Научная статья на тему 'Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами'

Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
195
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ / РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ / УСИЛИЕ НА РЕЗЦЕ / ГЛУБИНА РЕЗАНИЯ / ОПТИМАЛЬНЫЙ ШАГ РЕЗАНИЯ / СТЕПЕНЬ ОБНАЖЕНИЯ ЗАБОЯ / НЕОПТИМАЛЬНОСТЬ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ / РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ / ROCKS / CUTTING CONDITIONS / FORCE ON THE CUTTER / CUTTING DEPTH / OPTIMUM CUTTING STEP / DEGREE OF OUTCROP OF THE FACE / NON-OPTIMAL CUTTING CONDITIONS / CALCULATED DEPENDENCIES

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Линник Ю. Н., Линник В. Ю.

Приведены сведения об оптимальном шаге резания при работе резцов исполнительных органов проходческих комбайнов с точки зрения энергоемкости процесса резания. Показано, что не может быть какой-то одной оптимальной его величины. Проанализированы режимы работы тангенциального резца в аспекте рассматриваемого вопроса и выделены соотношения оптимального и реального шага резания. Получена расчетная зависимость для определения коэффициента, учитывающего степень обнажения забоя в аспекте использования ее в исследовательской и проектной деятельности с применением компьютерных технологий и даны рекомендации использования этой зависимости. Иллюстрации: Рис.1. Схема серповидной стружки, срезаемой одним резцом Рис. 2. Обобщение результатов экспериментов в виде функции Kоб = f (t/tопт) Рис. 3. Влияние неоптимального шага на усилие резания

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Линник Ю. Н., Линник В. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Consideration of non-optimal cutting conditions of rocks by tangential cutters

Provides information about the optimal cutting step when the cutters of the executive bodies of the roadheaders work in terms of energy intensity of the cutting process. It is shown that there can not be any one of its optimal value. The modes of operation of the tangential cutter are analyzed in the aspect of the issue under consideration and the ratios of the optimal and real cutting steps are highlighted. The calculated dependence was obtained to determine the coefficient that takes into account the degree of the outcrop of the face in terms of its use in research and project activities using computer technologies and recommendations were made to use this dependence. Figures: Fig. 1. The scheme of sickle chips, cut with one cutter Fig. 2. Generalization of experimental results as a function Kоб= f (t/tопт) Fig. 3. The effect of non-optimal pitch on cutting force

Текст научной работы на тему «Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами»

УДК 622.23.054 © А.Б. Жабин, А.В. Поляков, Е.А. Аверин, Ю.Н. Линник, В.Ю. Линник, 2019

Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-20-24 -

ЖАБИН Александр Борисович

Доктор техн. наук,

действительный член Академии горных наук (АГН),

президент Тульского регионального отделения

межрегиональной общественной организации

Академия горных наук (ТРО МОО АГН),

профессор Тульского

государственного университета,

300012, г. Тула, Россия,

тел.: +7 (4872) 73-44-44,25-19-95,

e-mail: [email protected]

ПОЛЯКОВ Андрей Вячеславович

Доктор техн. наук,

академический советник АГН,

ТРО МОО АГН, профессор

Тульского государственного университета,

300012, г. Тула, Россия,

тел.: +7 (4872) 25-71-05,25-19-95,

e-mail: [email protected]

АВЕРИН Евгений Анатольевич

Канд. техн. наук,

инженер-конструктор

ООО «Скуратовский опытно-

экспериментальный завод»,

300911, г. Тула, Россия,

тел.: +7 (4872) 31-35-25,31-36-18,

e-mail: [email protected]

ЛИННИК Юрий Николаевич

Доктор техн. наук, профессор Государственного университета управления, 109542, Москва, Россия, тел.: +7 (499) 784-60-05, e-mail: [email protected]

ЛИННИК Владимир Юрьевич

Доктор экон. наук, доцент Государственного университета управления, 109542, г. Москва, Россия, тел.: +7 (499) 784-60-05, e-mail: [email protected]

Приведены сведения об оптимальном шаге резания при работе резцов исполнительных органов проходческих комбайнов с точки зрения энергоемкости процесса резания. Показано, что не может быть какой-то одной оптимальной его величины. Проанализированы режимы работы тангенциального резца в аспекте рассматриваемого вопроса и выделены соотношения оптимального и реального шага резания. Получена расчетная зависимость для определения коэффициента, учитывающего степень обнажения забоя в аспекте использования ее в исследовательской и проектной деятельности с применением компьютерных технологий и даны рекомендации использования этой зависимости. Ключевые слова: горные породы, режимы резания, усилие на резце, глубина резания, оптимальный шаг резания, степень обнажения забоя, неоптимальность режима резания, расчетные зависимости.

ВВЕДЕНИЕ

Оптимальными параметрами режима резания являются такие сочетания шага резания ( и толщины стружки И, которые обеспечивают минимально возможную удельную энергоемкость процесса при определенных значениях силовых характеристик исполнительного органа проходческого комбайна и физико-технических свойствах разрушаемых горных пород [1]. На режущих фрезах режущие блоки, включающие резцедержатель и инструмент, размещаются по определенным схемам, характеризуемым количеством спиралей и углом их наклона, количеством резцов в линии резания и расстоянием между соседними линиями резания [2, 3, 4]. Так как режущие блоки жестко соединяются с корпусом фрезы, то шаг резания для каждой конкретной конструкции фрезы остается неизменным. В то же время, в зависимости от физико-технических свойств разрушаемой среды, толщина стружки может изменяться в достаточно широких пределах, поэтому при проектировании режущих фрез особое внимание обращается на выбор шага резания [5]. Очевидно, что не может быть какой-то одной оптимальной его величины ( , поэтому пытаются найти

опт '

компромиссные решения по выбору X, которые позволяли бы получить удельную энергоемкость процесса резания, не очень превышающую минимально возможную ее величину.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

При работе горнопроходческих машин, оснащенных фрезами, выполненными в виде тел вращения и оснащаемых, как правило, тангенциальными резцами, последние срезают стружки, имеющие серповидную форму (рис. 1).

В расчетных зависимостях для определения усилий резания и подачи, действующих на поворотные резцы при разрушении пород, регламентированных ОСТ 12.44.197-81 [6], параметры ( и к входят ка к сомножители. Толщина стружки к принимается как средняя в зависимости от ее максимальной величины к :

(1)

По мере накопления опыта эксплуатации поворотных резцов и проведения дальнейших исследований процесса разрушения пород такими резцами, направленных на изучение их износостойкости, определения оптимальных углов ориентации и рациональных параметров инструмента, подтвердилась хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных в диапазоне оптимальных значений ( или близких

опт

к ним. При / < / отклонения были небольшими, иногда

1 опт

даже в пределах разброса экспериментальных данных. Однако, исходя из физических особенностей процесса резания при таких режимах, есть определенные условия, обуславливающие неизбежность превышения реальных величин усилий над расчетными значениями.

Иные результаты получались, когда шаг резания превышал оптимальную его величину для данных конкретных условий. Если при ( < (опт между соседними линиями резания образовывались при срезании каждого слоя небольшие неразрушенные целички породы высотою до нескольких миллиметров, то при ( > (опт и по мере увеличения ? высота породных целичков возрастала и их скалывание происходило после срезания не одного, а нескольких, например, 2-5 слоев. В результате резцы работали в режиме все увеличивающейся степени блокированности, приближаясь к условиям резания в щели, что, в конечном счете, приводило к интенсивному росту усилий резания и подачи. Такой режим резания, по существу, является прерывисто-установившимся. Что же касается роста усилий, то он обусловлен как повышением степени блокированности реза, так и ролью головки державки резца в процессе разрушения породы. Тем более что поворотные резцы, как правило, устанавливают с разворотом в сторону неразрушенной части массива после прохода резца в соседней линии. В результате увеличивается площадь контакта головки державки инструмента с породным целичком. Он образуется между предыдущим и очередным резами в одном и том же срезаемом слое. А чем больше площадь контакта, тем выше усилия резания и подачи.

Следовательно, исходя из изложенного и обращаясь к схеме на рис. 1, в поперечном сечении серповидной стружки можно условно выделить при разных соотношениях ( и (опт следующие участки. Два участка 1 в начале и в конце серпа, у которых ( > ?опт, один участок 2 в средней части серпа с ( < (опт и два промежуточных участка 3, соответствующих (= ( или весьма близких к их значениям.

' опт

В реальных условиях применения продольно-осевых коронок при определенных сочетаниях энерговооруженности исполнительного органа и прочности породы возможно образование только участков 1 и 3. Теоретически

Рис.1. Схема серповидной стружки, срезаемой одним резцом Fig. 1. The scheme of sickle chips, cut with one cutter

возможен режим резания, когда весь серп образуется при t < tonm. Но это явно бесперспективный вариант применения комбайна.

Изложенное свидетельствует о необходимости корректировки метода расчета, предусмотренного ОСТом [6], например путем введения в расчетные зависимости поправочного коэффициента, учитывающего влияние степени обнажения забоя КТа-

об

кая попытка была предпринята сотрудниками Тульского политехнического института (ныне ТулГУ) и ЦНИИПодземмаша. Ими было предложено учитывать влияние степени обнажения забоя следующим образом. При соотношении шага резания и толщины стружки t/h = 1 - 3 значения коэффициента Коб принимать равным 1, а при t/h > -3 соответственно Коб = 1,5. Такой подход к решению рассматриваемого вопроса представляется недостаточно обоснованным. Во-первых, не в полной мере учитываются особенности формирования усилий резания и подачи на резце при t/h меньше оптимальной величины, во-вторых, диапазон t/h = 1 - 3 (Коб = 1), безусловно, завышен и, наконец, в-третьих, принимать Коб = 1,5 при любых значениях t/h > 3 неправомерно.

Более того, выбор коэффициентов в зависимости только от соотношения t/h, без учета влияния хрупко-пластических свойств пород, может привести к существенным ошибкам в расчетах, так как указанная характеристика свойств пород оказывает существенное влияние на величину оптимального, с точки зрения удельных затрат энергии, шага резания. Поэтому при определении величины Коб следует исходить не из соотношения t/h, а из t/tonm.

Следует отметить, что при расчете сил резания исполнительными органами очистных комбайнов учитывается и степень обнажения забоя [7].

Известны рекомендации по определению tonm для тех или иных конструкций резцов и условий их применения. Например, в работе [8] для проходческих комбайнов, оснащенных резцами с твердосплавными вставками большого диаметра, рекомендуется принимать шаг резания в диапазоне от 30 до 35 мм. Но наиболее представительной является рекомендация по определению tonm, разработанная в ИГД им. А.А. Скочинского [9]:

t = 3,65К ■ tgm ■ h0'5, (2)

onm ' г 0 т

где Кг - коэффициент, учитывающий геометрию резца; tgq> - показатель хрупко-пластических свойств пород по методу ИГД им. А.А. Скочинского.

Как отмечалось выше, многочисленные исследования процесса разрушения горных пород поворотными резцами были в основном направлены на установление влияния геометрии и параметров резцов и твердосплавных вставок, а также углов установки резцов и их разворота на силовые и энергетические характеристики процесса резания, а также на изучение закономерностей и видов изнашивания таких резцов. Но все эти исследования, как правило, выполнялись в оптимальных или близких к ним режимах резания.

Ознакомившись почти со всеми исследованиями процесса разрушения горных пород поворотными резцами,

Результаты экспериментов по резанию горных пород в неоптимальных режимах

Горная Шаг резания, Усилия резания, Н Удельная энергоемкость Hw кВт ч/м3 t К б об

порода мм Расчетные P zp Экспериментальные Р Расчетная H wp ЭкспериНентальная t опт

Известняк 10 911 992 2,47 2,69 0,4 1,13

15 1311 1329 2,38 2,41 0,6 1,09

20 1711 1630 2,33 2,22 0,8 1,02

25 2111 1956 2,30 2,13 1,0 1,0

30 2511 2406 2,28 2,18 1,2 1,03

35 2911 3010 2,26 2,34 1,4 1,11

40 3311 4022 2,25 2,73 1,6 1,30

50 4111 5992 2,24 3,25 2,0 1,57

Песчаник 5 1093 1201 5,95 6,53 0,18 1,17

10 1948 2103 5,30 5,72 0,36 1,15

15 2803 2904 5,08 5,27 0,54 1,11

20 3658 3521 4,97 4,79 0,71 1,02

25 4513 4200 4,91 4,67 0,89 1,01

30 5368 5122 4,87 4,64 1,07 1,01

35 6223 6312 4,83 4,90 1,25 1,07

40 7078 7957 4,81 5,41 1,43 1,19

выполненными в ИГД им. А.А. Скочинского, можно выделить исследования [10], представляющие интерес в аспекте рассматриваемой задачи и охватывающие широкий диапазон шагов резания, отличных от оптимального значения. Результаты этих экспериментальных исследований приведены в таблице.

В обобщенном виде по всем циклам опытов экспериментальные данные представлены на рис. 2.

Ранее отмечалось [9], что имеются две разные зависимости для диапазонов t/t < 1 и t/t > 1, для которых по-

onm onm 1

лучены следующие уравнения: - для t/tonm < 1: Ко6 =1,19-0.19--Ц (3)

- для t/t > 1: Коб =1,62-1,33--+ 0,73-

г \2 t

V ^опт J

(4)

Надежность полученных зависимостей (3) и (4) характеризуется достаточно высокими индексами корреляции, равными в обоих случаях R = 0,92, и критериями Фишера, равными соответственно F = 82,9 и F = 88,5.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В связи с оформившимся в последние годы трендом на использование компьютерных технологий в исследовательской и проектной деятельности в области горного машиностроения [11, 12, 13] устоявшиеся к настоящему времени методы и методики определения различных показателей эффективности основных и вспомогательных процессов горного производства требуют пересмотра с точки зрения соответствия современному уровню технологий.

Нами уже разработана новая методика определения устойчивости проходческих комбайнов [14] и модифицирована методика для расчета устойчивого момента двигателя проходческого комбайна [15]. В данном же случае выражения (3) и (4) вполне пригодны для использования в компьютерных расчетных алгоритмах. Но в то же время такой алгоритм должен также содержать некоторую функцию, позволяющую осуществлять выбор конкретной формулы в зависимости от известного условия для t/t . За-

Рис. 2. Обобщение результатов экспериментов в виде функции Коб = f (t/t )

Fig. 2. Generalization of experimental results as a function Кб = f (t/t )

об J v onmy

мена выражений (3) и (4) единой зависимостью позволит избавиться от указанной функции, что приведет к высвобождению вычислительной мощности на решение других задач.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Статистическая обработка экспериментальных данных, представленных в таблице и на рис. 2, позволила получить следующее уравнение:

К^ = 1,334 - 0,7808 ~ + 0,478-

\2

V ^опт J

(5)

Надежность полученной зависимости (5) характеризуется достаточно высоким индексом корреляции, равным Я = 0,92, и критерием Фишера, равным F = 68,6. Отметим, что надежность выражения (5) не уступает надежности выражений (3) и (4).

Однако и выражение (5) недостаточно адекватно описывает неоптимальные режимы резания горных пород тангенциальными резцами. Дело в том, что при существенном отличии реального шага резания ( от оптимального шага ( значение коэффициента К, принимает неесте-

опт 1 • 1 об 1

ственно большие значения, стремясь к бесконечности при ( ^ 0. Это, например, возможно на участках 1 (см. рис. 1),

когда значения глубины резания настолько невелики, что и значения оптимального шага резания, получаемые по формуле (2), также чрезвычайно малы. В результате значение коэффициента Коб принимает слишком большие значения, что приводит к завышению величины усилия резания, определяемого по следующей формуле [9]:

F = Р • [1,5 • Кг • К • К • К. • (0,25 + 0,018 • t • h)],(6)

z к L ' тр хп оо х 7 7

где Рк - показатель контактной прочности, МПа; Кг - коэффициент, учитывающий влияние геометрии резца на усилие резания; Кп - коэффициент, учитывающий влияние хрупко-пластических свойств породы; Ктр- коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости пород.

Описанное явление продемонстрировано на рис. 3 при расчете по формулам (2), (5) и (6) и следующих исходных данных: Р= 815 МПа; К = 1,75; К = 1,68; К = 1; tgm = 1,2;

|-1 к г хп тр От

t = 40 мм.

Очевидно, что функция, описывающая влияние глубины резания на усилия, возникающие на резцовом инструменте, должна выходить из начала координат и иметь вид, близкий к линейной зависимости. Однако в имеющейся математической модели вблизи оси ординат происходит изменение направления монотонности функции. Точка перегиба (экстремум) функции является крайней точкой, в которой существующая математическая модель адекватна реальному процессу резания горных пород. Серия численных экспериментов с различными вариациями исходных данных показала следующее. Изменение любых параметров, кроме шага резания t, не приводит к изменению значения абсциссы экстремума функции, описывающей влияние неоптимального шага резания на усилие резания, вариант которой показан на рис. 3. При этом с изменением шага резания t значение абсциссы экстремума, то есть глубины резания h, при которой математическая модель перестает соответствовать реальному процессу, соразмерно изменяется так, что отношение t/h ~ 9. На основании этого можно заключить, что при отношении шага резания t к глубине резания h больше 9, взаимное влияние от соседних линий резания исчезает, а само резание переходит в режим строго блокированного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, получена зависимость, позволяющая за одно действие определить влияние неоптимальности режима резания тангенциальным резцом массива горных пород. Также определена граница применимости указанной зависимости, которая соответствует условию отношения текущего шага резания к текущей глубине резания не более девяти, иначе влияние от соседних резов на усилия на инструментах исчезает, а режим резания переходит к строго блокированному. При этом для расчета коэффициента неоптимальности режима резания в блокированном режиме необходимо заменить в формуле (5) величину шага резания t на величину 9 • h, получив максимальное значение этого коэффициента для заданных условий.

Список литературы

1. Estimation of optimum specific energy based on rock properties for assessment of roadheader performance / C. Balci, M.A. Demircin, H. Copur, H. Tuncdemir // Journal of

Рис. 3. Влияние неоптимального шага на усилие резания Fig. 3. The effect of non-optimal pitch on cutting force

the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. Vol. 104. N 11. P. 633-642.

2. Effects of spiral line for pick arrangement on boom type roadheader cutting load / X.Y. Li, Y.G. Lv, S.B. Jiang, Q.L. Zeng // International Journal of Simulation Modelling. 2016. Vol. 15. N 1. Pp. 170-180. doi: 10.2507/IJSIMM15(1)C04.

3. Hekimoglu O.Z., Ozdemir L. Effect of angle of wrap on cutting performance of drum shearers and continuous miners // Mining Technology. 2004. Vol. 113. N 2. Pp. 118-122. doi: 10.1179/037178404225004977.

4. New computer simulation procedure of heading face mining process with transverse cutting heads for roadheader automation / M. Dolipski, P. Cheluszka, P. Sobota, E. Remiorz // Archives of Mining Sciences. 2017. Vol. 62. N 1. Pp. 83-104. doi: 10.1515/amsc-2017-0007.

5. Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some experimental and theoretical results / N. Bilgin, M.A. Demircin, H. Copur et al. // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2006. Vol. 43. N 1. Pp. 139-156. doi: 10.1016/j. ijrmms.2005.04.009 .

6. ОСТ 12.44.197-81. Комбайны проходческие со стреловидным исполнительным органом. Расчет эксплуатационной нагруженности трансмиссии исполнительного органа. М.: Минуглепром СССР, 1981. 48 с.

7. ОСТ 12.44.258-84. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. М., 1984. 108 с.

8. Клейнерт Х.В. Новые результаты, полученные на экспериментальном стенде Режущие головки для комбайнов избирательного действия // Глюкауф. 1982. № 9. С. 33-39.

9. Состояние научных исследований в области разрушения горных пород резцовым инструментом на рубеже веков / А.Б. Жабин, А.В. Поляков, Е.А. Аверин, В.И. Сары-чев // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2018. № 1. С. 230-247.

10. Свиридова Н.Н. Установление рациональных параметров барабанных исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия: дисс ... канд. техн. наук. М.: ИГД им. А.А. Скочинского. 1990. 198 с.

11. Automation for Pick Arrangement Design of a Cutting Head Attachment Using Recur Dyn Process Net / J.H. Kang, J.S. Jang, J.W. Lee et al. // Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A. 2016. Vol. 40. N 7. Pp. 685-692. (in Korean). doi: 10.3795/KSME-A.2016.40.7.685.

12. Optimization design for roadheader cutting head by orthogonal experiment and finite element analysis / X. Li, Y. Lv,

S. Xu et al. // Tehnicki vjesnik. 2016. Vol. 23. N 3. Pp. 707-714. doi: 10.17559/TV-20140925151139.

13. Cheluszka P., Gawlik J. Komputerowa symulacja obci^zen dynamicznych w wybranych w^ztach konstrukcyjnych nadwozia wysi^gnikowego kombajnu chodnikowego w trakcie realizacji procesu roboczego // Systemy Wspomagania w Inzynierii Produkcji. 2017. Vol. 6. N 2. Pp. 54-67. (in Polish).

14. О расчетной схеме для определения устойчивости проходческого комбайна / А.Б. Жабин, А.В. Поляков, Т.В. Ковалева, Е.А. Аверин // Горное оборудование и электромеханика. 2018. № 2. С. 46-49.

15. Модернизация метода для расчета устойчивого момента двигателя проходческого комбайна / А.Б. Жабин, Ан.В. Поляков, Е.А. Аверин, Ал.В. Поляков // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2018. № 3. С. 170-179.

COAL MINING EQUIPMENT

UDC 622.23.054 © A.B. Zhabin, A.V. Polyakov, E.A. Averin, Yu.N. Linnik, V.Yu. Linnik, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 7, pp. 20-24

Title

consideration of non-optimal cutting conditions of rocks by tangential cutters

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-20-24 Authors

Zhabin A.B.1, 2, Polyakov A.V.1 2, Averin E.A.3, Linnik Yu.N.4, Linnik V.Yu.4

1 Tula Regional Department of the Academy of Mining Sciences, Tula, 300028, Russian Federation

2 Tula State University, Tula, 300012, Russian Federation

3 "SOEZ" LLC, Tula, 300911, Russian Federation

4 State University of Management, Moscow, 109542, Russian Federation

Authors' Information

Zhabin A.B., Doctor of Engineering Sciences, Professor, full member

of the Academy of Mining Sciences, President of the Tula Regional

Department of the Academy of Mining Sciences,

tel.: +7 (4872) 73-44-44, 25-19-95, e-mail: [email protected]

Polyakov A.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor,

academic advisor of the Academy of Mining Sciences,

tel.: +7 (4872) 25-71-05, 25-19-95, e-mail: [email protected]

Averin E.A., PhD (Engineering), engineer-designer,

tel.: +7 (4872) 31-35-25, 31-36-18, e-mail: [email protected]

Linnik Yu.N., Doctor of Engineering Sciences, Professor,

tel.: +7 (499) 784-60-05, e-mail: [email protected]

Linnik V.Yu., Doctor of Economic Sciences, Associate Professor,

tel.: +7 (499) 784-60-05, e-mail: [email protected]

Abstract

Provides information about the optimal cutting step when the cutters of the executive bodies of the roadheaders work in terms of energy intensity of the cutting process. It is shown that there can not be any one of its optimal value. The modes of operation of the tangential cutter are analyzed in the aspect of the issue under consideration and the ratios of the optimal and real cutting steps are highlighted. The calculated dependence was obtained to determine the coefficient that takes into account the degree of the outcrop of the face in terms of its use in research and project activities using computer technologies and recommendations were made to use this dependence. Figures:

Fig. 1. The scheme of sickle chips, cut with one cutter

Fig. 2. Generalization of experimental results as a function Ko6 = f (t/tom)

Fig. 3. The effect of non-optimal pitch on cutting force

Keywords

Rocks, Cutting conditions, Force on the cutter, Cutting depth, Optimum cutting step, Degree of outcrop of the face, Non-optimal cutting conditions, Calculated dependencies.

References

1. Balci C., Demircin M.A., Copur H. & Tuncdemir H. Estimation of optimum specific energy based on rock properties for assessment of roadheader performance. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2004, Vol. 104, No. 11, pp. 633-642.

2. Li X.Y., Lv Y.G., Jiang S.B. & Zeng Q.L. Effects of spiral line for pick arrangement on boom type roadheader cutting load. International Journal of Simulation Modelling, 2016, Vol. 15, No. 1, pp. 170-180. doi: 10.2507/IJSIMM15(1)C04.

3. Hekimoglu O.Z. & Ozdemir L. Effect of angle of wrap on cutting performance of drum shearers and continuous miners. Mining Technology, 2004, Vol. 113, No. 2, pp. 118-122. doi: 10.1179/037178404225004977.

4. Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P. & Remiorz E. New computer simulation procedure of heading face mining process with transverse cutting heads for roadheader automation. Archives of Mining Sciences, 2017, Vol. 62, No. 1, pp. 83-104. doi: 10.1515/amsc-2017-0007.

5. Bilgin N., Demircin M.A., Copur H. et al. Dominant rock properties affecting the performance of conical picks and the comparison of some

experimental and theoretical results. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2006, Vol. 43, No. 1, pp. 139-156. doi: 10.1016/j. ijrmms.2005.04.009 .

6. Industry standard 12.44.197-81. Kombayny prokhodcheskiye so strelovidnym ispolnitel'nym organom. Raschet ekspluatatsionnoy nagruzhennosti transmissii ispolnitel'nogoorgana [Tunneling miners with swept executive body. Calculation of the operational loading of the transmission of the executive body]. Moscow, Minugleprom SSSR, 1981, 48 p.

7. Industry standard 12.44.258-84. Kombaynyochistnyye. Vyborparametrovi raschetsil rezaniya ipodachi na ispolnitel'nykh organakh. Metodika [Shearers. The choice of parameters and calculation of cutting forces and feed on the executive bodies. Technique.]. Moscow, 1984, 108 p.

8. Kleynert Kh.V. Novyye rezul'taty, poluchennyye na eksperimentalnom stende. Rezhushchiye golovki dlya kombaynov izbiratel'nogo deystviya. [New results obtained on an experimental stand. Cutting heads for combines of selective action]. Glyukauf, 1982, No. 9, p. 33-39.

9. Zhabin A.B., Polyakov A.V., Averin E.A. & Sarychev V.I. Sostoyaniye nauch-nykh issledovaniy v oblasti razrusheniya gornykh porod reztsovym instru-mentom na rubezhe vekov [The state of scientific research in the field of rock destruction using a cutting tool at the turn of the century]. Izvestiya TulGU. Nauki oZemle - News TSU. Earth Sciences, 2018, No. 1, pp. 230-247.

10. Sviridova N.N. Ustanovleniye ratsional'nykh parametrov barabannykh ispolnitelnykh organov prokhodcheskikh kombaynov izbiratelnogo deystviya. Diss. kand. techn. nauk [Establishment of rational parameters of drum-type executive bodies of selective-driving tunneling miner harvesters. PhD (Engineering) diss.]. Moscow, Skochinskiy Mining Institute Publ., 1990, 198 p.

11. Kang J.H., Jang J.S., Lee J.W. et al. Automation for Pick Arrangement Design of a Cutting Head Attachment Using Recur Dyn Process Net. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers, 2016, Vol. 40, No. 7, pp. 685-692. (in Korean). doi: 10.3795/KSME-A.2016.40.7.685.

12. Li X., Lv Y., Xu S. et al. Optimization design for roadheader cutting head by orthogonal experiment and finite element analysis. Tehnicki vjesnik, 2016, Vol. 23, No. 3, pp. 707-714. doi: 10.17559/TV-20140925151139.

13. Cheluszka P. & Gawlik J. Komputerowa symulacja obciqzen dynamicznych w wybranych w^ztach konstrukcyjnych nadwozia wysi^gnikowego kombajnu chodnikowego w trakcie realizacji procesu roboczego [Computer simulation of dynamic loads in selected structural nodes of the cantilevers chassis of a heading machine during the working process]. Systemy Wspomagania w Inzynierii Produkcji - Support Systems in Production Engineering, 2017, Vol. 6, No. 2, pp. 54-67. (in Polish).

14. Zhabin A.B., Polyakov A.V., Kovaleva T.V. & Averin E.A. O raschetnoy skheme dlya opredeleniya ustoychivosti prokhodcheskogo kombayna [About the design scheme for determining the stability of the tunneling miner]. Gornoye oborudovaniye i elektromekhanika - Mining equipment and electrical engineering, 2018, No. 2, pp. 46-49.

15. Zhabin A.B., Polyakov An.V., Averin E.A. & Polyakov Al.V. Modernizatsiya metoda dlya rascheta ustoychivogo momenta dvigatelya prokhodcheskogo kombayna. [Modernization of the method for calculating the stable torque of the engine of the tunneling miner]. Izvestiya TulGU. Nauki oZemle - News TSU. Earth Sciences, 2018. No. 3, pp. 170-179.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.