为提高悬臂式掘进机截割煤岩巷道的能力,提出了一种新型复合动力下碟盘截割机构破碎煤岩的方法,该机构不仅可以提高煤岩的破碎能力与刀具寿命,还可以降低粉尘,实现安全、高效掘进煤岩巷道,以碟盘刀具为研究对象,分别从理论、数值模拟和试验三方面研究复合动力下碟盘刀具破碎煤岩的载荷特性。以岩石断裂力学和奥氏观点为基础,建立了碟盘刀齿刀刃和楔面的力学模型,将碟盘刀齿楔面和水射流致裂破碎煤岩的裂纹尖端强度因子线性叠加,求得水射流辅助碟盘刀齿破碎煤岩的裂纹尖端强度因子,根据矢量叠加原理构建了水射流辅助碟盘刀齿破碎煤岩径向载荷的力学模型。采用有限元法建立碟盘刀具振动切削煤岩的数值模型,得出25组正交数值模拟碟盘刀具的载荷谱,选取峰值均值、曲线均值、盒维数和小波能量熵四个评价指标,通过功效系数法和方差分析法综合分析运动参数对碟盘刀具破碎煤岩性能的影响,碟盘刀具破碎性能的影响显著程度依次为:进给速度、振动频率和幅值。采用多元非线性拟合,给出了载荷峰值均值和曲线均值与进给速度、振动频率和幅值之间的关系式,定性分析了碟盘刀具载荷的变化趋势。应用SPH/FEM耦合方法建立水射流辅助碟盘刀齿径向切削煤岩数值模型,利用LS-DYNA软件模拟有无水射流辅助碟盘刀具,可知无水射流辅助碟盘刀具径向载荷与楔面角度呈反比关系;水射流入口压力增加,辅助效果增大;入射角度增大,辅助效果减小;喷嘴直径增大,辅助效果增大,与力学模型分析结果一致。利用振动切削试验台进行碟盘刀具单径向切削和振动切削人工制备煤岩试验,得出碟盘刀具振动切削煤岩径向载荷与其切削厚度成正比关系;随着碟盘刀具楔面角度增加,碟盘刀具振动切削和单径向切削的径向载荷均逐渐减小,并且振动切削煤岩径向载荷明显小于单径向切削煤岩的径向载荷,振动切削煤岩载荷和楔面角度的关系与LS-DYNA软件数值模拟所得关系一致。通过理论、数值模拟和试验对复合动力下碟盘刀具破碎煤岩的研究,在振动和水射流的作用下可提高碟盘刀具破碎煤岩的能力,减小刀具载荷,该研究为研制新型截割刀具与破碎硬岩的方法奠定了基础。该论文有图56幅,表17个,参考文献71篇