Prediction of Wear of Roadheader Picks Using Numerical Simulations: Fid-Bau Portal

Prediction of Wear of Roadheader Picks Using Numerical Simulations

Rojek, Jerzy / Oñate, Eugenio / Kargl, Hubert / Labra, Carlos / Akerman, Jan / Restner, Uwe / Lammer, Egmont / Zarate, Francisco

Abstract

10.1002/geot.200800005.abs

The paper presents prediction of wear of roadheader picks using numerical simulations. Estimation of wear has been included into the numerical model of rock cutting based on the discrete element method. The amount of wear is calculated using the classical formula of Archard. The wear model takes the influence of temperature by considering the hardness of the worn material as temperature dependent into account. The set of parameters for the discrete element model has been established by a calibration procedure based on numerical simulation of the unconfined compression and Brazilian tests, with the results of laboratory tests as reference data. After having established model parameters, numerical simulation of cutting process with a roadheader pick has been carried out. The simulation provides values and variation of cutting forces. Temperature increase due to frictional heat is obtained in the thermo‐mechanical simulation of cutting. Numerical analysis yields the wear profile as well as the tool shape evolution due to wear. The numerical model developed allows studying the wear intensity for different cutting process parameters. The developed method can be employed in the design of cutting heads and cutting operations in underground excavations with roadheaders.

Verschleißprognose von Schneidwerkzeugen für Teilschnittmaschinen mithilfe numerischer Simulationen

Der Artikel beschreibt eine Methode zur Prognose des Schneidwerkzeugverschleißes von Teilschnittmaschinen mithilfe numerischer Simulationen. Das numerische Modell basiert auf der Methode der diskreten Elemente und beinhaltet auch eine Abschätzung des Verschleißes unter Anwendung des Formelansatzes von Archard. Der Temperatureinfluss wird im Verschleißmodell durch eine Temperaturabhängigkeit der Materialhärte berücksichtigt. In dieser Veröffentlichung werden sowohl numerische als auch experimentelle Studien des Schneidprozesses und des Meißelverschleißes betrachtet. Die Definition der Parameter für das diskrete Elemente Modell erfolgte durch einen Abgleich von Simulationen mit entsprechenden Prüfstandsversuchen. Sowohl einaxiale Druckversuche als auch Spalt‐Zugversuche wurden als Referenzmessungen herangezogen. Mit den daraus abgeleiteten Modellparametern wurden die weiteren Simulationen des Schneidprozesses durchgeführt. Die Simulation errechnet den zeitlichen Verlauf der Schneidkräfte. Der Temperaturanstieg durch die Reibung wird über eine thermo‐mechanische Simulation errechnet. Damit ergibt sich sowohl ein Verschleißprofil als auch die geometrische Veränderung des Werkzeugs aufgrund des Verschleißes. Das entwickelte numerische Modell erlaubt nun Verschleißstudien unter verschiedenen Schneidparametern zur Optimierung des Scheidsystems von Teilschnittmaschinen.