ДонНТУ

Магистры


photo

Новиков Антон Иванович

Кафедра: Горное оборудование

Группа: МАШ-07м

e-mail:  nolvikov@mail.ru

Тема магистерской работы: "Повышение ресурса режущего инструмента проходческого комбайна с планетарным исполнительным органом"

Руководитель:к.т.н. профессор Семенченко Анатолий Кирилович

Автобиография Ссылки Библиотека Отчёт о поиске Индивидуальное задание

Автореферат  магистерской  работы


1. Проблема и ее связь с научными и техническими задачами.
2. Постановка задачи.
3. Закономерности формирования параметров стружки и кинематических изменений углов резания планитарного исполнительного органа.
4. Направление дальнейших исследований.


1. Проблема и ее связь с научными и техническими задачами.

В настоящее время перед угольной промышленностью стоит задача интенсификации добычи угля из лавы. То есть увеличивается энерговоовужонность, а следовательно и скорости вращения исполнительного органа. Это приводит к возрастанию напряжений действующих в режущих инструментах, а значит, уменьшается срок службы инструмента. Таким образом, увеличение скока службы режущего инструмента является одной из актуальнейших проблем  горного машиностроения.

2. Постановка задачи

Цель данной работы — увеличение запаса прочности резца проходческого комбайна с планетарным исполнительным органом, что сопутствует увеличению срока службы режущего инструмента.

3. Закономерности формирования параметров стружки и кинематических изменений углов резания планитарного исполнительного органа.

Изложение материала и его результаты. Для  решения поставленной задачи при определении параметров среза и кинематических изменений углов резца была использована схема обработки забоя планетарным исполнительным органом, представленная на рис.1.


      Рисунок 1- Схема обработки забоя планетарным исполнительным органом комбайна типа Урал-10КС

На рисунке приняты следующие обозначения:
Vпод  скорость подачи исполнительного органа на забой;
 ωв    угловая скорость вращения редуктора и привода исполнительного органа (переносное движение);
 
ωд    угловая скорость вращения режущего диска;

dд     диаметр режущего диска по вершинам резцов;
С    расстояние от оси вращения исполнительного органа до оси вращения
         режущих дисков (радиальное смещение оси исполнительного органа);

А    боковое смещение оси режущего диска;
Dзаб     диаметр забурника;
D     диаметр исполнительного органа;
Rв    радиус водила;
е – расстояние;
φ    угол положения  ί-го резца;
φвх    угол входа в контакт режущего инструмента;
φвых    угол выхода из контакта режущего инструмента;
х, у, z  –  координаты режущего инструмента в пространстве.
С учетом приведенного рисунка толщина и ширина среза на резце определятся по зависимостям

         

 

где   пв – частота вращения водила;
пд – частота вращения режущего диска;
zд– число резцов на режущем диске;
 
φ  угол положения  резца при вращении диска;
кд   число режущих дисков на одном исполнительном органе.
Боковая скорость перемещения резца (рисунок 2) определяется по зависимости

где      -  радиус поворота резца при его переносном движении.


Рисунок 2- Составляющие скорости перемещения вершины резца

 Составляющие этой скорости (скорость боковой подачи резца  Vбп и вертикального его перемещения Vбz) определяются по зависимостям:


Значения кинематических изменений заднего и бокового углов резца могут быть рассчитаны по ниже приведенным зависимостям:


Для комбайна Урал-10КС используя пакет «MathCAD» были рассчитаны по зависимостям (1), (2), (3), (4) значения толщины и ширины среза, и кинематических углов резца от угла поворота при его вращении.
При расчетах были приняты следующие параметры исполнительного органа комбайна:
Vпод=20 м/ч; пв=4,74 об/мин; пд=41,57 об/мин; zд=12…18; кд=2; φ=0…180°; dд=1,04 м; А=0,43 м; С=0,89 м.
С использованием пакета «MathCAD» по результатам расчетов были построены зависимости, приведенные на (рисунке 3).



Анализ зависимости показывает, что толщина среза изменяется по синусоидальному закону и приобретает наибольшее значение при φ=90°, в этом случае достигается h≈3,5 см. Ширина среза t изменяется от 2 до 6 см.
Анализируя отношение ширины среза к толщине t/h для большего значения угла поворота наблюдается изменение от максимума до минимума, а при малом значении t/h наблюдается постоянство.
С учетом выше изложенного необходимо уменьшить нагруженность резца и повысить его надежность. Одним из выходов является оценка сил действующих на резцовый инструмент и увеличение запаса прочности.

Решение поставленной задачи осуществлялось путем построения объемной модели резца с помощью прикладной программы ANSYS рисунок 4.
Дальнейшими шагами было:

- Назначение необходимого материала с его физическими параметрами для каждого элемента модели.
-  Разбитие на сетку в виде тетраэдров определенных размеров, для получения точного результата.
-  Приложение необходимых сил и ограничений, действующих на резцовый инструмент рисунок 4.
Конструкция была упрощена следующим образом – часть резца фиксировавшаяся в  кулаке была не начерчена, так как она жестко закреплена в кулаке и напряжения действующие от сил будут незначительные. Силы были приложены к режущей кромке в 
трех проекциях, значение каждой составляющей 1 тонна.



Так же было приложено ограничение к нижней части резца. После методом конечных элементов был проведен расчет. Анализируя результаты расчета рисунок 5 можно сказать, что напряжения возникающие в выделенной области А составляют 865 МПа начинают разрастаться, что приводит к дальнейшему отрыву режущей пластины.
Так же была определена сила, наиболее влияющая на образования столь высоких напряжений, ею является боковая сила. При приложении одной боковой силы напряжения в области А составили 745 МПа рисунок
6.



В ходе работы была предложена новая конструкция резца представленная на рисунке 7 и рассчитана с учетам одной боковой силы. Результат расчета представлен на рисунке 8, отсюда видно, что значения эквивалентных напряжений от боковой составляющей в области А уменьшаются и составляют 550 МПа. Следует определить какой же из размеров будет оптимальный. Для этого строим график зависимости напряжений от глубины паза рисунок 9.
Из графика видно, что наиболее оптимальным результатом является b=6 мм, а=10 мм.




4. Направление дальнейших исследований

Из расчетов видно, что напряжения уменьшились в 1,5 раза, а следовательно и увеличился срок службы режущего инструмента. Направлением дальнейших исследований является изыскания новых моделей для снижения действующих напряжений.

В начало


Сегодня :

© 2008 Новиков А.И.

© 2008 ДонНТУ