本文基于截割头截割特性研究现状,系统分析了截齿破碎煤岩理论、国内外煤岩截割试验台发展与应用,对现有的截割试验台在设计与应用方面进行综述,分析其中的不足之处。采用理论分析、软件仿真和试验测试相结合的方案,对破煤(岩)机理、截割头截割试验、截割特性预测及截割系统动力学几方面展开研究。依据煤岩截割理论以及各种试验现象对镐形截齿破煤(岩)机理进行探讨。借助有限元软件LS-DYNA,按照试验条件参数,分析不同截齿几何参数、截齿间距、截割厚度、运动参数下截割头截割特性的表现;通过与截割理论及截割试验对比分析得知,仿真截割结果可以在一定程度上反应真实截割工况,为研究掘进机截割特性及相应参数的选择提供理论依据。为研究截割头截割煤岩时真实工况,结合系统设计中相似理论及煤岩截割理论,建立煤岩性质、截割头尺寸、截割载荷、运动参数的相似准则,研制了相似比为1/3的煤岩截割试验台。期间发明了一种旋转轴轴向力测量装置(ZL201610123719.3)。该装置解决了掘进机截割头旋转截割试验中的载荷测试问题,为研究截割头(也可延伸为其它旋转截割机构,如采煤机滚筒等)截割特性提供了有效的试验平台。在现有截割力预测公式基础上,提出一个新的掘进机截割特性预测模型。模型的可靠性通过得到试验数据与现有经验公式的验证。建立掘进机截割头动力学模型,以混沌理论为依据,探索截割头载荷动力学特性,把表面看似为随机的载荷波动认定为确定性动力学系统所具有的混沌现象,揭示截割载荷中所包含的内在规律。