Рис.1 Схема перемещения
УДК 622.232.72.001.5.
Хорешок А. А., Полкунов Ю. Г., Жигалов В. Н.,
Вопросы применения дискового инструмента на проходческих комбайнах избирательного действия.ВСЕСОЮЗНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«Социально-экономические проблемы достижения
коренного перелома в эффективности развития
производительных сил Кузбасса», Кемерово — 1988
Увеличение удельного веса комбайнового проведения подгото- вительных выработок до 60%, что предусмотрено основными направлениями экономического и социального развития СССР, может быть достигнуто только при условии расширения области применения комбайновой проходки на более крепкие и абразивные породы.
В настоящее время при проведении подготовительных выработок наибольшее распространение получили комбайны избирательного действия с рабочими органами, оснащенными резцами.
Проведение подготовительных выработок по пластам с наличием в них крепких породных включений или с присечкой боковых пород проходит с низкими технико-экономическими показателями, характеризуется большим расходом режущего инструмента. С увеличением удельного расхода резцов возрастает вероятность работы комбайна с частично изношенным инструментом, что приводит к увеличению нагрузок и аварийности оборудования
Таким образом, в связи с низкой прочностью и износостойкостью резцов работа комбайнов, оснащенных рабочими органами с резцовым инструментом, при проведении выработок по пластам с крепкими породными прослойками имеет ряд недостатков:
Разрушение пород дисковыми шарошками широко применяется на проходческих комбайнах фронтального действия. Используемый на них шарошечный инструмент имеет, по сравнению с резцовым, более высокую износостойкость при работе по крепким и абразивным породам.
Исследования, посвященные разрушению пород дисковыми шарошками, проводившиеся у нас в стране и за рубежом, показы- вают, что этот инструмент является наиболее перспективным, особенно при разрушении средней крепости и крепких абразивных пород.
В связи с тем, что комбайны фронтального действия, оснащенные дисковыми шарошками, имеют ограниченную область применения, а резцовый инструмент имеет низкую стойкость, было решено оснастить серийный проходческий комбайн со стреловидным исполнительным органом дисковыми шарошками.
Режим работы, конструктивные и геометрические параметры дисковых шарошек, применяемых на проходческих комбайнах фронтального действия и очистных комбайнах, хорошо изучены в целом ряде работ.
Однако кинематические особенности работы проходческих комбайнов избирательного действия делают невозможным меха- нический перенос этих исследований. Кинематические особенности обусловлены самой схемой работы комбайна со стреловидным исполнительным органом. Режущая коронка сначала внедряется (забуривается) в массив, а затем начинается разрушение в попе- речном направлении. Другими словами,рабочий инструмент должен работать в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Это многообразие условий работы инструмента на проходческих комбайнах избирательного действия обусловливает необходимость постановки дополнительных исследований с целью выяснения возможности использования на них в качестве разрушающего инструмента дисковых шарошек.
В связи с этим необходимо сговорить требования, предъявляемые к вновь создаваемому рабочему органу.
Во-первых, рабочий орган должен хорошо зарубаться при осевой подаче и эффективно разрушать горные породы при поперечном перемещении, быть безопасным, ремонтопригодным, удобным в эксплуатации.
Во-вторых, необходимо учесть то, что процесс разрушения при движении органа в плоскости забоя является основным и занимает около 90% всего времени обработки забоя. Следова- тельно, он оказывает основное влияние на производительность и энергоемкость процесса разрушения.
В связи с вышесказанным можно сделать следующие выводы:
Для детального рассмотрения траектории движения режущей коронки была построена схема ее перемещений (рис. 1). Анализ схемы позволяет сделать вывод о том, что при движении органа в вертикальном или горизонтальном направлении между плоскостью диска и касательной к траектории движения возникает угол наклона р, который в зависимости от радиуса поворота R и радиуса размещения диска на коронке г для комбайна ГПКС колеблется в пределах 5,6—9,8°.
С возрастанием угла внедрения возрастают усилия разрушения массива режущим диском, увеличиваются нагрузки на комбайн.
В связи с этим был создан асимметричный дисковый инструмент, позволяющий уменьшить угол внедрения, а следовательно, и нагрузки при сохранении прочностных свойств диска (рис. 2).
Для правильной установки дискового инструмента с целью эффективной зарубаемости рабочего органа необходимо учитывать соотношение между скоростью подачи в осевом направлении и скоростью резания. Кинематический угол зависит от числа оборотов, радиуса размещения и скорости осевой подачи при забуривании. С учетом технических характеристик комбайна ГПКС кинематический угол составляет 1,5°.
Следовательно, при использовании асимметричных дисков угол разворота диска должен находиться в пределах 6—7°.
С целью выбора рациональных параметров разрушения, геометрии инструмента и обоснования схемы размещения дисков на рабочем органе проводились исследования напряженного состояния и механизма хрупкого разрушения горных пород одиночным дисковым инструментом. На основе использования метода граничных элементов и применения интегральных методов расчета траектории макротрещин были построены зоны разупроч- нения массива, места зарождения и развития магистральных трещин, приводящих к отколу крупных кусков. Было выяснено, что трещины развиваются по параболическим зависимостям и выходят на свободную боковую поверхность на различной высоте L (рис. 2) в зависимости от шага разрушения, угла и глубины внедрения инструмента.
По результатам моделирования была установлена функциональ- ная зависимость необходимой для скола крупного куска высоты свободной боковой поверхности от других параметров разрушения:
где: 
— угол внедрения, град;
L — величина свободной боковой поверхности, см;
tp — шаг резания, см;
h — глубина внедрения, см;
— угол заострения инструмента, град
— угол наклона инструмента, град.
Полученная зависимость позволяет выявить влияние параметров разрушения на объем разрушенного материала и выбирать рациональные конструктивные параметры размещения дисков на рабочем органе проходческого комбайна. На основе экспери- ментально-аналитических исследований была синтезирована конструкция рабочего органа проходческого комбайна избиратель- ного действия, оснащенного дисковым инструментом.
Производственные испытания экспериментального рабочего органа показали его работоспособность и эффективность при проведении выработок в породах с большой (а = 48,5 мг) абразивностью и крепостью породных включений с с с ж до 80 МПа. Анализ энергетических замеров показывает, что потребляемая двигателем мощность и удельная энергоемкость при использовании экспериментальной коронки снизилась на 15—18% по сравнению с серийным рабочим органом, оснащенным резцами РКС-1. Расход режущего инструмента сократился с 250—2000 штук резцов для серийной коронки до 25 дисков для экспериментальной коронки на 1000 тонн отбитой горной массы.