CC BY
41
© В.А. Мостаков, 2014
УЛК 622.25/.26.002.5 В.А. Мостаков
АНАЛИЗ СТРЕЛОВИДНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ С ПРОДОЛЬНО-ОСЕВЫМИ И ПОПЕРЕЧНО-ОСЕВЫМИ РЕЖУЩИМИ КОРОНКАМИ И БАРАБАНАМИ
Приведены характеристики продольно-осевых коронок и поперечно-осевых барабанов современных стреловидных проходческих комбайнов, их оснащение резцовым инструментом, проанализированы соотношения между параметрами.
Ключевые слова: проходческий комбайн со стреловидным исполнительным органом, коронка, барабан, резец, сила резания.
В настоящее время разрушающими элементами стреловидных исполнительных органов проходческих комбайнов являются продольно-осевые коронки и сдвоенные поперечно-осевые барабаны.
Коронка (или барабан) состоит из корпуса и резцедержателей с вставленными в них резцами. Как правило, коронка оснащается также устройствами для подвода воды к резцам. Материал корпуса коронки в большинстве случаев - стальное литье.
Основной формой применения продольно-осевых коро-нокк является коническая со скругленным торцем. В отдельных случаях применяются плоские торцы, а также переход части длины коронки из конической в цилиндрическую. Это касается как отечественных проходческих комбайнов, так и зарубежных.
В то же время параметры коронок: длина, максимальный диаметр, а также частоты вращения коронок существенно различаются. Различия имеют место в зависимости от типоразмера комбайна (легкого, среднего или тяжелого). Так, максимальные диаметры коронок современных проходческих комбайнов России и Украины колеблются в пределах от 750 мм для легких комбайнов до 1400 мм для тяжелых.
Соответственно длины коронок изменяются от 510 до 1000 мм.
Соотношения между диаметром и длиной коронки у отечественных комбайнов составляют примерно 1,3-1,6.
Продольно-осевые исполнительные органы избирательного действия в механизированных щитовых и стволопроходческих комплексах с плоско-параллельным движением имеют цилиндрическую форму.
Зарубежные комбайны имеют диаметры коронок от 610 до 1400 мм, но более увеличенные длины - до 1550 мм. Поэтому аналогичные соотношения для зарубежных комбайнов составляют 0,75-1,15.
В настоящее время все более широко применяются поперечно-осевые сдвоенные барабаны, где основным является поперечный горизонтальный рез. При этом каждый резец движется по винтовой линии, причем при определенных сочетаниях размещения резцового инструмента и скорости боковой подачи могут иметь место пересечения винтовых линий. Это означает, что некоторые резцы будут работать вхолостую. Поэтому требования к параметрам барабанов имеют свою специфику.
Барабаны делятся на относительно широкие и узкие. Корпуса первых, как правило, изготавливаются из стального литья, а резцы располагаются по одному или чаще по два в линии резания. Узкие барабаны состоят из нескольких «блинов» различного диаметра, свариваемых друг с другом, с небольшим числом линий резания, а резцы на них располагаются по 4 в линии резания. Если бы не было необходимости зарубки и вертикального перемещения барабанов, то теоретически можно предположить для горизонтального поперечного реза достаточно одной линии резания со значительным числом резцов.
Исполнительные органы в виде сдвоенных поперечно-осевых барабанов имеют комбайны П110-01, КПД, КПУ производства Украины, практически весь типоразмерный ряд (8 комбайнов) фирмы «Фёст-Альпине Бергбаутехник» (Австрия) и др.
В табл. 1 приведены некоторые параметры продольно-осевых коронок и поперечно осевых барабанов проходческих комбайнов производства России и Украины. Для сравнения в таблице также приведены параметры поперечно-осевых барабанов (легкого, среднего и тяжелого) из типоразмерного ряда комбайнов фирмы «Фёст-Альпине Бергбаутехник».
Комбайн Диаметр коронки (барабана), мм Частота вращения, 1/мин Скорость резания, м/с Предел прочности породы, МПа Установленная мощность исполнительного органа, кВт
Продольно-осевые коронки
1ГПКС 900 54 2,5 70 75
КП21 950 50 2,5 100 110
КП200 1000 21 1,2 120 200
КСП22 950 52 2,6 70(80) 75
КСП32 950,1100 35 1,7; 2,0 100 110
КСП42 950,1100, 1300 33 1,6; 1,9; 2,2 120 160
П110-04 900 43,72 2,0; 3,4 120 110
Сдвоенные поперечно-осевые барабаны
П110-01 950 43,72 2,1; 3,6 120 220
КПД 800, 1000 46 1,9; 2,4 100 110,132
КПУ 1000, 1200 31 1,6; 2.0 120 220, (150)
АМ-30 590 63,5 2,0 50 45
АМ-75 1050 27,3 1,5 100 200
АМ-105 1350 9,9 0,7 120 300
При создании коронок приходится иметь в виду, что комбайн обычно предназначается для проходки выработок в условиях широкого диапазона характеристик сопротивляемости разрушению горных пород, оцениваемых для проходческих комбайнов пределом прочности на одноосное сжатие. При этом должны быть обеспечены наилучшие режимные параметры и полная реализация установленной мощности приводного электродвигателя во всем диапазоне прочности разрушаемых пород. Так, при разрушении углей и слабых пород необходимо ограничение толщины стружки геометрическим вылетом резца за счет значительного количества резцов на коронке, используя также по два и более резца в линии резания. В случае разрушения пород высокой прочности следует обеспечить значительное усилие резания на каждом резце, что достигается снижением числа резцов, одновременно участвующих в работе. Кроме того, слабые породы можно разрушать со значительными скоростями резания (до 4-5 м/с), а для пород высокой прочности следует ограничить скорости резания до 1 -1,5 м/с.
Компромиссным вариантом являются коронки с параметрами, обеспечивающими наилучшие режимы разрушения для пород средней крепости в предназначенном диапазоне крепости пород.
Современные коронки оснащаются поворотными резцами РКС-2, ПС2-16, ТП-38, ТП-38-02, НС5010-16Б, Т3212, 155У, КСП-32, и94КИО и др., располагающимися по спиралям по одному, двум или более резцам в линии резания. Твердосплавные вставки поворотных резцов имеют углы заострения от 750 до 900. Каждый тип резца требует соответствующего резцедержателя, привариваемого к корпусу коронки. Параметры оснований резцедержателей во многом определяют размещение резцов, особенно на малых диаметрах.
Резцы на коронке располагают по одной, двум, трем и более спиралям.
Шаг резания принимается в пределах от 20 до 45 мм в зависимости от характеристик разрушаемых пород.
Для обеспечения лучшей погрузочной способности коронок, их корпуса имеют спиральные выступы в виде шнеков с пазами для установки резцедержателей. В ряде случаев шнеки привариваются к корпусу коронки.
Реализация наилучших режимов разрушения для конкретных характеристик пород достигается различными способами:
1. изменением режимов обработки забоя: полным или неполным заглублением коронки в забой, уменьшением или увеличением угла контакта коронки с забоем до 180 градусов;
2. применением сменных коронок (с разными параметрами: длиной и диаметром) и различным оснащением коронок режущим инструментом;
3. применением коронок с резцами, расположенными в двух линиях резания - для разрушения углей и слабых пород, и снижением числа резцов до одного в линии резания при повышении прочности разрушаемых пород;
4. применением трансмиссий с изменяемым передаточным отношением;
5. применением двухскоростных электродвигателей.
Эти способы могут применяться также в различных сочетаниях.
Определяющими для проектирования и расчетов проходческого комбайна являются нагрузки на коронке. Величина нагрузки зависит от окружного усилия и соответствующего ему усилия подачи. В свою очередь окружное усилие (усилие резания) р определяется крутящим моментом на коронке Т, соответствующим устойчивой мощности привода исполнительного органа Руст, диаметром коронки (барабана) Оср, ее частотой вращения п.
2 -Т
Т = 9550 ~— ; = —
« * В^
Усилие подачи на коронке существенно зависит от типа применяемого резцового инструмента, степени его затупления, угла охвата коронкой забоя при резании и колеблется в пределах Ру = (0,1 - 1) Рг , а суммарное усилие соответственно составит Р сум = (1,1- 1,4) Р2
Наиболее невыгодное сочетание нагрузок на коронке для прочности и устойчивости имеет место при боковом (вертикальном или горизонтальном) резе, когда направление суммарной нагрузки практически перпендикулярно оси стрелы и противоположно направлению подачи.
Однозначного вывода о том, какие параметры и какое оснащение режущим инструментом должна иметь коронка вновь
создаваемого комбайна, какова должна быть ее частота вращения, сделать невозможно. Единственно, что можно рекомендовать для конкретного комбайна с односкоростным двигателем исполнительного органа и постоянным передаточным отношением трансмиссии - это применение специально спроектированных коронок под различные характеристики разрушаемых пород, гттез
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Мостаков Валерий Александрович - кандидат технических наук, доцент. МГИ НИТУ МИСиС.
Mostakov V.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor,
Moscow mining Institute National University of Science and Technology "MISIS" (MISIS)
A
