Влияние особенностей процесса разрушения забоя аксиальной коронкой на рациональный диапазон ее скоростей подачи Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

----------------------------------------- © 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 ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ЗАБОЯ АКСИАЛЬНОЙ КОРОНКОЙ НА РАЦИОНАЛЬНЫЙ ДИАПАЗОН ЕЕ СКОРОСТЕЙ ПОДАЧИ

Неделя горняка-2005 Семинар № 16

И И овышение технического уровня проходческих комбайнов с аксиальными коронками (АК) требует обоснования рациональных параметров их систем, в частности - системы подачи исполнительного органа. Важнейшим параметром системы подачи является диапазон реализуемых скоростей.

Известны общие для резцовых органов разрушения ограничения на диапазон значений скорости подачи по максимальной толщине среза (ограничение максимальной скорости подачи) и по допустимому приросту удельных энергозатрат процесса разрушения забоя (ограничение минимальной скорости подачи). Существующие подходы к обоснованию рационального диапазона скоростей подачи исполнительного органа не учитывают ряд особенностей процесса разрушения забоя АК:

- форма поверхности забоя отличается от формы образующей поверхности, описанной по вершинам резцов АК [1];

- резцы АК в основном режиме работы с боковой подачей движутся по пространственным винтовым траекториям [2].

Таким образом, необходима оценка влияния указанных особенностей на рациональный диапазон скоростей подачи АК, который определяется с учетом удельных энергозатрат процесса разрушения забоя и вылета резца.

Расчетная схема для определения максимальной по вылету резца подачи за оборот при боковой подаче исполнительного органа показана на рис. 1. На рис. 1 показана поверхность забоя и положение резца в плоскости построения, проходящей через ось коронки. АВ -участок поверхности забоя, которую образовали бы резцы при нулевой подаче коронки. С незначительной погрешностью можно принять угол наклона этого участка равным углу наклона касательной к образующей коронки 5. При наличии подачи поверхность забоя будет отличаться от поверхности коронки и участок, образуемый той же парой резцов, займет положение А'В' при угле наклона касательной к поверхности забоя 5'. Резец С, расположенный в той же линии резания, что и А, но на следующей спирали, пройдет секущую плоскость в точке С'. Толщина среза на резце С - расстояние от точки С' до отрезка А'В'.

На основании расчетной схемы с учетом рекомендаций по определению минимального радиуса установки резцов и классификации форм АК, приведенных в [1], максимальная по вылету резца подача за оборот АК может быть найдена из системы уравнений:

С0Б6'

8ІП2 8(г) + | соє£(г) +

С0$>6' =

єіп£(г)

2ПоСОЄ0 + я'^Аф С08(£(г) + 6) л]П *0 + По •Шах АР С05^( Г) + ^ Ар

8(г) =

Я2

агеґя — Кг

+ 1р С0в ^ОШп) + у 8Ш ^(гПіп);

— I -для эллипсоидальных

aгеtg

Я

К

- для

коронок; конических коронок.

где г, гтт, Я - текущий, минимальный и максимальный радиусы установки резцов (последний совпадает с радиусом коронки); ^тах — максимальная подача за оборот по вылету резца с радиусом установки г; 1р - максималь-ный вылет

резца; М, — количество резцов в линии резания; 0' — угол между нормалью к поверхности забоя и проекцией оси резца на плоскость построения; 5 — угол конусности коронки; Дф — угловой шаг расстановки резцов (разность между углами установки резцов А и В, если эти углы отсчитываются в направлении вращения коронки); ^ — конструктивный шаг установки резцов; 0 — угол наклона резцедержателя, равный углу между проекцией оси резца на плоскость построения и нормалью к образующей ко-

ронки; К - длина коронки; 1к, Ьк - длина и ширина резцедержателя.

Система уравнений (1) связывает максимальную подачу за оборот АК с такими ее параметрами как форма, радиус, длина, шаг установки резцов и угловой шаг установки резцов, количество спиралей (заходность) и угол наклона резцедержателя. В зависимости от режима работы исполнительного органа следует использовать систему (1) для тех поверхностей коронки, которые участвуют в разрушении забоя. Так, для бокового реза одной коронкой - только для наружной поверхности коронки, для бокового реза двумя коронками - для наружной поверхности одной коронки и внутренней -второй. Далее из полученных значений 8шах следует принимать меньшее.

Для режимов разрушения забоя с перпендикулярной оси вращения коронки подачей (фронтальная зарубка, вертикальная зарубка) следует заменить второе уравнение системы (1) выражением:

, 1р^з С™6'

о — -Л_________^

(1)

соб£(г)

СО^ 8(г) + | єш£(г) + Ар

*о 2п

Для анализа влияния параметров коронок на 8шах удобно использовать относительную величину 8шах/8шахб, при чем базовая подача за оборот 8шахб определяется по зависимости 8шахб = 1рКз. На рис. 2 приведены зависимости величины 8шах^шахб от углового шага установки при боковой подаче АК различных заходно-стей сферической

Рис. 2. Зависимости величины smax/smaxб от углового шага установки резцов при боковой подаче коронок различных заходностей (совпадают с подписями линий)

(К = Я = 500 мм, рис. 2, а) и эллипсоидальной (К = 300 мм, Я = 500 мм, рис. 2, б) форм. Зависимости построены для режима бокового реза одной коронкой при Дф = [-п/Ыз;п/Ыз], ^ = 40 мм, 1Р = 50 мм, 1к=133 мм, Ьк = 75 мм и углах 0, обеспечивающих 0' = 0.

Анализ графиков, представленных на рис. 2, позволил заключить, что с увеличением углового шага установки резцов и числа резцов в линии резания максимальная по вылету резца подача за оборот рассмотренных АК нелинейно возрастает. Данный вывод подтверждает необходимость учета отличия форм по-

Рис. 3. Характерные схемы стружкообразования АК комбайнов КПД (а-в) и П110(г-е)

верхности забоя и описанной по вершинам резцов АК образующей поверхности при определении верхнего предела рационального диапазона значений скорости подачи исполнительного органа.

Исследование влияния пространственного характера движения резцов АК на процесс разрушения забоя проводился методом построения схем стружкооб-разования. Анализ схем стружкообразования в режиме бокового реза АК комбайнов КПД (рис. 3, а, б, в) и П110 (рис. 3, г, д, е) показал, что процесс стружко-образования АК зависит не только от схемы набора, но и от величины ее подачи за оборот 8. При некоторых значениях 8 резцы работают не только по повторной полублокированной или шахматной схемам резания (зоны А на рис. 3), но и по повторной блокированной схеме (зоны Б). Повторные блокированные срезы возникают при резании с малыми толщинами Ь и большими ширинами I среза (1/Ь>2), когда следующие срезы производятся в след предыдущим

и имеют место на резцах с близкими к максимальному радиусами установки.

Для оценки влияния изменения схемы стружкообразования на энергетические характеристики процесса разрушения забоя на созданном на кафедре «Горные машины» ДонНТУ стенде был проведен эксперимент по резанию песчанистого сланца крепостью Г = 5 по шкале Протодьяконова. Схема экспериментальных резов показана на рис. 4. Первые резы 1 (блокированные с выровненной поверхности) производились на глубину Ь = 5 мм, вторые 2 (повторные блокированные) - в след первым еще на Ь = 5 мм. Резание производилось поворотным резцом Р32-70, угол установки которого соответствовал заданному схемой набора коронки КПД. Эксперимент показал, что в режиме повторного блокированного среза нагрузка на резце в 2 раза, а удельные энергозатраты - на 25 % выше, чем в режиме блокированного среза с выровненной поверхности при одинаковой толщине среза Ь. Так как блокированный рез с

Рис. 4. Экспериментальные резы

выровненной поверхности всегда более энергоемкий, чем последовательный по-лублокированный либо шахматный, можно заключить, что удельные энергозатраты процесса разрушения породы в зоне Б (см. рис. 3) не менее чем на 25 % выше, чем в зоне А. Величина прироста общих удельных энергозатрат при различных значениях глубины зарубки, шага фрезерования и подачи за оборот составляет до 25 %.

Значения подачи за оборот, при которых возникают повторные блокированные срезы, можно определить по зависимостям:

- при условии, что резец разрушает массив в след установленному на его же спирали в соседней линии резания:

= -2п,/Д^;

- при условии, что резец разрушает массив в след установленному на пре-

1. Семенченко Д.А. Обоснование параметров исполнительного органа проходческих комбайнов с аксиальными коронками:

Дис. ...канд. техн. наук. - Донецк, 2003. - 158 с.

дыдущей спирали в соседней линии резания:

•гб = 2п^У ^ N 8\&1А(р- Др|.

Таким образом, для АК существуют скорости подачи, при которых формируются повторные блокированные срезы, вызывающие существенный рост удельных энергозатрат. При обосновании параметров систем подачи такие скорости должны быть исключены как обеспечивающие нерациональный режим разрушения забоя.

При обосновании рационального диапазона скоростей подачи исполнительного органа с аксиальными коронками необходимо:

- определять максимальную толщину среза на резцах с учетом отличия форм поверхности забоя и описанной по вершинам резцов образующей поверхности, обусловленного формой, радиусом и длиной коронки, шагом установки резцов, количеством спиралей (заходностью), углом наклона резцедержателя и угловым шагом установки резцов;

- учитывать как ограничивающий фактор возможность формирования повторных блокированных срезов.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Книссель В., Визе Ф. Возможности улучшения процесса отделения материала от массива режущими головками проходческих комбайнов избирательного действия // Глюкауф -1981. - №20. - С. 10-18.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------

Семенченко А.К., Шабаев О.Е., Семенченко Д.А., Хиценко Н.В. - Донецкий национальный технический университет.