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第1章 机械岩石破碎理论1

1.1 岩石的组成与分类1

1.1.1 岩石的结构与构造1

1.1.2 岩石的分类2

1.2 岩石力学性质3

1.2.1 岩石力学特性的基本概念3

1.2.2 岩石强度理论8

1.3 机械破岩机理14

1.3.1 冲击破岩机理15

1.3.2 切削破岩机理18

1.3.3 冲击-切削破岩机理27

1.4 机械岩石破碎的应力分布29

1.4.1 岩石在球齿作用下的应力分布30

1.4.2 岩石在楔形刃具作用下的应力分布33

1.5 机械刀具直线与旋转破岩一致性分析35

1.5.1 截齿与煤岩互作用数值模型35

1.5.2 一致性分析37

参考文献42

第2章 机械－水射流联合破岩理论45

2.1 水射流基础知识45

2.1.1 小孔出流基本理论45

2.1.2 水射流动压分布48

2.1.3 水射流打击力51

2.1.4 水射流劈裂特性54

2.1.5 水射流冲击波58

2.2 水射流破岩理论研究61

2.2.1 高压水射流破岩理论61

2.2.2 水射流冲击破岩力学分析62

2.2.3 水射流致裂破岩力学分析69

2.3 高压水射流破岩仿真研究71

2.3.1 光滑粒子流法理论72

2.3.2 水射流冲击破岩数值模拟74

2.4 机械－水射流联合破岩理论研究86

2.4.1 机械刀具－水射流联合破岩机理86

2.4.2 机械刀具－水射流联合破岩力学分析87

参考文献90

第3章 机械－水射流联合破岩试验台93

3.1 截齿－水射流联合破岩试验台93

3.1.1 机械系统94

3.1.2 液压系统95

3.1.3 高压水系统95

3.1.4 测试系统96

3.1.5 不同配置方式截齿－水射流系统的研制96

3.2 截割机构－水射流联合破岩试验台102

3.2.1 传动系统103

3.2.2 高压水发生系统104

3.2.3 高压水旋转密封装置106

3.3 模拟煤岩制备111

3.3.1 模拟煤岩相似条件112

3.3.2 模拟煤岩配比研究113

参考文献118

第4章 机械刀具－水射流联合破岩119

4.1 机械刀具－水射流联合破岩概述119

4.2 无水射流截齿工作角度对截割性能的影响121

4.2.1 仿真模型结构参数121

4.2.2 截齿直线破岩的仿真模型建立121

4.2.3 截齿工作角度对截割性能影响的数值分析122

4.2.4 截齿工作角度对截割性能影响的试验分析127

4.3 截齿－高压水射流联合破岩仿真研究133

4.3.1 仿真模型建立及基本参数133

4.3.2 截齿－中心射流联合破岩数值模拟135

4.3.3 截齿－前置式射流联合破岩数值模拟139

4.3.4 截齿－侧置式射流联合破岩数值模拟147

4.3.5 截齿－后置式射流联合破岩数值模拟153

4.3.6 不同配置方式对比分析155

4.4 截齿－高压水射流不同配置方式联合破岩试验研究158

4.4.1 试验目的及内容158

4.4.2 截齿－中心射流联合破岩试验方案及分析158

4.4.3 截齿－前置式射流联合破岩试验方案及分析162

4.4.4 截齿－侧置式射流联合破岩试验方案及分析167

4.4.5 截齿－后置式射流联合破岩试验方案及分析171

4.4.6 不同配置方式对比分析173

4.5 水射流预裂隙对截齿载荷和磨损的影响174

4.5.1 不同配置方式预裂隙截齿破岩有限元模型174

4.5.2 截齿受载与磨损的关系176

4.5.3 预裂隙对截齿受载和磨损的影响176

参考文献184

第5章 自控水力机械刀具破岩186

5.1 自控水力截齿结构设计和流场分析186

5.1.1 自控水力截齿结构设计186

5.1.2 空载状态流场分析187

5.1.3 喷嘴自由喷射流场分析190

5.1.4 水射流冲击岩石流场分析192

5.2 自控水力截齿动态响应特性仿真研究195

5.2.1 动态响应模型建立195

5.2.2 动态响应特性影响因素分析198

5.3 自控水力截齿破岩特性仿真研究202

5.3.1 自控水力截齿破岩过程分析203

5.3.2 自控水力截齿力学特性分析207

5.4 自控水力截齿试验研究210

5.4.1 关闭过程摩擦阻力试验210

5.4.2 开启特性试验215

5.4.3 动态响应特性试验219

5.4.4 流量特性试验223

5.4.5 破岩特性试验226

参考文献230

第6章 截割机构－水射流联合破岩232

6.1 水射流截割机构232

6.1.1 水射流截割机构设计方案232

6.1.2 喷嘴位置与数量234

6.1.3 水射流截割机构研制238

6.2 截割机构破岩性能评价指标建立240

6.2.1 截割扭矩和推进阻力变化规律241

6.2.2 载荷评价特征系数建立243

6.3 截割机构破岩性能分析245

6.3.1 煤岩强度对无水射流截割机构破岩性能影响245

6.3.2 煤岩强度对水射流截割机构Ⅰ破岩性能影响250

6.3.3 煤岩强度对水射流截割机构Ⅱ和Ⅲ破岩性能影响259

6.3.4 水压对水射流截割机构Ⅲ破岩性能影响264

6.4 水射流作用对粉尘浓度和截齿磨损影响270

6.4.1 水射流辅助作用对粉尘浓度的影响271

6.4.2 水射流作用的降尘机制274

6.4.3 水射流辅助作用对截齿磨损的影响275

参考文献277

第7章 水射流技术在矿山机械中的应用278

7.1 水射流在巷道掘进机中的应用278

7.1.1 高压水射流半煤岩掘进机278

7.1.2 高压水射流掘进机截割部设计279

7.1.3 高压旋转密封设计283

7.2 水射流在液压凿岩机中的应用290

7.2.1 水射流辅助液压凿岩机钻孔机理291

7.2.2 水射流辅助液压凿岩机钻孔机构设计291

7.2.3 水射流辅助液压凿岩机钻孔试验296

7.3 水射流在采煤机摇臂再制造清洗中的应用302

7.3.1 摇臂再制造清洗特征302

7.3.2 水射流清洗流场结构304

7.3.3 水射流清洗采煤机摇臂试验研究306

7.3.4 提高水射流清洗能力措施310

参考文献313

索引315