CC BY
39
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 622.232.83.054.52
А.А. Хорешок, В.В. Кузнецов, А.Ю. Борисов
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДИСКОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА РАБОЧИХ ОРГАНАХ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ
При создании нового рабочего органа важным этапом является экспериментально-аналитическое определение нагрузок на рабочем инструменте. В данном случае речь идёт о дисковом инструменте (шарошке).
Исследования по разрушению песчаноцементных и угольных блоков дисковыми инструментами в объёмной постановке (Рх, Ру, Pz) проводились на специально созданном стенде в лаборатории горных машин и комплексов Кузбасского государственного технического университета [1, 2].
Целью лабораторных исследований являлось подтверждение теоретических выводов, установление возможности и эффективности разрушения твёрдых включений дисковыми инструментами (в сравнении с резцами) применительно к рабочим органам проходческих комбайнов, а также влияние основных конструктивных и режимных параметров с учётом углов наклона в и разворота а дисков на силовые и энергетические показатели работы проходческих и проходческо-добычных комбайнов (Continuous Miner).
Для экспериментальных измерений была разработана и изготовлена тензометрическая головка (рис. 1) [1, 2], которая состоит из основания и трёх жестко соединённых и взаимно перпендикулярных цилиндрических стержней, на которых на-
клеены тензометрические датчики, фиксирующие изгибающие и крутящие моменты. Возникающие в процессе разрушения массива усилия Рх, Ру, Pz вызывают упругие деформации в тензометриче-ских стержнях, приводящие к изменению сопротивления на тензодатчиках. Поворотом тензомет-рической головки с дисковым инструментом относительно оси, совпадающей с направлением резания, можно имитировать угловые резы.
В качестве объекта разрушения использовались песчано-цементные блоки размерами
1,2х0,8х0,8 м (с пределом прочности на сжатие и разрыв соответственно: осж = 51; 62; 69 МПа и ор = 4,9; 5,3; 5,5 МПа). Конструкция крепления блока на подающем устройстве экспериментального стенда позволяет изменять угол наклона разрушаемой поверхности в направлении резания. За счет этого можно получить переменную глубину реза и тем самым имитировать переменное сечение стружки, наблюдаемое при работе рабочего органа комбайна.
Для разрушения блоков использовался дисковый инструмент диаметром D = 0,14 - 0,16 м с углами заострения четырех типов: 1) ф = 30°; 2) ф = 35°; 3) ф = 40°; 4) зубчатый ф = 35°. Диски изготавливались из стали 35ХГСА с последующей термообработкой HRC = 45-50.
На основе лабораторных исследований были
4
А.А. Хорешок, В.В. Кузнецов, А.Ю. Борисов
Рис. 2. Зависимость нагрузок Рх, Ру, Р2 от угла наклона в
построены зависимости нагрузок Рx, Ру, Pz (рис. 2 и 3) [1], действующих на дисковый инструмент от углов наклона в и разворота а (при глубине внедрения диска h = 0,006 м; шаге резания 1р = 0,03 м; осж = 69 МПа; с учётом радиуса скругления режущей кромки диска р = 0,0015 м; c передним ф1 = 25° и задним ф2 = 5° углами заострения ф = ф1 + ф2).
Анализ графических зависимостей (рис. 2) показывает существенное влияние угла в на усилия, действующие на дисковый инструмент. Наблюдается рост бокового усилия Рх при в = 45° с последующим спадом, а усилие перекатывания Pz постепенно снижается до в = 10° с последующим её резким ростом.
На основе анализа видно, что работа дисковых инструментов, установленных под углами наклона в = 5,6-9,8°, является наиболее эффективной за счет снижения нагрузок.
При работе проходческого комбайна избирательного действия возникает
необходимость внедрения рабочего органа в массив в осевом направлении для его забуривания. С целью эффективной зарубаемости рабочего органа необходимо учитывать
соотношение между скоростью резания VP и скоростью подачи Vп в осевом направлении. Так как плоскость дискового инструмента перпендикулярна вектору скорости осевой подачи, то создаваемые нагрузки на этом диске могут привести к заклиниванию в опорных кронштейнах инструмента и нарушению условий его перекатывания. Во избежание заклинивания требуется придать дисковому инструменту
разворот на некоторый угол а (отклонение торцевой поверхности диска от вектора скорости перекатывания). Для определения влияния угла а на процесс резания были проведены лабораторные исследования при разных параметрах резания.
Анализ зависимостей (рис. 3) показывает, что
Рис. 3. Зависимость нагрузок Рх, Ру, Р2 от угла разворота а
нагрузка Рx с увеличением угла а постепенно снижается, а нагрузки Ру и Pz снижаются до 35% при 4° и до 15% при 6° угла разворота а , соответственно, а затем начинают возрастать. Исходя из анализа этих графиков можно сделать вывод о том, что для процесса забуривания угол разворота а целесообразно выбирать в пределах а = 4-7°.
При проведении лабораторного эксперимента были построены зависимости нагрузок от влияния углов разворота и наклона дискового инструмента в процессе обработки основной части забоя. Графические зависимости приведены на рис. 4 [1]. Анализируя эти зависимости можно сказать, что разворот дисковых инструментов на 6° и их наклон на 5-8° приводит к снижению усилий
резания Р7 на 28% и бокового Рх в 2 раза [1, 3].
Проведенные лабораторные исследования позволили оценить силовые и энергетические характеристики уступного режима разрушения при углах наклона в и разворота а дискового инструмента. Установлена эффективность процесса разрушения твёрдых включений дисковыми инструментами в сравнении с резцами применительно к рабочим органам проходческих комбайнов.
В итоге накопленный материал лабораторных исследований послужит для конструктивного оформления и проектирования рабочего органа, оснащенного дисковыми инструментами, приме-
нительно к условиям и технологии проведения выработок проходческими комбайнами избирательного действия и проходческо-добычными комбайнами (Continuous Miner).
Зная рациональные геометрические и кинематические параметры разрушения, а также нагрузки, действующие на дисковый инструмент, то возможно приступить к созданию рабочего органа проходческого комбайна. При этом форма (коническая) и геометрия рабочего органа должны быть выбраны исходя из конструктивных параметров комбайна с целью обеспечения ровной поверхности почвы, бортов и кровли выработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов, В.В. Обоснование параметров и разработка исполнительного органа проходческого комбайна, оснащенного дисковым инструментом: автореф. дис. : канд. техн. наук. - Кемерово, 1992. - 16 с.
2. Соколова Е.К. Установление нагруженности дискового скалывающего инструмента шнековых исполнительных органов выемочных машин : автореф. дис. : канд. техн. наук. - Кемерово, 1984. - 16 с.
3. Безгубов, А.П. Установление рациональных параметров процесса разрушения горных пород дисковыми шарошками в уступном забое: автореф. дис. : канд. техн. наук. - М., 1982. - 16 с.
□ Авторы статьи:
Хорешок Алексей Алексеевич
- докт. техн. наук, проф. каф. горных машин и комплексов
Кузнецов Владимир Всеволодович
- канд. техн. наук, доц. каф. горных машин и комплексов
Борисов Андрей Юрьевич
- инженер каф. горных машин и комплексов
