РЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ

Тема работы: “Разработка математической модели процесса резания пород рабочим инструментом горных машин”.

Научный руководитель: проф., д.т.н. Кондрахин В.П.

При добыче полезного ископаемого объектом разрушения является не только уголь, но и вмещающие породы, калийные соли, руда. Особое внимание в научных исследованиях до последнего времени уделялось изучению процесса разрушения угля режущим инструментом, поэтому и в определении средних и в определении мгновенных значений нагрузок на резце достигнуты наибольшие успехи. Вместе с тем большое значение имеет изучение формирования и аналитическое описание действующих усилий на гранях резца при резании вмещающих пород и калийных солей. Разрушение пород имеет место при ведении проходческих работ, а, следовательно, для расчетов исполнительного органа, элементов трансмиссии и резцедержателей на прочность и усталостную выносливость и выбора типа режущего инструмента проходческих комбайнов необходимо знать нагрузку на резце. Причем, использовать в расчетах желательно не среднее значение нагрузки, как было ранее, а действительные, что более точно отражает реальный процесс нагружения резцового инструмента. Калийные соли используются в составе калийных удобрений, которые в свою очередь нашли применение в сельском хозяйстве, их роль в этой области народного хозяйства весьма значительна. Поэтому добыче калийных солей необходимо уделять должное внимание, что относится и к выемочным машинам для их добычи. Процесс формирования нагрузки на резце при резании калийных солей требует изучения, чтобы результаты исследований использовать при проектировании новых или усовершенствовании существующих горных машин.

Среднее значение усилия на гранях резца достаточно хорошо определяется отраслевым стандартом. Этот стандарт предлагает использовать эту же методику и для определения мгновенных значений нагрузки на резце. Исследованию процесса резания горных пород посвящены работы многих ученых[1-9]. Трудность в создании аналитического описания этого процесса объясняется его сложным характером из-за того, что в формировании нагрузки на резце принимают участие много факторов, постоянно изменяющихся во времени и пространстве. Определить влияние каждого из совокупности факторов, выделить их практически невозможно.

Большую роль в изучении процесса разрушения горных пород играют практические исследования и эксперименты, проводимые в реальных условиях и на специальных стендах. Математическое моделирование дает возможность в какой-то мере упростить исследования и снизить их стоимость. Последнее особенно важно в сложившейся экономической ситуации. Моделирование позволяет воспроизводить любые условия нагружения и определять усилия на гранях резца для выбранных условий. Учитывая сложный характер формирования случайной составляющей нагрузки на резце, возникали трудности с ее достоверным определением, и только в последнее годы с развитием компьютерной техники и программного обеспечения появилась возможность облегчить исследования, повысить их эффективность и точность, чтобы в свою очередь стать предпосылкой для развития этой области научных исследований. Главным требованием к модели является ее подобие объекту-оригиналу, то есть реальному процессу разрушения горных пород режущим инструментом. Только при соблюдении условия адекватности результаты работы модели можно рассматривать как обоснованные и объективные и делать анализ этих результатов с последующими выводами. Значения мгновенных усилий на гранях резца, полученные математическим моделированием процесса резания горных пород необходимо использовать далее при расчетах подсистем выемочных машин, что должно привести к повышению их технического уровня с соответствующим народнохозяйственным эффектом.

Цель магистерской работы – разработать математическую модель процесса разрушения горных пород режущим инструментом.

Основными этапами работы являются:

• статистическая обработка результатов экспериментальных исследований процесса формирования нагрузки на резцах горного комбайна;
• непосредственно разработка имитационной математической модели процесса формирования нагрузки на резцах горного комбайна;

• исследование влияния параметров модели на нагрузку при резании горных пород методом вычислительного эксперимента.

Для осуществления первого этапа необходимо провести научные эксперименты по резанию основных видов горных пород, добываемых подземным способом (угля, калийной соли, песчанистого сланца). В качестве аналога угля в эксперименте использовался угле-цементный блок, резание которого производилось резцами 3Р4-80 в составе очистного комбайна РКУ-13 Резание калийной соли поводилось на лабораторной установке, созданной на базе поперечно-строгального станка: блоки сильвинита и галита устанавливались на столе станка, режущий инструмент крепился в приспособлении для регистрации сил резания, оснащенном трехкомпонентным тензодинамометром, позволяющим регистрировать три составляющие усилия резания. Песчанистые сланцы составляют примерно 40-50% прослойков в шахтопластах Донбасса, поэтому в качестве представительного образца вмещающих пород использовалась именно эта порода. Блок песчанистого сланца устанавливался на столе продольно-строгального станка, а резец крепился на суппорте станка в трехкомпонентном динамометре. В качестве измерительной аппаратуры использовались усилитель ТА-5 и осциллографы Н-115, Н-105. Полученные в результате экспериментов осциллограммы усилий резания обрабатываются на ЭВМ с помощью математической статистики. При этом получаются такие статистические характеристики процесса резания как математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, автокорреляционная функция и спектральная плотность,

На заключительном этапе работы исследуется влияние параметров модели на процесс формирования усилия резания и устанавливаются рациональные значения параметров. Этого можно добиться параметрической оптимизацией.