一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定方法及系统与流程

本技术涉及机械设计领域，尤其涉及一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定方法及系统。

背景技术：

1、目前，在岩巷掘进中，传统的截齿类掘进机在面对硬岩地质条件时，截齿的磨损量将急剧增加，破岩效率也将显著降低，因此，截齿破岩方式难以适用于硬岩巷道的高效掘进。滚刀破岩技术虽然可以实现硬岩的高效破碎，但滚刀破岩需要极大的挤压力，对滚刀强度和机械装备动力等都提出了极高的要求。研究表明，岩石具有抗压不抗拉的特性，将刀具以近似平行于岩石表面的角度来破碎岩石，即以底切的方式来截割破岩能够显著降低刀具载荷及比能耗，有效破碎硬岩。后续研究发现在底切破岩中引入振动作用，能进一步降低破岩载荷和比能耗，由此诞生了振动底切破岩技术，如图1所示。确定破岩刀具与岩石的接触状态，即获得刀具与岩石的接触角度随刀具旋转角度的变化关系，是分析刀具截割力的前提条件。得益于计算机技术的发展，现有研究主要通过建立振动破岩的离散元模型来分析刀具-岩石的接触状态，进而研究不同截割参数对刀具-岩石接触状态的影响规律。

2、现有的基于离散元技术的刀具破岩分析方法需要建立复杂的破岩模型，仿真模型的计算量大，计算耗时长。此外，离散元分析方法不能预估刀具与岩石的接触状态，进而影响后续影响因素分析中对参数变化范围的选择。

技术实现思路

1、本技术提供一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定方法及系统，以至少解决不能确定刀具与岩石的接触状态且计算量大的技术问题。

2、本技术第一方面实施例提出一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定方法，所述方法包括：

3、获取振动底切破岩刀具的刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速和所述刀盘当前时刻的瞬时角；

4、根据所述刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度和转速确定所述刀盘的第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角，然后基于所述第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角构建第一瞬时角范围和第二瞬时角范围；

5、确定所述刀盘当前时刻的瞬时角所属的角范围，并基于所属的角范围、刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速确定所述当前时刻的瞬时角对应的左接触极点的角位置及右接触极点的角位置；

6、根据所述左接触极点的角位置及右接触极点的角位置确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触角度。

7、优选的，所述第一临界瞬时角为一轮截割开始时刀盘的瞬时角；

8、所述第二临界瞬时角为截割中右接触极点与第一预设点重合时刀盘的瞬时角；

9、所述第三临界瞬时角为一轮截割结束时刀盘的瞬时角。

10、进一步的，所述根据所述刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度和转速确定所述刀盘的第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角，包括：

11、利用公式计算第一临界瞬时角，其中，e为偏心距，v为牵引速度，ω为转速，θi为第一临界瞬时角，θi∈[2πk+π,2πk+2π]，k为刀盘截割时的循环轮数；

12、利用公式计算第二临界瞬时角，其中，a为刀盘半径，θii为第二临界瞬时角，θii∈[2πk+π,2πk+2π]；

13、利用公式计算第三临界瞬时角，其中，θiii为第三临界瞬时角，θiii∈[2πk+3π,2πk+3.5π]。

14、进一步的，所述第一瞬时角范围为大于等于所述第一临界瞬时角且小于所述第二临界瞬时角；

15、所述第二瞬时角范围为大于等于所述第二临界瞬时角且小于等于所述第三临界瞬时角。

16、进一步的，所述基于所属的角范围、刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速确定所述当前时刻的瞬时角对应的左接触极点的角位置及右接触极点的角位置，包括：

17、当所述刀盘当前时刻的瞬时角属于所述第一瞬时角范围时，利用公式计算左接触极点的角位置，利用公式计算右接触极点的角位置，其中，为左接触极点的角位置，为前一刀截割轨迹中心轴的瞬时角，a为刀盘半径，为右接触极点的角位置；

18、当所述刀盘当前时刻的瞬时角属于所述第二瞬时角范围时，利用公式计算左接触极点的角位置，利用公式计算右接触极点的角位置。

19、进一步的，所述根据所述左接触极点的角位置及右接触极点的角位置确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触角度，包括：

20、利用所述左接触极点的角位置及右接触极点的角位置确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触半角；

21、基于所述当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触半角确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触角度。

22、本技术第二方面实施例提出一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定系统，包括：

23、获取模块，用于获取振动底切破岩刀具的刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速和所述刀盘当前时刻的瞬时角；

24、第一确定模块，用于根据所述刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度和转速确定所述刀盘的第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角，然后基于所述第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角构建第一瞬时角范围和第二瞬时角范围；

25、第二确定模块，用于确定所述刀盘当前时刻的瞬时角所属的角范围，并基于所属的角范围、刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速确定所述当前时刻的瞬时角对应的左接触极点的角位置及右接触极点的角位置；

26、第三确定模块，用于根据所述左接触极点的角位置及右接触极点的角位置确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触角度。

27、优选的，所述第一临界瞬时角为一轮截割开始时刀盘的瞬时角；

28、所述第二临界瞬时角为截割中右接触极点与第一预设点重合时刀盘的瞬时角；

29、所述第三临界瞬时角为一轮截割结束时刀盘的瞬时角。

30、本技术第三方面实施例提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如第一方面实施例所述的方法。

31、本技术第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的方法。

32、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

33、本技术提出了一种振动底切破岩刀具与岩石接触角度的确定方法及系统，其中所述方法包括：获取振动底切破岩刀具的刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速和所述刀盘当前时刻的瞬时角；根据所述刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度和转速确定所述刀盘的第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角，然后基于所述第一临界瞬时角、第二临界瞬时角和第三临界瞬时角构建第一瞬时角范围和第二瞬时角范围；确定所述刀盘当前时刻的瞬时角所属的角范围，并基于所属的角范围、刀盘半径和刀盘在进行破岩时的偏心距、牵引速度、转速确定所述当前时刻的瞬时角对应的左接触极点的角位置及右接触极点的角位置；根据所述左接触极点的角位置及右接触极点的角位置确定当前时刻振动底切破岩刀具与岩石的接触角度。本技术提出的技术方案，可以精确的得到振动底切破岩时刀具与岩石接触状态，为后续振动破岩截割参数的选择提供指导。

34、本技术附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。