煤岩截割是煤炭机械化开采的重要环节,采煤机滚筒和掘进机截割头截割性能的优劣直接影响着整台机器的可靠性和煤矿的生产效率。本文以采掘机械的煤岩截割为工程背景,主要进行了煤岩截割试验装置设计与试验研究,在设计试验装置机械系统、液压系统和测控系统的基础上,利用AMESim对截割力随机变化下液压缸速度稳定性进行仿真分析并进行试验验证;在试验装置上进行不同截割速度和截割深度下的截割试验,对截割载荷大小、比能耗和截割碎屑粒度分级进行研究,并对截齿截割载荷频谱进行分析。本论文主要得出的结论如下:(1).试验装置机械系统可进行截割深度为0-20mm,截割间距为0-200mm的调整。液压系统中可使液压缸的速度不受截割力大小随机变化的影响,并实现截割速度在0-0.3m/s范围内的精确控制。测控系统在实现截割速度精确控制的基础上,可对截割三向力和液压缸位移(速度)进行测量,对液压系统压力、蓄能器出口压力及移动横梁油缸夹紧压力及进行监测。(2).利用仿真软件AMESim进行试验转置液压系统仿真分析,负载为空载、正弦变化和随机变化时,相同系统压力下,液压缸的速度较为稳定。同一系统压力下,随比例阀开口度的增加,液压缸的速度也随之增加。负载为正弦变化,系统油源仅为柱塞泵时,液压缸速度稳定且系统压力和蓄能器出口压力较稳定。系统油源为蓄能器和柱塞泵时,当比例阀开口度较小的情况下,系统压力和蓄能器出口压力随时间降低,系统可提供流量大于比例阀开口下的理论流量,液压缸的速度较为稳定;当比例阀开口度较大的情况下,较低的系统压力不足以使蓄能器提供足够的油液,则液压缸的速度也随之降低。(3).利用试验装置进行空载及截割试验时的液压系统试验研究得出:在煤岩截割试验装置的液压系统中,通过给定比例阀电压信号可对液压缸的速度进行精确控制;利用AMESim仿真和试验装置试验验证的结果表明:当截割阻力大小随机变化的情况下,液压缸的速度较为稳定,整个液压系统的动态响应特性较好,能够较好的满足煤岩截割试验的要求。(4).固定截割深度为5mm,截割角度为45°及截割间距为100mm,进行不同截割速度的截割试验,得出截割三向力均值随截割速度的变化不明显;截割碎屑的总质量随截割速度的增加而增加,且每一种范围的块度质量所占碎屑总质量的比例基本相同;截割比能耗随截割速度的增加呈现先减小后增大的趋势,存在一截割比能耗最小时的截割速度v=0.158m/s,可使截割过程产生最佳的截割工况和经济效益;在截割力频谱分析中,0-10Hz低频段内,截割力信号的幅值较大,集中了截割时的大部分能量。在某个频率点出现了相比周边区域的峰值点,说明截割力信号中存在准周期成分。(5).固定截割速度为0.158m/s,截割角度为45°及截割间距为100mm,进行不同截割深度的截割试验,得出截割力和法向力随截割深度的增加而线性增加;在截深d=5、10、15和20mm时,截割碎屑块率度大于25mm所占的比重分别为:21.8%、50.8%、63.4%和64.75%,说明增加截割深度可以明显提高截割碎屑块率度;在截割力频谱分析中,在0Hz附近,随截割深度的增加,截割力幅值的最大值也随之增加,截割过程中静力破坏值随截割深度的增加而增加,这与截割深度较大时,能够产生较大块度的截割碎屑有关。截割比能耗与粒度分布指数具有较高的指数相关性,可以用粒度分布指数去估算煤岩截割效率。