Новіков А.І. Збільшення ресурсу ріжучого инструменту прохідного комбайну Автореферат

1. Проблема та її зв'зок з науковим і технічними задачами.

У цей час перед вугільною промисловістю стоїть завдання інтенсифікації видобутку вугілля з лави. Тобто збільшується энерговоовужонность, а отже й швидкості обертання виконавчого органу. Це приводить до зростання напруги діючої у різальному інструменті, а виходить, зменшується термін служби інструмента. Таким чином, збільшення термін служби різального інструменту є однією з актуальніших проблем гірського машинобудування.

Ціль даної роботи - збільшення запасу міцності різця прохідницького комбайна із планетарним виконавчим органом, що супроводжує збільшенню терміну служби різального інструменту.

3. Закономірності формування параметрів стружки й кінематичних змін кутів різання планетарного виконавчого органа.

Виклад матеріалу і його результати. Для рішення поставленого завдання при визначенні параметрів зрізу й кінематичних змін кутів різця була використана схема обробки вибою планетарним виконавчим органом, представлена на малюнку 1.

Малюнок 1-Схема обробки вибою планетарним виконавчим органом комбайна типу Урал-10КС

На малюнку прийняті наступні позначення:

V_под – швидкість подачі виконавчого органа на вибій;

ω_в – кутова швидкість обертання редуктора й привода виконавчого органа

(переносний рух);

ω_д – кутова швидкість обертання ріжучого диска;

d_д – діаметр ріжучого диска по вершинах різців;

С – відстань від осі обертання виконавчого органа до осі обертання

ріжучих дисків (радіальний зсув осі виконавчого органа);

А – бічний зсув осі ріжучого диска;

D_заб – діаметр забурника;

D – діаметр виконавчого органа;

R_в – радіус водила;

е – відстань

φ - кут положення ί -го різця;

φ_вх – кут входу в контакт різального інструменту;

φ_вых – кут виходу з контакту різального інструменту;

х, в, z – координати різального інструменту в просторі.

З урахуванням наведеного малюнка товщина й ширина зрізу на різці визначаться по залежностях

де пв – частота обертання водила;
пд – частота обертання ріжучого диска;
z_д– число різців на ріжучому диску;
φ – кут положення різця при обертанні диска;
кд – число ріжучих дисків на одному виконавчому органі.
Бокова швидкість переміщення різця (малюнок 2) визначається по залежності

де - радіус повороту різця при його переносному русі.

Малюнок 2 Складові швидкості переміщення вершини різця

Складові цієї швидкості (швидкість бокової подачі різця V_бп і вертикального його переміщення V_бz) визначаються по залежностях:

Значення кінематичних змін заднього й бокового кутів різця можуть бути розраховані по нижче наведених залежностях:

Для комбайна Урал-10КС використовуючи пакет «MathCAD» були розраховані по залежностях (1), (2), (3), (4) значення товщини й ширини зрізу, і кінематичних кутів різця від кута повороту при його обертанні.

При розрахунках були прийняті наступні параметри виконавчого органа комбайна: V_под=20 м/годину; п_в=4,74 об/хв; п_д=41,57 об/хв; z_д=12...18…18; к_д=2; φ=0…180; d_д=1,04 м; А=0,43 м; З=0,89 м.

З використанням пакета «MathCAD» за результатами розрахунків були побудовані залежності, наведені на (малюнку 3).

Аналіз залежності показує, що товщина зрізу змінюється за синусоїдальним законом і здобуває найбільше значення при φ=90°, у цьому випадку досягається h≈3,5 см. Ширина зрізу t змінюється від 2 до 6 см.

Аналізуючи відношення ширини зрізу до товщини t/h для більшого значення кута повороту спостерігається зміна від максимуму до мінімуму, а при малому значенні t/h спостерігається постійність.

З обліком вище викладеного необхідно зменшити навантаженість різця й підвищити його надійність. Одним з виходів є оцінка сил діючих на різцевий інструмент і збільшення запасу міцності.

Рішення поставленого завдання здійснювалося шляхом побудови об'ємної моделі різця за допомогою прикладної програми ANSYS малюнок 4.

Подальшими кроками було:

- Призначення необхідного матеріалу з його фізичними параметрами для кожного елемента моделі.
- Розбиття на сітку у вигляді тетраедрів певних розмірів, для одержання точного результату.
- Накладання необхідних сил і обмежень, що діють на різцевий інструмент малюнок 4.
Конструкція була спрощена в такий спосіб – частина різця фіксована в кулаку була не накреслена, тому що вона жорстко закріплена в кулаку й напруги діючі від сил будуть незначні. Сили були прикладені до ріжучої кромці в трьох проекціях, значення кожної складової 1 тона.

Так само було прикладене обмеження до нижньої частини різця. Після чого, методом кінцевих елементів був проведений розрахунок. Аналізуючи результати розрахунку малюнок 5 можна сказати, що напруги виникаючі у виділеній області А складають 865 МПа починають розростатися, що приводить до подальшого відриву ріжучої пластини.

Так само була визначена сила, найбільш вліяюча на утворення настільки високих напруг, нею є бокова сила. При накладанні однієї бокової сили напруги в області А склали 745 МПа малюнок 6.

У ході роботи була запропонована нова конструкція різця представлена на малюнку 7 і розрахована з облікам однієї бокової сили. Результат розрахунку представлений на малюнку 8, звідси видно, що значення еквівалентних напружень від бокової складової в області А зменшуються й становлять 550 МПа. Варто визначити який же з розмірів буде оптимальний. Для цього будуємо графік залежності напруги від глибини паза малюнок9.

Із графіка бачимо, що найбільш оптимальним результатом є b=6 мм, а=10 мм.

4. Напрямок подальших досліджень.

З розрахунків бачимо, що напруга зменшилася в 1,5 рази, а отже й збільшився термін служби різального інструменту. Напрямком подальших досліджень є вишукування нових моделей для зниження діючої напруги.

На початок

Новіков Антон Іванович

Кафедра: Горниче обладнаня

Група: МАШ-07м

e-mail: nolvikov@mail.ru

Тема магисторської роботи: "Збільшення ресурсу ріжучого инструменту прохідного комбайну з планетарним виконавчим органом"

Кірівник: к.т.н. професор Семенченко Анатолій Кирилович

Автореферат магисторської роботи