CC BY
40
ЗПП / АГГТТгг; г: ГСШГ^гпте
иии/ 3 (67),2012-
л. с. конопляник, в. в. романеня, бнту
Научный руководитель ст. преподаватель Г. А. БАСАЛАй, БНТУ
УДК 622.331
ФРЕЗЕРОВАНИЕ ГОРНОЙ ПОРОДЫ СООСНЫМИ РОТОРАМИ
Современный прогресс сельского хозяйства в значительной степени определяется применением минеральных удобрений. Весьма интенсивно осваивается расположенное в Беларуси Старобинское месторождение калийных солей, которое характеризуется благоприятными горно-геологическими условиями и выгодным экономико-географическим положением.
На рудниках ПО «Беларуськалий» применяют следующие системы разработки: камерные; столбовые с длинными очистными забоями; комбинированные. Достоинствами камерной системы разработки являются высокая производительность труда и простота управления горным давлением. Рациональная область применения камерной системы в ближайшее время - это краевые зоны, целики различного назначения и зоны геологических нарушений.
В работе решаются принципиальные вопросы по модернизации приводов исполнительных органов проходческих комбайнов типа ПК, предназначенных для механизированного проведения подготовительных и основных горных выработок арочного сечения 8 м2 в проходке по породам с пределом прочности при одноосном сжатии разрушаемых пород до 70 МПа (/' = 5).
В настоящее время в горнодобывающей промышленности широко используются проходческие комбайны серии ПКС-8 с соосными роторами [1]. Исполнительные органы данного типа состоят из двух вращающихся в разных направлениях роторов с общей осью (рис. 1). Центральный ротор представляет собой трехлучевую конструкцию с шагом в 120° между лучами. Резцы на каждом луче закреплены таким образом, что их режущие кромки расположены в одной линии, которая в свою очередь перпендикулярна оси вращения роторов и ра-диально относительно ее. Центральный бур обрабатывает только торцовую плоскость забоя.
Внешний ротор представляет собой четырех-лучевую раму с закрепленными на каждом луче ковшами. На ковшах установлены резцы, которые отрабатывают как площадь забоя, так и внешний контур выработки. Торцовые плоскости обработки роторов совпадают, тем самым, делая его ровным без уступов. Резцы, обрабатывающие контур выработки, расположены в линии, параллельной оси вращения.
За время эксплуатации данных комбайнов выявлены ряд достоинств (высокое качество поверхности получаемой выработки, постоянная толщина стружки) и недостатков (закрытое резание, разные скорости резания резцов от центра к периметру, большая инерционность привода и роторов, высокая сосредоточенность резцов по забою, характерная для центрального бура).
Постоянная толщина стружки относится к положительным свойствам, так как позволяет получать фракционный состав в узком интервале, что в дальнейшем не требует дополнительного перерабатывающего оборудования непосредственно в шах-
Рис. 1. Соосные роторы проходческого комбайна ПКС-8
лггтт:^ г: гггтгггтг птгг
- 3 (67), 2012
/301
Рис. 2. Скорость резания VI в зависимости от удаления г1 от оси вращения: гз, R1 и R2 - соответственно радиусы забурника, центрального и внешнего роторов
те и обеспечивает стабильную работу транспортирующего технологического оборудования.
Высокое качество поверхности арочной формы, получаемое при прохождении выработки, обеспечивает хорошее сопротивление действию горного давления, все резцы расположены в одной плоскости, что позволяет выполнять такие технологические операции, как срезание «утюгов», и значит, безопасности ведения горных работ.
Разные скорости резания vI резцов обусловлены удалением г1 от центра О при угловых скоростях ю1 и ю2 (рис. 2). Верхняя часть графика отображает скорости резания v1I на центральном роторе, а нижняя - v21 на резцах внешнего ротора. Это отрицательно сказывается на ресурсе режущего инструмента.
Недостатком является закрытое резание, так как оно увеличивает энергозатраты на разрушение, а также износ режущего инструмента. Расположение резцов в одной плоскости делает фактически невозможным выведение резца из закрытого резания.
В работе решается задача оптимизации режимов резания породы путем модернизации соосных роторов, в частности схем расположения резцов на центральном роторе. Для этого используются научно обоснованные данные по эффективности процесса при различных вариантах взаимодействия резцов с породой.
Блокированный рез происходит при резании вслед (в щели). Он характеризуется отсутствием развала бороздки в обе стороны и является наименее эффективным, так как отличается значительным ростом усилий резания и удельной энергоемкости процесса разрушения. Для такого реза величина коэффициента обнажения забоя, учитывающего соотношение шага резания и толщины среза (степень работы резца), находится в пределах 1,4-1,8.
Рис. 3. Схема взаимодействия резца с забоем горной породы: 1 - резец; 2 - горная порода (ГП); а - разрушение по линии наименьшего сопротивления; б - разрушение в зависимости от свойств ГП; в - зона активного ядра разрушения; h - глубина резания или толщина стружки; / - шаг расстановки резцов
Полублокированный рез получается при резании в углу, когда развал борозды возможен только в одну сторону, а с другой - целик породы, препятствующий развалу. В таком режиме работают крайние резцы органов разрушения очистных комбайнов, стругов и др. Такой рез менее энергоемкий, чем блокированный, и коэффициент обнажения забоя находится в пределах 1,0-1,4. В практических расчетах коэффициент принимается 1,1-1,25. Рез с выровненной поверхности имеет только одну плоскость обнажения (обработанную поверхность забоя), а развал борозды возможен в обе стороны. Этот рез принят в качестве эталонного для оценки усилий и удельных затрат на резание. На реальных органах разрушения такой рез реализовать невозможно, так как при непрерывной работе органа разрушения поверхность забоя для единичного резца не остается выровненной. Свободный срез характеризуется тремя плоскостями обнажения и является наименее энергоемким, но практического значения не имеет, поскольку на органах разрушения горных комбайнов может быть осуществлен только в сочетании с блокированным резанием.
В общем виде линия разрушения показана на рис. 3.
Исследования [2, 3] показали, что ширина развала бороздки Ь по открытой плоскости забоя прямо пропорциональна заглублению резца в породу:
Ь = 2Ш + Ь1,
где Ь - ширина развала бороздки; k - коэффициент, характерный для данной породы, с использованием данного резца; И - глубина заглубления резца; Ь1 - ширина режущей кромки резца.
Расположение резцов на лучах и ковшах роторов в линии (закрытое резание) является причиной динамических ударов в процессе работы не на
302/
АИТМ П М<ИМи1гТГГГ?
3 (67), 2012-
Рис. 4. Схема 1 расположения резцов на двухлучевой планке центрального ротора, используемого на ПК-8
Рис. 5. Схема 2 расположения резцов на трехлучевом центральном роторе, используемом на ПКС-8М
а б
Рис. 6. Схема 3 с введением углового смещения резцов по спирали: а - резание от центра к периферии; б - резание с периферии к центру
Рис. 7. Схема 4 с использованием конусного центрального ротора и углового смещения резцов
полную площадь забоя. При расположении резцов в линии они одновременно внедряются в массив, и тем самым, получается перераспределение сил, действующих на машину, и возможен отброс ее от забоя. В такие моменты фактически вся мощность и инерционные нагрузки от привода будут прихо-
диться либо на один луч, либо на один ковш, что может привести к его поломке. Такие случаи происходят на практике. Места поломок на центральном буре находятся у основания лучей, а на внешнем буре «слабыми» являются места присоединения ковшей и их рукояти. Для дальнейшего избе-
жания такого рода нагрузок необходимо, чтобы концентрация зубков по забою была равномерна, т. е. резцы не располагались в одной линии, а имели значительное угловое смещение.
После проведения анализа выделяем следующие направления модернизации: улучшить условия работы для резцов (переход от закрытого к полуоткрытому); изменить конструкцию центрального ротора с целью увеличения рассосре-доточенности резцов по плоскости резания; увеличить прочность лучей и ковшей роторов для предотвращения поломок крупногабаритных деталей.
На рис. 4-7 приведены известные и принципиально новые схемы расположения резцов на центральном роторе: схема 1 (рис. 4) отличается простотой конструкции, однако реализует закрытое резание; схема 2 (рис. 5) - действующая конструкция на ПКС-8 с радиальным расположением рез-
аггг^ г: гсшг г /лтгггт /ом
-3 (67),2012 / и!!!!
цов на трехлучевом роторе; схема 3 (рис. 6) - расположение резцов в одной плоскости с угловым смещением (со сдвоенными прямыми и обратными спиралями по отношению к вектору угловой скорости); схема 4 (рис. 7) - расположение резцов на конусном роторе с угловым смещением. Справа на всех рисунках изображены схемы прохождения зубков по забою с учетом подачи комбайна.
Выводы. Предлагается выполнить центральный ротор с продольной конусностью, а оси лучей должны иметь эксцентриситет по отношению к оси вращения. Конусность позволит перейти от закрытого к полуоткрытому резанию, за счет эксцентриситета обеспечивается угловое смещение резцов для уменьшения динамических нагрузок и отбросов машины. Это приведет к увеличению срока службы режущего инструмента, надежности центрального ротора, уменьшит энергозатраты на разрушение пласта породы.
Литература
1. Л о х а н и н К. А. Эксплуатация проходческого комбайна ПК-8 / К. А. Лоханин, В. Ф. Грибов, В. И. Тесленко и др. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1978.
2. М о р е в А. Б. Горные машины для калийных рудников / А. Б. Морев, А. Д. Смычник, Г. В. Казаченко. Минск: Интеграл-полиграф, 2009.
3. П р у ш а к В. Я. Устройство и эксплуатация проходческого комбайна ПКС-8М / Под общ. ред. В. Я. Прушака. Минск: Тэхналогш, 2010.
