Авторы:
Бойко Е.Н., Федоров О.В., Мельников В.А.
Аннотация:
Определена зависимость пути контакта и скорости резания отдельной точки режущей кромки дисковой шарошки от глубины резания и её диаметра.
Проблема и её связь с научными и практическими задачами:
Разрушение угольного массива – это первоочередная и важнейшая технологическая задача добычи угля, выполняющаяся с помощью механизированных комплексов, угледобывающей машиной, которой является очистной комбайн. Исполнительные органы очистных комбайнов совмещают в себе операции по разрушению угольного пласта и погрузке разрушенного угля на забойный конвейер. Наиболее широкое применение получили очистные комбайны со шнековыми исполнительными органами. Разрушение пласта исполнительными органами современных узкозахватных комбайнов сопровождается высокими удельными энергозатратами, сильным измельчением угля и большим пылевыделением. Режущий инструмент работает в сложных условиях. Серийно выпускаемый режущий инструмент (например, резцы типа ЗР-80, РКС-2) требует практически ежесменной замены, что при норме времени на замену одного резца в 1 минуту требует продолжительности примерно 1,5 часа, а это составляет 25% от продолжительности смены. Кроме того, серийно выпускаемые резцы оказались недостаточно прочными для современных высокоэнерговооруженных комбайнов и часто ломаются. Хвостовики резцов, которые остались в резцедержателях (кулаках) трудно извлекаются. На практике поступают несколько иначе: продолжают работать с неполной схемой набора режущего инструмента, что приводит к значительному повышению неравномерности момента сил сопротивления. Одним из решений этих вопросов может стать оснащение исполнительных органов очистных комбайнов дисковыми шарошками, которые кроме повышенной надежности и долговечности обладают лучшими показателями энергоёмкости процесса разрушения угля.
Анализ исследований и публикаций:
Подавляющее большинство исследований процесса разрушения шарошечным инструментом проводилось для крепких пород. Для разрушения крепких пород шарошкой характерно резание с малыми глубинами (до 5 мм), шарошка работает с углом разворота (до 3°), при этом массив разрушается созданием напряжения сжатия («раздавливанием»). Для эффективного разрушения шарошкой угольного пласта необходимо осуществить резание со значительно большими глубинами (до 30 мм) и с созданием в пласте напряжений сдвига – обеспечить скалывание элементов угля. При этом геометрические параметры шарошки и параметры разрушения будут существенно отличаться от параметров, рекомендуемых в литературе. Методика расчёта параметров для данного случая не существует.
Постановка задачи:
Для решения задач определения геометрических и режимных параметров, а также сравнительного анализа износа шарошечного и резцового инструмента, необходимо определить зависимость пути контакта и скорости резания отдельной точки режущей кромки дисковой шарошки от её геометрических параметров и параметров режима резания.
Изложение материала и результаты:
Во время работы диск шарошки катится по забою и своей передней режущей частью по дуге Ol внедряется в уголь на некоторую глубину h. При этом образуется уплотненное пылевидное ядро h которое, погружаясь, воздействует на массив, что приводит к сколу частиц по сторонам диска. При перекатывании диска каждая точка вершины лезвия описывает относительно забоя плоские циклоиды, а точки, расположенные выше вершины – укороченные циклоиды, уравнения которых в параметрической форме, как показано (4). Вследствие того, что траектория движения каждой точки режущей кромки дисковой шарошки не совпадает с траекторией движения её оси, путь трения точки режущей кромки определяет отрезок АБ, т.е. отрезок траектории движения точки, на котором элемент режущей кромки находится в контакте с углем в процессе отделения элемента среза. Длина отрезка АБ траектории пути каждой вершины лезвия в контакте с углем за один оборот диска может быть определен по уравнению: lAB = ∫ dl (от A до B) Таким образом, для отделения угля от массива дисковой шарошкой, анализируя формулы 3 и 4, следует, что путь контакта и отношение пути контакта к длине забоя являются величинами переменными и зависят от глубины резания и диаметра шарошки. Анализируя формулу 4, можно сказать, что путь контакта любой точки лезвия дисковой шарошки в десятки раз меньше, чем путь контакта резцов (где он равен высоте резцов), и уменьшается от увеличения диаметра резца. Для определения скорости резания отдельной точкой режущей кромки в уравнениях один выразим угол поворота дисковой шарошки α через угловую скорость ω и время t: α = ω * t Тогда, после соответствующих преобразований, получим формулу, которая имеет вид: Up = V0 * √(2 * (h - h0)) Где V0 – линейная скорость движения шарошки.
Выводы:
1.Установлено, что путь контакта отдельной точки режущей кромки дисковой шарошки, которая внедряется в уголь на заданную глубину, является переменной величиной и зависит от радиуса диска шарошки и глубины резания. 2.Определено, что при резания угля дисковой шарошкой отношение пути контакта точки режущей кромки к длине обрабатываемого забоя в десятки раз меньше, чем при резании углу резцами. 3.Установлено, что скорость резания любой точки режущей кромки является переменной во времени. 4.Рекомендуется при разрушении угольных пластов исполнительными органами очистных комбайнов использовать дисковые шарошки большого диаметра, так как при этом уменьшаются энергозатраты на отделение угля от массива. 5.Результаты работы необходимо учитывать при проектировании шарошечных исполнительных органов очистных комбайнов.
Список литературы:
1.Быков Н. Е. Разрушение горных пород дисковым инструментом / Н. Е. Быков, В. И. Турков // - М.: Недра, 1982. – 176 с.
2.Онищенко В. П. Повышение эффективности процессов разрушения горных пород дисковыми исполнительными органами горных машин / В. П. Онищенко, Ю. Г. Тимофеев // - М.: Недра, 1988. – 214 с.
3.Онищенко В. П. Рабочие органы горных машин с дисковым инструментом для разрушения крепких пород / В. П. Онищенко, Д. Н. Христофоров // - М.: ЦНИЭИУголь, 1978. – 48 с.