为了得到截割比能耗低、载荷波动性小的截割头螺旋线布齿方案,分析了几种曲面螺旋线,其中等螺旋角锥面螺旋线和球面螺旋线在轴向的变化率逐渐减小,此两者组合的布齿方案可以有效结合煤岩的压张效应,有利于降低截割比能耗,减小载荷波动;最后给出了球锥曲面参数匹配计算公式,为纵轴式截割头布齿提供了理论依据。 在煤矿机械化的开采作业中，纵轴式掘进机扮演着至关重要的角色，而截割头螺旋线的设计则是这一领域中的关键技术。它直接影响到掘进机的截割效率、能耗水平以及整体的作业稳定性。本文针对纵轴式掘进机的截割头螺旋线排列设计进行了深入的研究，旨在探讨其数学模型和优化方案，以求达到更高的作业效率和更优的设备性能。 螺旋线是空间中一点沿轴心旋转时留下的轨迹，这一轨迹的特性由其螺旋角β所决定。在截割头螺旋线的设计中，等螺旋角锥面螺旋线和球面螺旋线是两种常用的设计方案。在轴向的螺旋角变化率是决定截割效能的关键因素。锥面螺旋线的螺旋角βc可以通过特定的一阶线性非齐次微分方程求解得到其柱坐标方程。而球面螺旋线则因其在轴向上的平滑变化，能够有效减少截割过程中的载荷不均匀性。 文章提出了一个创新的设计方案，即将等螺旋角锥面螺旋线与球面螺旋线相结合，利用这两种螺旋线各自的优点。在实际的布齿过程中，这种设计考虑了煤岩在受力时既会产生压力也会产生张力的压张效应。通过这种复合螺旋线设计，可以显著降低截割比能耗，减少截割过程中的载荷波动，提高工作效率和设备的稳定性。 为了实现这一布齿方案，文章还提供了一种球锥曲面参数匹配的计算公式。这一计算公式是实现螺旋线优化设计的理论基础，它能够指导设计师如何在实际操作中精确设计截割头螺旋线，以达到最佳的破岩效果。 本文的研究成果对纵轴式掘进机截割头的设计具有重要的指导意义。科学的螺旋线设计不仅能够降低能耗，提升作业效率，还能改善作业环境，减少粉尘的产生，从而延长设备的使用寿命。这对于煤矿的安全生产以及经济效益的提升具有不可估量的价值。 未来的研究方向可能会着眼于不同煤岩性质对螺旋线设计的具体影响，以及如何根据不同工况优化截割头的性能。这将涉及到更深入的材料学、力学分析以及实际工况的测试和验证。通过不断的研究和实践，我们可以期待纵轴式掘进机截割头的设计将会更加精准高效，为煤矿机械化开采提供更强有力的技术支撑。