碟盘刀具倾斜姿态复合轴向振动破岩特性试验研究

来源：振动与冲击杂志2026年第1期北京时间：

作者：刘春生 ,，程硕chengshuo96，刘延婷，刘若涵，徐鹏,

单位：1. 黑龙江科技大学机械工程学院， 哈尔滨150022；2. 黑龙江科技大学安全工程学院， 哈尔滨150022；3. 黑龙江科技大学电气与控制工程学院， 哈尔滨150022

摘要：针对现有采掘机械截割硬岩效率低、破碎效果差，为探寻高效、低能耗破碎硬岩技术，探究在不同截割姿态下碟盘刀具复合轴向振动截割方法的破岩特性。研制了可改变碟盘刀具截割姿态的振动截割试验台，进行了刀具截割姿态倾角为变量的振动截割煤岩试验，基于试验获得了刀具截割载荷谱与轴向振动幅值，采用EMD对载荷谱进行分解，获取载荷谱各分量及其频率、相关系数和能量占比等特征信息；运用ABAQUS有限元软件模拟碟盘刀具振动截割煤岩过程，获取了煤岩崩落破坏时应力云分布特征规律。结果表明：碟盘刀具倾斜姿态振动截割煤岩有利于煤岩产生大块片状崩落破坏；综合载荷谱分量特征信息分析可得，刀具破岩效果最优、载荷最小时姿态倾角约为5°~10°，且刀具楔面角度增大，姿态倾角应适当减小；刀具轴向向上振动时，刀具楔面对煤岩产生挤压作用，煤岩沿截割方向依次受压-拉-压应力，近刀具楔面处煤岩为拉破坏，同时由齿刃向煤岩自由面以剪破坏产生断裂面，形成大块片状崩落煤岩；姿态倾角过小和过大时，刀具楔面煤岩挤压作用范围较小，煤岩大块片状崩落破坏概率较低；试验煤壁崩落破坏产生的圆弧形痕迹分布规律与截割载荷谱IMF分量、数值模拟应力云图所得刀具振动破岩特征规律具有一致性。<br>

关键词：轴向振动；碟盘刀具；截割姿态；经验模态分解；破岩特性