Авторы:
Бойко Е.Н., Федоров О.В., Мельников В.А.
Аннотация:
Рассмотрен вопрос выбора условий и средств проведения сравнительных промышленных испытаний режущего инструмента с вращающейся режущей частью.
Проблема и ее связь с научными и практическими задачами:
Одной из основных задач в области конструирования очистных комбайнов является создание высокопроизводительных и надежных исполнительных органов, обеспечивающих наряду с высокой производительностью на углях любой крепости значительное улучшение сортности добываемого угля, уменьшение пылеобразования и снижение удельных энергозатрат разрушения массива угля [1]. Одним из решений поставленной задачи может стать применение режущего инструмента, обладающего высокой износостойкостью, прочностью и способного производить скалывание угля крупными элементами. Такими свойствами обладает инструмент с вращающейся режущей частью, который при разрушении массива угля создает в последнем комбинированное напряженное состояние, в котором преобладают напряжения сдвига и растяжения [2].
Анализ исследований и публикаций:
В работах [ 2, 3, 4 ] изложены результаты аналитических и экспериментальных исследований, позволивших выработать методику расчета усилий, формирующихся на инструменте с вращающейся режущей частью, и определения рациональных значений параметров инструмента, а также режима разрушения последним угольного пласта. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на специально оборудованном стенде [ 3 ]. В качестве имитации разрушаемого угольного пласта использовался углецементный блок.
Постановка задачи:
Для подтверждения результатов выполненных исследований, а также получения дополнительной информации о работе инструмента с вращающейся режущей частью, необходимо провести испытания инструмента в промышленных (шахтных) условиях.
Изложение материала и результаты:
Режущий инструмент нового технического уровня - инструмент с вращающейся режущей частью - состоит из свободно вращающегося на оси диска 1 с непрерывным клиновидным ободом, который армируется цилиндрическими твердосплавными вставками 2, рис. 1. Твердосплавные вставки впаиваются в пазы, образованные в диске, что существенно повышает надежность их крепления.Данный режущий инструмент реализует комбинированное разрушение угольного массива, при котором материал разрушается преимущественно под действием напряжений сдвига и растяжения. Комбинированный способ разрушения массива позволяет снизить удельные энергозатраты разрушения угольного массива и повысить нагрузку на лаву. Рабочая часть режущего инструмента изнашивается за счет уменьшения ее диаметра. Изучение профилей износа несимметричных дисков в лабораторных условиях [ 5 ] показало, что при изнашивании радиус скругления лезвия и угол заострения почти не изменяются. Зависимость радиального износа диска от пути качения с качественной стороны имеет такой же вид, как и у резцов:Интенсивность изнашивания диска режущего инструмента с вращающейся режущей частью зависит от тех же факторов, что и интенсивность изнашивания резцов, т.е. от пути скольжения, удельной нагрузки, абразивности горной породы и изнашиваемости инструментального материала, и может быть определена по зависимостиПромышленные испытания инструмента с вращающейся режущей частью проводились с целью определения параметров работы комбайна, оборудованного вышеуказанным режущим инструментом, а также определения его производительности и устойчивости, равномерности работы исполнительного органа. Для обеспечения представительности условий производственных испытаний режущего инструмента с вращающейся режущей частью был произведен анализ месторождений угля в сложившихся промышленных районах, расположенных в Донецкой и Луганской областях. Анализ шахтопластов производился в зависимости сопротивляемости угля резанию, табл. 1, и наличия в них породных прослойков и твердых минеральных включений, табл. 2. Наиболее представительным является Красноармейско-Петропавловский угольный район, в котором находятся шахтопласты с сопротивляемостью резанию 120 - 300 кН/м и сложного строения, имеющие породные прослойки и твердые минеральные включения. Для проведения испытаний были выбраны условия 10-й южной лавы пласта участка № 3 ОП «Шахта Украина» ГП «Селидовоуголь».Основная кровля пласта легкообрушаемая, непосредственная кровля имеет сложное строение. В верхней части - алевролит слоистый, слюдистый, неустойчивый, а в нижней части - аргиллит грубо слоистый с частыми зеркалами скольжения, неустойчивый. Почва пласта - алевролит, под пластом комковатой текстуры, склонен к пучению и размоканию, ниже по слою грубо слоистый, среднеустойчивый. Длина лавы 250 м.Сравнительные испытания резцов с вращающейся режущей частью типа ШРБ-160 проводились на комбайне 1К-101У, оснащенным двигателем типа 4ЭДКО4-120-У5 (мощность двигателя 120 кВт) и встроенным механизмом подачи. Комбайн работает в составе комплекса типа 1МКД-90. Схема работы комбайна - односторонняя. При испытаниях комбайн оборудовался одним исполнительным органом серийной конструкции и одним экспериментальным, табл. 3. В качестве экспериментального исполнительного органа комбайна, рис. 3, использовался шнек с переменным углом подъема лопастей и пространственно динамически уравновешенной схемой набора инструмента, рис. 4, оснащенный инструментом с вращающейся режущей частью типа ШРБ-160. Кроме того, для облегчения работы резцов с вращающейся режущей частью и формирование сечения среза в виде уступа, свободная поверхность которого должна быть расположена со стороны наклонной грани резца с вращающейся режущей частью, установлен впереди идущий дополнительный резец. При проведении сравнительных промышленных испытаний зафиксировано увеличение среднесуточной нагрузки на лаву на 12 %, при оснащении комбайна шнеками с переменным углом подъема лопастей и пространственно динамически уравновешенной схемой набора инструмента с вращающейся режущей частью типа ШРБ-160, и составила 1120 т/сут против 1000 т/сут, при оснащении комбайна серийными резцами типа РКС-2. Кроме того, подтверждено, что ресурс инструмента с вращающейся режущей частью типа ШРБ-160 на порядок больше, в сравнении с ресурсом серийных резцов. Так, за время испытаний режущий инструмент с вращающейся режущей частью отработал 193 рабочие смены и на момент окончания испытаний находился в работоспособном состоянии, в отличие от резцов тангенциального типа РКС-2, которые требовали практически ежесуточной замены.
Выводы и направление дальнейших исследований:
На основании выше сказанного, можно сделать следующие выводы, что применение инструмента с вращающейся режущей частью типа ШРБ-160 приводит к увеличению суточной нагрузки на лаву благодаря комбинированному разрушению угольного массива со сниженными удельными энергозатратами и уменьшению времени простоя комбайна, связанного с заменой режущего инструмента.
Список литературы:
1. Коршунов А.Н. К вопросу исследования процесса разрушения угля дисковыми шарошками / А.Н.Коршунов, Д.М.Дергунов, Ф.В. Корчуганов // Механизация горных работ. – 1971. – № 32. – С. 3-11.
2. Особенности формирования сил на гранях режущего инструмента с вращающейся режущей частью / Н.Г. Бойко, Е.Н. Бойко, О.В. Федоров, В.А. Мельников // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Гірничо-електромеханічна». – Донецьк: ДонНТУ, 2006. - № 104. – С. 3-9.
3. Бойко Е. Н. Стенд для исследования процесса разрушения массива угля режущим инструментом с вращающейся режущей частью / Е. Н.Бойко, О. В.Федоров, В. А. Мельников // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Гірничоелектромеханічна». — Донецьк: ДонНТУ, 2006. - № 113. — С. 33-41.
4. Бойко Н.Г. Влияние режима разрушения пласта на величину усилий на вращающемся режущем инструменте / Н.Г.Бойко, О.В.Федоров, В.А.Мельников // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія «Гірничо-електромеханічна». — Донецьк: ДонНТУ, 2008. - № 142. — С.33-40.