掘进机是一种综合类掘进设备,在煤炭开采中占有重要地位。作为掘进机核心零部件之一,截割头工作环境复杂,且煤岩分布不均导致截齿受力具有很大的随机性。目前,国内掘进机配套的截割头主要依赖于进口,在使用过程中截割效率低、截齿消耗量大,无法满足正常截割要求,并且存在采购成本昂贵、维修服务困难、无自主知识产权等问题,严重制约了我国掘进机整机产品的发展和利润空间。开展掘进机截齿截割煤岩机理研究,分析截齿设计参数对载荷特性的影响,将为我国打破国外公司技术垄断,实现掘进机整机产品国产化、系列化和工程推广提供支持。本文以某公司EBZ200悬臂式纵轴掘进机截割头为研究对象,利用离散元法建立截齿截割过程仿真模型,分析参数对截齿截割特性的影响,为截齿设计和安装寻求理论依据。探讨了掘进机截割头的设计与评价参数,分析了煤岩的摩擦系数、强度和坚固系数三个主要性质,对掘进机截割头截齿的截割功能角和安装工艺角两个安装角度进行了说明,并对两者之间的转换关系进行了讨论,分析了截割头的截割性能评价指标,即截齿受力、载荷变差系数和截割比能耗。利用混凝土制作了煤岩的近似物理模型并对其进行了取芯,通过单轴压缩实验得到了取芯试样的力与位移关系曲线,并将压缩过程分为弹性与脆性两个变化阶段。建立了取芯试样单轴压缩离散元模型,通过不断调整仿真参数得到了与实验基本一致的结果,为截齿截割过程仿真中煤岩物性参数的正确选取提供了依据。建立了掘进机截齿截割过程的三维离散元仿真模型,采用Pro/E对截齿和煤岩进行几何建模,利用Gambit对三维模型进行网格划分,通过Fluent确定颗粒的中心位置和半径,应用EDEM进行颗粒沉积和截齿截割过程的仿真计算。通过曲线和图表对掘进机截割过程离散元仿真结果进行了研究,分析了截齿切削角、旋转角和半锥角三个角度对截齿受力、载荷变差系数及截割比能耗三个截割性能评价指标的影响,为正确选择截割头截齿设计参数提供了依据。