CC BY
45
-------------------------------------- © А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев,
Д.А. Семенченко, Н.В. Хиценко,
2006
УДК 622.232
А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, Д.А. Семенченко,
Н.В. Хиценко
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ, ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ АКСИАЛЬНОЙ КОРОНКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ЗАБОЯ
Семинар № 16
~П настоящее время для механиза-
X# ции процесса прохождения выработок в подземных условиях широко используются проходческие комбайны избирательного действия, оснащенные резцовым корончатым исполнительным органом. Эффективность работы этих комбайнов в значительной мере определяется характеристиками процесса взаимодействия коронки с разрушаемым массивом. Именно этот процесс определяет удельные энергозатраты разрушения, характер и величину внешних нагрузок, действующих от разрушаемого массива на комбайн, а следовательно, оказывает определяющее влияние на производительность и надежность машины. Основными факторами, определяющими показатели процесса разрушения, являются параметры коронки и режимы ее работы.
Необходимость обоснования переменных проектирования и функций ограничения математической модели оптимизации параметров аксиальной коронки требует более глубоких исследований по установлению, до настоящего времени недостаточно изученных, закономерностей влияния формы коронки на процесс формирования толщин среза на резцах, а так же кинематические изменения углов резцов и энергозатраты разрушения.
Целью исследований является установление закономерностей процесса разрушения горного массива и формирования вектора внешнего возмущения при работе аксиальных коронок в различных режимах обработки забоя исполнительным органом.
Для проведения исследований была использована разработанная математическая модель вектора внешнего возмущения [1] и зависимости для задания составляющих сил резания на резце от параметров среза, полученные экспериментально при разрушении углецементного блока резцом Р32-70 [2].
Так как форма и параметры боковой поверхности коронки оказывают существенное влияние на распределение толщины среза резцов [3] то, для оценки их влияния на эффективность работы исполнительного органа проходческого комбайна при боковом резе, была принята величина относительных удельных энергозатрат на разрушение. Обоснованием принятия этого критерия также является то, что основной объем разрушаемого массива при проходке выработки приходится на боковой рез и определяющее влияние на техническую производительность комбайна оказывают удельные энергозатраты на разрушение в этом режиме.
Величина относительных удельных энергозатрат определялась как отношение
Рис. 1. Зависимости относительных удельных энергозатрат к„ от максимальной толщины стружки на резцах при боковом резе аксиальными коронками с различной формой и параметрами
удельных энергозатрат на разрушение массива коронками различной формы к удельным энергозатратам при работе коронки с конической боковой поверхностью. При определении этого показателя рассматривались коронки с одинаковым значением параметра формы К (ширина наружной боковой поверхности коронки).
На рис. 1 приведены зависимости относительных удельных энергозатрат от максимальной толщины стружки на резцах опережающими коронками конической, параболической и эллипсоидальной формами боковых поверхностей, для различных значений К. Данные для построения этих зависимостей были взяты из результатов модельного эксперимента, полученных для коронок с максимальным радиусом установки резцов Rк = 500мм, количестве лопастей Nз = 4 , и макси-
мальном значении угла сдвига резцов на лопасти фт = 2п для последовательной схеме обработки забоя исполнительным органом с величиной заглубления коронки в массив Вз =0.8 м и высотой фре-зирования АН = 0.2 м.
Для установления закономерностей влияния количества N3, направления и максимального угла навивки спиралей фт на процесс стружкообразования были построены сечения поверхности забоя горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вращения коронки. В качестве примера на рис 2 приведены сечения забоя при конической форме боковой поверхности коронки, имеющей радиус Як = 500 мм, параметр формы К = 300 мм и конструктивную ширину среза 1 = 40 мм при различных значениях № (2; 4) и фт (-4п; -2п; 2п; 4п;).
эллипсоидальной коронки (в горизонтальном сечении, проходящем через ее ось вращения), при различных значениях заходности Мз, направления и величины угла навивки фт спирали
На рисунке также показаны конструктивная ширина среза 1 и фактические па-
Рис. 3. Зависимости относительной скорости подачи исполнительного органа при боковом резе конической коронкой и зарубке вверх коронками различной формы от величины параметра их формы К (Як= 500 мм)
раметры стружки (11, ^- при отрицательном угле навивки спирали; 12, И2- при положительном) для скоростей подачи 2 м/мин и 4 м/мин.
В качестве критериев оценки влияния формы и параметров аксиальной коронки на эффективность работы исполнительного органа в различных режимах его работы были приняты относительный момент сопротивления и удельные энергозатраты на разрушение. Обоснованием принятия критериев явилось то, что полный цикл обработки забоя исполнительным органом характеризуется существенным изменением средних значений момента сил сопротивления в различных режимах при условии его работы с одной и той же максимальной толщиной среза, а максимальная величина вращающего момента двигателя ограничена его перегрузочной способностью.
Величина относительного момента сопротивления для различных режимов работы исполнительного органа определялась как отношение момента сопротивления на исполнительном органе в рассматриваемом режиме М, к моменту сопротивления в режиме бокового реза той же коронкой Мб . При определении этой величины значение момента сопротивления в различных режимах принималось при
условии, что максимальная толщина среза на резцах коронки одна и та же для всех режимов.
В таблице приведены величины относительных моментов сопротивления на исполнительном органе при его оснащении аксиальными коронками различной формы, с различными значениями параметра К.
Данные для составления таблицы были взяты из результатов модельного эксперимента, которые были получены для случая работы исполнительного органа во всех режимах (с максимальной толщиной среза Итах- 33 мм при параметрах обработки забоя Вз = 0,2 м и АН = 1 м для фронтальной зарубки, для остальных режимов Вз = 0,8 м и АН = 0,2 м).
Для оценки влияния на эффективность работы комбайна увеличения момента сопротивления и удельных энергозатрат разрушения массива в режимах зарубки были построены зависимости снижения скорости подачи исполнительного органа для аксиальных коронок различной формы от величины параметра формы К, приведенные на рис 3. На этом рисунке так же приведена, для сравнения зависимость снижения скорости подачи исполнительного органа при боковом резе конической коронкой от коэффициента ее формы.
На основе анализа полученных результатов установлено:
1. Форма боковой поверхности аксиальных коронок определяет закономерности формирования толщины среза на резцах при боковом резе в зависимости от ра-
Величина относительного момента сопротивления на аксиальной коронке в различных режимах ее работы при ктах= 33 мм
Форма коронки К, мм Мб, кНм кМ-М,/М®
Фрон- тальная зарубка Боковой рез двумя коронками Боковой рез одной коронкой Боковой рез в кутке Зарубка верти- кальная
Эллипсоид 300 29.1 4.71 2.00 1 2.11 4.26
500 37.4 5.56 2.00 1 2.01 4.97
700 42.7 6.56 2.00 1 1.82 5.85
Конус 300 27.0 3.28 2.00 1 2.22 3.01
500 33.3 3.75 2.00 1 2.16 3.40
700 38.5 4.18 2.00 1 2.22 3.79
Параболо- 300 30.6 3.73 2.00 1 2.19 3.37
ид гори- 500 38.1 4.36 2.00 1 2.08 3.94
зонтальный 700 46.6 4.72 2.00 1 2.02 4.29
Параболо- 300 27.4 4.27 2.00 1 2.10 3.87
ид верти- 500 34.5 5.01 2.00 1 1.99 4.20
кальный 700 41.0 5.63 2.00 1 1.94 5.05
диуса установки их вершин. Для коронок с плоской, конической и параболической (горизонтальной) формами толщина среза на резцах изменяется незначительно с изменением радиуса их установки, а их средняя толщина среза близка к максимальной. Работа эллипсоидальных, параболических (вертикальных) коронок при боковом резе характеризуется увеличением толщины среза от минимального (близкого к 0) до максимальной толщины среза при уменьшении радиуса установки резцов от максимального к минимальному, при этом дуга фрезерования резцов тем больше, чем меньше толщина среза. Это обуславливает работу таких коронок, в рассматриваемом режиме, с большим удельным весом разрушения массива с малыми толщинами среза и значительное уменьшение средней толщины среза в сравнении максимальной. Увеличение параметра формы К этих коронок приводит к увеличению удельного веса разрушения массива с малыми толщинами среза и, как следствие, к снижению эффективности разрушения.
2. Количество спиралей, направление и величина угла их навивки, оказывают су-
щественное влияние на параметры процесса стружкообразования при боковом резе исполнительного органа, оснащенного аксиальными коронками. При положительном направлении навивки спиралей (смещение резцов спиралей, по мере уменьшения радиуса установки их вершины, противоположно направлению вращения коронки) толщина стружки на резцах уменьшается, а ее ширина увеличивается по сравнению с конструктивной. При отрицательном направлении навивки спиралей, толщина стружки увеличивается, а ширина среза уменьшается. Интенсивность этих изменений увеличивается с ростом количества спиралей и величины угла их навивки.
3. Величина удельных энергозатрат на разрушение массива исполнительным органом оснащенным аксиальными коронками существенно зависит от режима работы. При полном использовании двигателя, в режимах отличных от бокового реза одной коронкой, удельные энергозатраты выше в сравнении с этим режимом. Разрушение массива с наибольшими удельными энергозатратами происходит в режимах фронтальной и вертикальной за-
рубок. При этом наименьшее увеличение удельных энергозатрат для режимов зарубки имеет место при конической форме коронки и наибольшее при эллипсоидальной. Для всех исследованных форм коронок, увеличение параметра формы К приводит к относительному росту удельных энергозатрат.
Таким образом, при оптимизации конструктивных и режимных параметров исполнительного органа с аксиальными коронками, форма коронки, ее геометрические параметры, количество лопастей, направление и величина максимального угла
1. Гуляев В.Г., Семенченко Д.А. Определение удельных энергозатрат и вектора внешнего возмущения корончатого исполнительного органа проходческого комбайна в различных режимах обработки забоя. // Наукові праці ДонДТУ. Серія гірничо-електромеханіч-на. Донецьк - 2001. -Вип.35. - С.38-47.
их навивки, должны рассматриваться переменными проектирования, в значительной степени определяющих эффективность процесса разрушения массива. Оптимизация этих параметров должна выполняться с учетом возможных максимальных кинематических изменений углов резцов как ограничивающих факторов, а так же с учетом многообразия режимов работы исполнительного органа и зависимостей для определения силы резания, особенно при малой толщине среза на резцах, для конкретных условий эксплуатации комбайна.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Семенченко Д.А. Влияние кинематических изменений заднего и переднего углов поворотного резца на формирование усилия подачи// Наукові праці ДонДТУ. Серія гірничо-електромеханічна. Донецьк - 2001. - Вип.27. -С.340-344.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Семенченко А.К., Шабаев О.Е., Семенченко Д.А., Хиценко Н.В. - Донецкий национальный технический университет.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУЗНЕЦОВ Павел Юрьевич Оценка пространственной изменчивости свойств массива горных пород для оптимизации сети инженерногеологических скважин при разведке угольных месторождений (на примере Эльгинского месторождения) 25.00.16 к.г.-мн.н
