全斷面硬巖掘進機滾刀破巖實驗研究

　　《全斷面硬巖掘進機滾刀破巖實驗研究》具體研究內容如下：（1）以工程應用為背景，以獲取高精度和高可信度實驗數(shù)據(jù)為目標，聯(lián)合企業(yè)開展了集成化雙滾刀硬巖掘進綜合實驗平臺的研制；完成了綜合實驗平臺結構系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測試系統(tǒng)的方案設計；基于有限元分析了實驗臺框架、工作臺和刀架的應力應變分布規(guī)律，并對實驗臺整體進行了模態(tài)分析，完成了實驗臺主體框架、工作臺和滾刀架的結構設計，為開展硬巖掘進機刀具系統(tǒng)的巖石適應性實驗研究奠定了基礎。（2）完成實驗臺的液壓驅動系統(tǒng)設計，給出了工作臺和刀具兩大液壓系統(tǒng)的仿真分析方法，并據(jù)此完成了實際液壓系統(tǒng)的調試。開發(fā)了由實驗分析模塊、控制策略分析模塊、仿真實驗分析模塊、參數(shù)性能檢測模塊組成的雙刀系統(tǒng)結構智能控制平臺，將基于模糊神經網(wǎng)絡預測的智能控制方法引入實驗平臺的控制系統(tǒng)，提高了實驗臺抗干擾能力，使其具有良好的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度。（3）基于滾刀破巖機理和破巖過程，建立了單滾刀破巖力學模型和模態(tài)分析模型，分析了單滾刀在破巖過程中的應力應變分布和應力集中規(guī)律以及振動性能，獲得了巖石內應力分布規(guī)律。研究了壓力和貫入度等參數(shù)對巖石內應力分布的影響，重點分析單滾刀對不同材質巖石的適應性。并利用實驗平臺研究滾刀振動特性以及不同巖石對破巖的影響，分析掘進過程中振動性能對滾刀壽命的影響規(guī)律，得到了不同巖石在滾刀破巖過程中的臨界貫入度，即巖石貫入度的臨界值。（4）根據(jù)刀盤結構和工作原理，分析了刀盤應力應變分布規(guī)律和振動特性，考察了結構參數(shù)和外部工作參數(shù)對刀盤受力和振動的影響。建立了雙滾刀破巖力學模型，模擬分析了雙滾刀位置、巖石特性和工作參數(shù)對雙滾刀受力和破巖效率的影響。利用實驗平臺研究了不同材質的巖石特性、滾刀間距對破巖面積和效率的影響。研究發(fā)現(xiàn)滾刀破巖時，雙滾刀間距存在優(yōu)值，此時相鄰滾刀的破巖區(qū)域剛好相連，破巖區(qū)域大，破巖效果優(yōu)。（5）通過仿真模擬和實驗研究，建立了滾刀破巖過程中的臨界貫入度、滾刀間距、巖石特征等因素的耦合關系，分析了刀間距、滾壓速度和貫入度等因素對滾刀破巖效果的影響以及滾刀間距與破巖效率的對應關系，研究表明：可以基于研制的雙滾刀硬巖掘進綜合實驗平臺開展?jié)L刀和刀盤部分工作性能實驗研究，并獲得高精度和可信的實驗數(shù)據(jù)，集成化綜合實驗平臺可以為理論研究提供重要的實驗和驗證手段。

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