料优化：选择高强度、耐磨性好的硬质合金材料，并对其进行适当的热处理，以提高截齿的硬度和耐磨性。
2. 结构优化：采用更加合理的截齿结构设计，增加刀片的焊接面积，提高刀片与刀身的连接强度，以减少截齿的断裂。
3. 表面涂层优化：对截齿表面进行涂层处理，以提高截齿的抗磨性和耐腐蚀性，延长其使用寿命。
4. 制造工艺优化：采用先进的制造工艺，提高截齿的加工精度和表面光洁度，以提高截齿的使用性能。
基于LS—DYNA采煤机镐型截齿截割有限元分析
割 煤 层 的 动态 过程 。在 后 处 理 中 ， 取 了截 齿 的 能 量 、 度 和 加 速 度 等 的时 间历 程 曲 线 ， 析 了 截齿 安 装 的不 同角 获 速 分
度 对 截 割 块 煤 效率 的影 响 ， 出 了对 块 煤 截 割 效 率 最 高 的 截 齿 安 装 角 为 ４ 。 得 ｏ。
关键 词 镐 型 截齿 截 割 采 煤 机 中 图分 类 号 有 限 元 分 析
Ｔ ２ 。 １ Ｔ ２ ． ４ ＴＰ ９ ． Ｄ４ １ ６ Ｄ４ １ ５ ３１ ９
引 言
由于采 煤机 镐型 截齿截 割煤 岩能力 除与 截齿 的
结 构 形式 （ 构 尺 寸及 布置 参数 ） 采 煤机 运 行 参 数 结 、
王 峥荣 ， 熊 晓 燕
（ 原理工大学机械电子工程研究所 太
张 宏
太 原 ，３０ ６ ０００）
太 原 ， ３ ０ ４ （ 炭 科 学 研 究 总 院 太 原 研 究 院 ００２ ） 煤
陈冬 冰
（ 利 审 查协 作 中 心 专 摘要 北 京 ，０ １０ １０ ９ ）
利 用 ＡＮ ＹＳ中的 Ｌ — ＹＮＡ 模 块 ， Ｓ ＳＤ 建立 采煤 机 截 齿 截 割 煤层 的有 限元 三 维 数 字 化 模 型 ， 拟 了镐 型 截 齿 截 模
ｓｌ ６ ｏｉ １ ８和刚体材料模 型对滚筒 ， ｄ 以及 ８ 节点单元类 型 ｓｌ ６ ｏｉ １ ４和 脆 性 材料 模 型 对 煤层 划 分 有 限元 网 ｄ
格。 本文对煤 岩的材料属性用 混凝土的材料属性来近 似 ， 将 截齿 和 煤层 的接 触定 义 为 面与 面 的侵 彻接 并 触［ 。 由于采煤 的过 程是煤 层静止 、 筒做往复 和旋 ２ ］ 滚
一种煤矿采煤机截齿
专利名称：一种煤矿采煤机截齿专利类型：实用新型专利
发明人：柴皓,申虎威,张丹
申请号：CN202122192910.2申请日：20210910
公开号：CN215804538U
公开日：
20220211
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种煤矿采煤机截齿，属于采煤机领域。
一种煤矿采煤机截齿，包括齿杆，所述齿杆内壁呈环形结构对称开设有多个内槽，所述齿杆内侧底部开设有螺纹槽，所述螺纹槽内侧底部开设有密封槽，所述密封槽内侧底部开设有油腔，所述齿杆上方设有齿头，所述齿头圆周外壁呈环形对称结构开设有多个插孔，所述齿头底部固设有铜杆，所述铜杆外表面顶部固设有密封塞，所述内槽内壁滑动连接有插杆，此装置通过设置齿杆与齿头螺纹连接，并通过在内槽内部设置插杆，在插杆上设置弹簧一和螺纹套，能够对齿杆与齿头的连接进行加固，提高了连接的稳定性，并且能够快速对齿头进行安装和拆卸，达到便于操作的目的，同时也节省了开采成本。
申请人：柴皓,申虎威
地址：046000 山西省长治市府西街6号(长治市煤矿技术服务中心)
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
不同工况下采煤机镐形截齿受力分析
Key words: shearer; shaped pick; coal cutting mechanism; force situation
0 引言
随着滚筒的不断转动和进给作业的深入进行，截齿将会
在矿山开采工作中，采煤机是极其重要的重型设备之
一，主要作用是实现煤层的装煤及落煤程序，这就要求核心
·54 ·
高
源：不同工况下采煤机镐形截齿受力分析
量参数相结合，可得出 FZ、FY 和 FX 的数值分别为 1 100 N、
况下，截齿所受到的载荷为：刀头未磨钝时，FZ、FY 分别与 X
2.2 截割刀头磨钝
的中心部位来发挥作用；FX 与截齿的轴线之间形成 90 ° 的夹
550 N 和 220 N。
截齿刀头出现磨钝之后，在截煤时主要存在截割阻力 FZ0
受到损坏，这些都会影响
煤壁接触后会形成瞬间冲击，截齿的齿尖会扎进煤层深处，
截齿的正常工作。因此，
并与煤壁之间形成一定角度的切割。当煤体受到较大的冲击
对３种工况下截齿存在的
力，且大于自身所具有的抗压性之后，将会根据剪切面的走
受力状况进行分析，如图
向而发生裂痕，从而产生粉碎脱落现象。同时，煤体附近煤
岩体所具有的抗压强度也会降低，截齿刀头在开始另一个循
different working conditions such as the unblind condition of the cutter head, the blunt working condition of the cutter head and the falling condition of the cutter
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
应力）与目标函数（圆锥半角和圆孔半径）的关系
图。 由图 6 可知，截齿的最大等效应力均随圆锥半
角和圆孔半径的增大而减小。 由于截齿结构尺寸的
0.00
50.00（mm） yx
25.00
z
限制，截齿圆孔的半径对截齿齿尖部位的应力峰值 影响更大。
图3 有限元网格的划分
on Workbench
WU Qian-feng， LIU Ying-lin， CHEN Cai (School of Mechanical Engineering， Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)
Abstract: In order to obtain the more reasonable structure of pick-shaped cutter， with MG600 shearer
the optimization design of pick -shaped cutter has been performed. The cone half -angle and circular
hole radius of pick tooth point were selected as design parameters. Meanwhile, geometry mass,
截齿的总体变形并不明显。
图 7 为优化后镐形截齿的等效应力图。 178
第 35 卷第 11 期 2014 年 11 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.35 No.11 Nov. 2014
doi:10.13436/j.mkjx.201411075
KCJ-70 型矿用防爆柴油机掏槽机结构特点
2.930 4e-8 Max
2.604 8e-8
2.279 2e-8
2.279 2e-8
1.953 6e-8
1.628 0e-8
1.302 4e-8
9.768 0e-9
6.512 0e-9 3.256 0e-9
0.00
60.00（mm） x z
0 Min
30.00
y
bp
图 5 镐形截齿的总变形图Leabharlann 图 2 镐形截齿破煤的等效集合模型
第 35 卷第 11 期 2014 年 11 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.35 No.11 Nov. 2014
doi:10.13436/j.mkjx.201411074
基于 Workbench 的采煤机镐形截齿结构优化设计
邬黔凤， 刘英林， 陈 财 （太原理工大学 机械工程学院， 太原 030024）
400
到模型上，对镐形截齿进行静力学分析。 图 4 为截齿等效应力云图，截齿齿尖部位应力
最 大 ，最 大 等 效 应 力 为 538.49 MPa，小 于 截 齿 材 料
图6
300 30 P1-Cu4t0oux.R50AD
15 14P21-3Cu1t2oux1.R1A1D0
优化参数和目标参数的关系变化
P3-Equivalent Stress Maximum
P3-Equivalent Stress Maximum
理论上，在截割过程中截齿可以在齿座中自由
700
转动，但由于锈蚀、煤粉等因素导致许多截齿不能
600
转动，这里不考虑镐形截齿的自转，将截齿根部添
500
加全约束。 将计算出来的截齿轴向力和径向力施加
定义材料属性后，进行网格划分，采用自由网 格划分，同时对齿尖区域进行细化，划分后网格模 型如图 3 所示。
Mesh 2014/6/26 12:21
4 镐形截齿的结构优化分析 ANSYS Workbench 中 的 优 化 设 计 功 能 是 通 过
Design Explorer 实现的。Design Explorer 优化模块是 基于 Simulation 仿真模 块数据库的 参数 优 化 工 具 ， 和传统的优化计算方法类似， 其最终目的是在满足 用户使用要求的前提下，寻找一种最优方案。
将截齿齿尖的圆锥半角和圆孔半径作为优化 参 数 Cutout.ANG 和 Cutout.RAD， 以 镐 形 截 齿 的 质 量、 最大等效应力和最大变形量作为目标参数，利 用 Workbench 中 DS 模块进行优化分析。 镐形截齿 的初始圆锥半角为 49°，变化范围为 30~60°，初始圆 孔半径为 11 mm，变化范围为 10~14 mm。
与截齿的切入角有关，近似某种二次曲线形状。 随
J=Ah（0.3+0.35×103bp）
（1）
着截齿截入深度的增加，煤岩体内部的压张力逐渐 式中 A— ——煤岩体的截割阻抗，kN/m； 177
Vol.35No.11
基于 Workbench 的采煤机镐形截齿结构优化设计— ——邬黔凤，等
第 35 卷第 11 期
0 引言
增大，使被粉碎的煤岩体的界面不断扩大。 同时被
采煤机是煤矿生产中重要的生产设备，截割滚 压部位表面产生大的弹性变形，当变形超过煤岩体
筒上的镐形截齿，在采煤过程中，截齿磨损、齿尖崩 的抗拉强度时，煤岩体沿其剪切面或层里面、节理
刃、齿身弯曲等是截齿失效的主要形式，多种失效 形式也使得截齿成为煤矿生产中更换量最大的零 件。 截齿质量和性能的优劣直接影响着煤矿的生产 能力和工作效率。 因此研究具有更加合理结构尺寸 的截齿具有十分重要的意义。
h— ——截齿截割厚度，m；
bp— ——截齿计算宽度，m。 螺旋滚筒牵引速度方向的推进阻力
Q=KpJ=（0.5~0.8）J
（2）
式中 Kp— ——推进阻力与截割阻力的比值。
单个截齿的受力可以分解为轴向力及径向力，
其 中 轴 向 力 X=J+Qcos β0， 径 向 力 Y=Qsin β0。 以 MG600 采煤机上的镐形截齿为例，经计算截割阻力
BC 处出现裂缝，煤岩体 ABCD 开始断裂。 实际上破碎
下来的煤岩体是具有一定厚度的扇形体，形成落煤。
R1
β A
R2 B
准1
准2
h1 h2
锥半角和圆孔半径下的截齿质量、最大等效应力和
DC
最大变形量，以期得到更加合理的截齿结构。
1 镐形截齿的破煤机理
在镐形截齿破岩理论众多模型中，被公众普遍
2α
接受的是英国 学者 Evans 提出 的拉坏模型 。 Evans
摘 要： 为了得到更加合理的镐形截齿结构，以 MG600 采煤机的镐形截齿为研究对象，对单
个截齿进行受力分析，在 Workbench 中建立了截齿的有限元模型。 在静力有限元分析的基础上，把
镐形截齿齿尖的圆锥半角和圆孔半径作为设计参数，以质量、最大等效应力和最大变形量作为目
标参数，对截齿结构进行了优化，得到了更加合理的镐形截齿结构。 研究结果为截齿的结构设计与
YUAN Chang-suo， SHANG Guang-lai (1. Shendong Coal Technology Research Institute, Shendong Coal Group Company， Yulin 719315， China. 2. Baotou
优化提供了理论依据。
关键词：采煤机； 镐形截齿； 参数化建模； 受力分析； 结构优化
中图分类号： TD421.6 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2014）11 － 0177 － 03
Structural Optimization Design of Shearer Pick-shaped Cutter Based
本文基于 Workbench 软件平台，在静力学分析 的 基础上，通过 Workbench 中 Design Explorer 模 块 对截齿的几何形状进行优化，获取并分析不同的圆
面出现微裂纹并逐渐扩大。 破煤机理如图 1 所示，
在 ABCD 范围内煤岩体压张力 R1 和 R2 的合力大于
连线 AD 和 BC 处拉应力的合力 时， 便会在 AD 和
equivalent stress maximum and the biggest deformation were selected as goal parameters. The more
reasonable structure of pick-shaped cutter has been obtained. Research results provide the theoretical
原长锁， 尚广来 (1. 神东煤炭集团公司 神东煤炭技术研究院， 陕西 榆林 719315； 2. 包头大成重工制造有限公司， 内蒙古 包头 014060)
摘 要： 论述了 KCJ-70 型矿用掏槽机的整体结构、行走方式、截割机构及其技术参数，阐述 了该机型整体机构以及在煤矿井下巷道具体条件下设备的适应性，并展望了矿用掏槽机的发展方向。
图 1 镐形截齿的破煤机理
认为在截割过程中，镐形截齿以速度 v 撞击煤岩体， 2 镐形截齿受力分析
齿尖以一定角度切入煤岩体内，在滚筒动能的作用
镐形截齿破煤的等效集合模型如图 2 所示，截
下，当齿尖的锥体表面对煤岩体的压张力超过煤岩 体的抗拉强度时，被压部位逐渐粉碎，其截面形状
齿锥角为 2α，截齿楔入煤岩体角度为 β0。 单齿在煤岩体表面进行平面截割，截割阻力
basis for the structural design and optimization of the cutter.
Key words: shear; pick-shaped cutter; parametric modeling; force analysis; structure optimization