автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научные основы создания высокоэффективных инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов

На правах рукописи

р Г б од

ЛЕВАНКОВСКИЙ Игорь Анатольевич -

~6 т ш

УДК 622.236.22: 622.23.054

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД г. И ПОРОДОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИТОВ

Специальность 05.05.06 "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Институте горного дела им. A.A. Скочинского,

ООО «ПИГМА» и Научно-производственном центре «ПИГМА-ЦЕНТР» Академии горных наук РФ.

Научный консультант:

докт. техн. наук, проф. Л.Б. Глатман.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Л.И. Кантович, докт. техн. наук, проф. В.А. Бреннер, докт. техн. наук, проф. И.А. Свешников.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт проходческих машин и комплексов для угольной, горной промышленности и подземного строительства («ЦНИИподземмаш») Минтопэнерго РФ, 109193 г. Москва, ул. Петра Романова 7.

Защита диссертации состоится «/л Ю »СМ/| Ь С -¿'|000 г. в /¡Л час.

на заседании диссертационного совета Д.053.20.01 в Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, г. Москва, ул. Павла Корчагина, 22, ауд.408.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Автореферат разослан "

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент Ткачева

Т.А.

U 15 -5-042,1,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Механический способ разрушения имеет наибольшее распространение при ведении основных производственных процессов в угольной промышленности на подземных и открытых работах, тоннелестроении, ремонте дорог.

Разрушение горных пород и породосодержащих композитов осуществляется разнообразными инструментами, качество которых как прямо (через их стоимость), так и опосредованно (через затраты времени на их замену, снижение ресурсов исполнительного органа, элементов трансмиссии, приводов и других узлов машин) оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели работы машин и возможную область их применения.

Наиболее полно исследование горного инструмента в бывшем СССР проводилось в угольной промышленности. Представительные исследования, выполненные в ИГД им.А.А.Скочинского, МГИ, НПИ, ЦНИИподземмаше, Гипроуглемаше, Донгипроуглемаше и других организациях, наряду с развитием теоретических основ механического разрушения горных пород обосновали параметры, номенклатуру и область применения инструментов (резцов и шарошек) для существовавших в то время очистных и проходческих комбайнов, стругов и буросбоечных машин. Были разработаны первые конструкции поворотных резцов типа РКС, которыми, начиная с 1975 г., постепенно были оснащены все проходческие и частично очистные комбайны. К концу 80-х годов стала очевидна необходимость существенного усовершенствования их конструкции. Кроме того, после разделения СССР на самостоятельные государства обстановка существенно изменилась. Стали широко эксплуатироваться как новые отечественные очистные комбайны, так и отдельные образцы более энерговооруженных проходческих комбайнов. Появилась широкая (около 400 шт. в России) номенклатура зарубежных машин (фирма "\Virtgen" и др.) для ремонта и восстановления дорожных покрытий. На открытых горных работах в последние годы начали применяться агрегаты (К8М-200011, 5М-2600 и др.) послойной выемки угля и горных пород. Возникла необходимость создания новых высокоэффективных инструментов.

Оценка целесообразности применения того или иного инструмента обычно требует совокупного учета следующих основных критериев: прочности, износостойкости, затрат энергии на

разрушение, металлоемкости, стоимости и технологичности изготовления. В научном плане речь должна вестись об установлении основных закономерностей процесса взаимодействия инструментов с разрушаемой средой, разработке инженерных методов расчета их нагруженности и износостойкости, структуризации номенклатуры инструментов,

методологии расчета и выбора конструктивных параметров для разных условий применения машин, основ разработки серий инструментов и режущих блоков, методов обеспечения качества и способов его контроля.

Самостоятельную перспективную научную задачу представляет изыскание и исследование других видов инструментов для разрушения более прочных и абразивных горных пород, когда применение режущих инструментов неэффективно. В первую очередь можно указать на дисковые шарошки, определенный опыт применения которых уже имеется на проходческих комбайнах и машинах для бурения скважин большого диаметра,

С практической точки зрения необходима разработка принципов выбора рациональных конструкций инструментов применительно к конкретным условиям их эксплуатации. Таким образом, конечным практическим итогом работы должны явиться создание широкой гаммы высокоэффективных инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов, а также организация его производства с поставкой на внутренний рынок и на экспорт.

Цель работы. Разработка научных основ и создание новых конструкций инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов, обеспечивающих снижение энергоемкости, повышение износостойкости, взрывобезопасности, производительности комбайнов (машин) и расширение области их применения.

Идея работы. Создание высокоэффективных инструментов на основе уточнения закономерностей процесса разрушения, разработки математических моделей формирования силовых показателей, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента, разработки технологии изготовления, обеспечивающей стабильное высокое качество изделий, и систем структуризации и индентификашш инструмента и алгоритма «комбайн-забой» для сравнительной оценки конструкций, определения путей их совершенствования и выбора наиболее эффективных инструментов применительно к конкретным физико-техническим свойствам разрушаемых сред и типам применяемых машин.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Совершенствование эксплуатационных качеств поворотных резцов должно осуществляться на основе разработанных в диссертации математических моделей формирования усилий, интенсивности изнашивания и удельного расхода резцов с учетом физико-технических свойств разрушаемых сред, геометрии инструмента, параметров режима резания и условий внешней среды.

2. Точность расчетов нагруженности и износостойкости дисковых шарошек существенно повышается путем использования математических моделей формирования усилий, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента с учетом реального распределения давления породы по ободу шарошки.

3. Разработанные системы структуризации и идентификации являются основой для конструирования режущих блоков, состоящих из инструмента, резцедержателей и крепежных устройств, для разрушаемых сред с разными физико-техническими свойствами, включающих варианты исполнения резцов, отличающихся размерами, формой и материалом.

4. Создание и совершенствование инструментов должно осуществляться на основе совместного учета предъявляемых эксплуатационных требований, параметров и производительности применяемых машин и характеристик разрушаемости пород и породосодержащих композитов.

5. Эффективное удовлетворение рыночных потребностей в инструментах возможно при использовании в процессе их изготовления разработанных принципов построения массового высокопереналаживаемого производства, включая системы обеспечения требуемых параметров и поддержания стабильности качества выпускаемой продукции.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом лабораторных, стендовых и производственных исследований и испытаний различных типов поворотных резцов и дисковых шарошек на отечественных и зарубежных предприятиях. Расхождение между расчетными и фактическими данными по нагруженности, износостойкости и расходу инструментов не превышает 20%.

Научное значение работы заключается:

в развитии теории создания инструментов для разрушения горных ; пород и породосодержащих композитов путем использования системного подхода, связывающего параметры и конструкции создаваемых инструментов с параметрами и режимами работы машин и физико-техническими свойствами разрушаемых сред;

в установлении основных закономерностей формирования нагрузок, действующих на инструменты, и их износостойкости.

Новые научные результаты:

1. Разработаны научные основы и методология создания и совершенствования режущих блоков для исполнительных органов проходческих комбайнов, машин для послойного фрезерования горных пород и пордосодержащих композитов.

2. Установлены закономерности формирования усилий, действующих на поворотные резцы и лобовые дисковые шарошки, учитывающие геометрию и материал инструмента, физико-технические свойства разрушаемых сред и параметры режима разрушения.

3. Определены критерии и формы износа поворотных резцов, степень влияния основных факторов и условий на интенсивность их изнашивания.

4. Получена расчетная зависимость для определения критической скорости резания пород с различными прочностными и абразивными свойствами при разных соотношениях продолжительности контакта резца с породой и вне его.

5. Разработаны математические модели формирования усилий, интенсивности изнашивания и удельного расхода современных и вновь создаваемых конструкций поворотных резцов.

6. Разработаны математические модели формирования усилий, интенсивности изнашивания и удельного расхода дисковых шарошек для проходческих комбайнов и машин для бурения скважин большого диаметра

7. Установлены закономерности и параметры распределения давления породы по ободу шарошек. Показано, что их максимальные значения наблюдаются в набегающей на забой части обода, а не по вертикальной оси, как считалось по теориям Герца и Буссинеска.

8. Установлены закономерности изнашивания лобовых дисковых шарошек, учитывающие влияние геометрии инструмента, его траектории, физико-технические свойства горных пород и определены рациональные параметры режима разрушения.

Практическое значение работы заключается в разработке:

метода структуризации и идентификации изделий, позволяющего усовершенствовать систему конструирования и массового изготовления режущих инструментов различного технологического назначения;

алгоритмов расчета системы «комбайн-забой» для выбора типа резца применительно к конкретным горно-геологическим условиям и определения энергетических характеристик послойного фрезерования породосодержащих композитов;

рекомендаций по предпочтительным условиям применения твердосплавных вставок разных форм и размеров;

принципов организации массового производства поворотных резцов различного технологического назначения и освоении

многономенклатурного производства режущих инструментов, поставляемых на внутренний рынок и экспорт; .

экспресс-метода для оперативного получения данных об износостойкости дисковых шарошек, изготовленных из разных материалов по разным технологиям;

технического задания на создание унифицированных шарошек для проходческих комбайнов и машин для бурения скважин большого диаметра.

Реализация работы. Результаты исследований и разработок использованы при создании и деятельности под руководством автора фирмы «ПИГМА» и совместного российско-американского предприятия «ПИГМА-Кеннаметал» по конструированию и постановке на производство более 100 патентозащищенных типов поворотных резцов, соответствующих мировому уровню качества, с выпуском до 4,0-4,5 млн. изделий в год.

Результаты исследований дисковых шарошек использованы при создании и изготовлении на опытном производстве СКТБ ФМИ им. Г.В. Карпенко для комбайнов «Союз-19у» комплекса 2КВ-ВР, экспериментального образца комплекса КРТ, буровой машины "Стрела 77" и при эксплуатации машин для бурения скважин большого диаметра L4 и L35.

Апробация работы. Материалы работы на отдельных стадиях ее выполнения с 1983 г. докладывались на научных семинарах в ИГД им.А.А.Скочинского, на научном совете Миннауки РФ "Недра России", технических совещаниях: в АО "Росуголь", производственных угольных объединениях, ГАО "Мосметрострой", со специалистами ряда зарубежных фирм: «Кеннаметал» (США), "Эйкгофф", "Бетек" (Германия), "Фёст Альпине" (Австрия), международных конференциях "Геомеханика" (Чехия) и "Геотехника" (Словакия) и др.

Горные и дорожные резцы экспонировались на Международных выставках "Bauma" в 1996 и 1998 гг. (Германия, Мюнхен), Intermat в 1995 и 1997 гг. (Франция, Париж), "Mining" в 1994 г. (Великобритания, Бирмингем), "Mining Equipment" в 1995 и 1997 гг. (США, Лас-Вегас), в Пекине (1994 г.), Праге (1996 г.), Варшаве (1997 г.), на ежегодной Кузнецкой ярмарке-продаже (Новокузнецк, 1994-1998 гг.), на выставках "Уголь-95" и "Уголь-98" в Донецке, на выставках "ИнтерТЭК" (Москва, 1995-1998 гг.) и ряде других.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных статей и получено 24 авторских свидетельства и патента.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 9 глав, заключения, изложенных на 337 страницах машинописного текста и содержит 90 рисунков, 71 таблицу, список литературы из 132 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В бывшем СССР в области горной науки и техники широкие исследования и разработки вели различные научно-исследовательские и учебные институты (ИГД им.А.А.Скочинского, МГИ, НПИ, ВНИИП, КузПИ и др.), конструкторские организации (Гипроуглемаш, ЦНИИподземмаш, Донгипроуглемаш и др.) и заводы-изготовители (Краснолучский, Копейский, Горловский).

Значительный вклад в горную науку в части исследования процессов механического разрушения угля и горных пород режущими инструментами внесли Л.И. Барон, А.И. Берон, В.А. Бреннер, Л.Б. Глатман, С.Л. Загорский, Л.И. Кантович, Н.Г. Картавый, Ю.Н, Козлов, А.Н. Коршунов, М.Г. Крапивин, В.И. Кругилин, А.Г. Лаптев, Ю.Н. Линник, С.И. Мультанов, В.И.Нестеров , Е.З. Позин, М.М. Протодьяконов, И.А. Свешников, В.И. Солод, Н.И.Сысоев, Я.Л. Цыпин и др.

В результате исследований были разработаны основные положения теории разрушения углей и горных пород неповоротными резцами (радиальными и тангенциальными), созданы инженерные методы расчета параметров и нагруженности таких резцов. Известен ряд исследований, выполненных в основном в ИГД им.А.А.Скочинского, по установлению влияния отдельных факторов и условий на силовые показатели и изнашивание поворотных резцов типа РКС, на основе которых были разработаны методы расчета их нагруженности и износостойкости. Но эти резцы морально устарели. Возникла насущная проблема в создании новых поколений поворотных резцов.

Значительные исследования процесса разрушения горных пород дисковыми шарошками выполнены ИГД им.А.А.Скочинского, Донгипроуглемашем, ЦНИИподземмашем и другими организациями. Однако ряд вопросов, касающихся закономерностей процесса разрушения, установления реального распределения давления на обод шарошки, их динамической нагруженности, требуют дополнительных исследований.

Детальный анализ всех упомянутых исследований приведен в соответствующих разделах диссертации.

Оценивая результаты современного состояния науки в области разрушения горных пород и породосодержащих композитов, появления новых классов машин и инструментов и областей их применения, следует отметить насущную необходимость дальнейшего развития методов расчета нагруженности и износостойкости горных инструментов - поворотных резцов (как наиболее широко применяемых) и дисковых шарошек (как перспективных) различного эксплуатационного назначения применительно к созданию специализированного производства таких изделий в России.

На основе изложенного и сформулированной выше цели диссертации в работе намечены и решены следующие задачи:

1. Исследовать влияние основных факторов и условий на нагруженность поворотных резцов современных и перспективных конструкций.

2. Установить основные закономерности изнашивания поворотных резцов и характерные формы износа.

3. Разработать математические модели формирования усилий, действующих на поворотные резцы, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента.

4. Исследовать нагруженность лобовых дисковых шарошек и основные закономерности их изнашивания.

5. Разработать математические модели формирования усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента.

6. Разработать методы создания и совершенствования разрушающего инструмента различного технологического назначения на основе разработки общих структурных моделей режущих блоков и принципов их построения.

7. Разработать принципы организации и создания современного многономенклатурного производства резцов, режущих блоков и серий инструментов, конкурентоспособных на мировом уровне.

8. Разработать алгоритм расчета систем «машина-забой», обеспечивающих потребителям выбор наиболее эффективных конструкций резцов для разных условий эксплуатации.

До последнего времени определение усилий, действующих на поворотные резцы, производилось по расчетным зависимостям, регламентированным ОСТ 12.44.197-81 «Комбайны проходческие со стреловидным исполнительным органом. Расчет эксплуатационной нагруженности трансмиссии исполнительного органа». Эти зависимости базировались на результатах исследований процесса разрушения пород поворотными резцами типа РКС, которые не учитывали влияние радиуса скругления вершины твердосплавной вставки, хрупко-пластические свойства пород и их трещиноватость, неоптимальность режимов резания и др. Отмеченное обусловило необходимость в разработке уточненной математической модели формирования усилий, действующих на поворотные резцы.

Во-первых, необходимо было уточнить влияние элементов геометрии в более широком диапазоне значений, характерных для существующих и перспективных конструкций поворотных резцов. В процессе обобщения и статистической обработки результатов экспериментов, приведенных в диссертации, получены зависимости для определения поправочных коэффициентов, учитывающих влияние диаметра твердосплавной вставки Ка, угла при ее вершине Ка, радиуса скругления вершины вставки Кг и

угла конусности головки державки Куиа усилия резания и подачи (табл. 1).

Таблица 1

Значения коэффициентов К^, Ка К„ Ку

Параметр геометрии Расчетная зависимость Индекс корреляции Возможный диапазон использования расчетных зависимостей

Диаметр твердосплавной вставки ¡1, мм Кл=0,069с1+ +0,379 0,98 7-30 мм

Угол при вершине вставки а, град Ка=0,00036с?-0,043а+2 0,95 60-110°

Радиус скругления вершины вставки г, мм Кг=0,115г+0,98 0,98 0,2-4,0 мм

Угол конусности головки державки у, град Ку=0,0033у+0,8 0,99 0-80" при 1£ф<2,5

Указанные коэффициенты для инженерных расчетов могут быть объединены одним коэффициентом Кг, суммарно учитывающим влияние всех основных элементов геометрии резца на силовые показатели процесса резания:

Кг=К(1 Ка Кг Ку.

Во-вторых, анализ ранее выполненных исследований процесса резания пород резцами РКС показал существенные расхождения между экспериментальными и расчетными ( по ОСТу) данными при шагах резания г больше или меньше оптимального

Если при /<хот„ оно было относительно небольшим, то при г>г0„т

весьма существенным, так как в этом случае резцы работают в режиме все увеличивающейся степени блокировки,

приближаясь к резанию в щели.

В результате экспериментальных исследований автора установлена необходимость введения в расчеты поправочного коэффициента КоС„ исходя из зависимостей, приведенных на рис.1. Они описываются 1>0 1|5 следующими уравнениями:

Рис.1. Обобщенные зависимости К06=Д1Лопт)

Для t/tonm <1 Коб=1,19 - 0,19t/tom,;

Для tltonm >1 Коб=1,62- l,35(tltcnm) +0,73(t/t0„m)2.

Помимо прочностных свойств пород, существенное влияние на формирование нагрузок оказывают хрупко-пластические свойства и трещиноватость разрушаемой среды, что не было учтено при разработке ОСТа.

Статистическая обработка результатов исследований, выполненных в ИГД им.А.А.Скочинского, МГГУ и за рубежом, позволила установит, расчетные значения коэффициента, учитывающего влияние трещиноватости Ктр и определить наиболее точную зависимость для установления коэффициента Кхт отражающего влияние хрупко-пластических свойств на усилия резания и подачи :

- —; Ктр = -0,0008 п2 -0,0047птр +1, tg<p

где tg<p - показатель хрупко-пластических свойств;

п„,Р - количество трещин на 1 пог.м забоя.

На основе обобщения результатов выполненных исследований получены математические модели формирования усилий резания Pz и подачи Ру, действующих на поворотные резцы при разрушении горных пород:

PZ=19,6 КгКт Ko6 Ктр <f£ (0,25+0,018t h);

РУ=49К,-Кх„ -К0,уКтр-а^(0,25+0,018th)■ ■(0,15+0,0071 k0'4.

В диссертации даны рекомендации по учету изменения усилий, действующих на поворотные резцы в процессе их изнашивания, в зависимости от увеличения угла при вершине твердосплавной вставки.

В процессе эксплуатации резцы выходят из строя из-за поломок твердосплавных вставок, поломок и деформации державок, потерь резцов, но в подавляющем большинстве случаев при нормальных условиях эксплуатации инструменты выходят из строя в результате износа. Это единственная неизбежная естественная причина отработки ресурса инструмента, оцениваемого его удельным расходом (штлг).

В результате анализа отработанных поворотных резцов разных типоразмеров, оснащенных цилиндрическими твердосплавными вставками, были установлены четыре основные формы их износа и определены граничные условия их формирования (рис. 2).

12 3 4

Рис.2. Формы износа поворотных резцов

Характерная особенность первой из них заключается в том, что в процессе разрушения пород практически изнашивается только головка державки, в результате обнажается твердосплавная вставка и после достижения определенной высоты обнажения происходит её поломка. Такая форма износа наиболее характерна при разрушении пород прочностью до 30-40 МПа и абразивностью до 5-6 мг. Вторая форма износа отличается от первой тем, что одновременно изнашиваются и головка державки, и твердосплавная вставка, но интенсивность изнашивания головки державки выше. Разница в интенсивности изнашивания может быть достаточно значимой в зависимости от прочности и абразивности пород. Такая форма износа характерна для широкой гаммы пород по прочности (30-90 МПа) и абразивности (6-20 мг). Особенность третьей формы износа заключается в примерно одинаковой интенсивности изнашивания головки державки и твердосплавной вставки. Эта форма износа наиболее часто встречается при разрушении пород повышенной прочности (>90 МПа) и абразивности (>20 мг). В практике встречается и четвертая форма износа - односторонняя, обусловленная заклиниванием хвостовика резца в отверстии резцедержателя из-за попадания породной мелочи в зазор между стенками отверстия в резцедержателе и хвостовиком или из-за несоблюдения допусков при изготовлении изделий. В результате происходит аварийный выход резца из строя.

В качестве критериев износа нами предлагаются: высота износа головки державки вдоль образующей твердосплавной вставки Ад и высота износа твердосплавной вставки по ее оси Ав. Используя соотношение критериев Ад и Ав< можно дать ориентировочную количественную оценку граничных условий разных форм износа поворотных резцов: при первой форме Аа/Ад<0,05, при второй -0,05<Ав[Ад<0,95, при третьей -Ав/Ад>0,95.

/а г

/

/ 'а »

/

ёЧ>.

*-£*1 —Иг

Процесс изнашивания поворотных резцов является весьма сложным, зависящим от многих факторов и условий, обуславливающих, в конечном счете, возможные сочетания разных механизмов изнашивания: абразивного (микрорезания), усталостного (микрочешуйчатого выкрашивания), адгезионного и др., а также преобладающее влияние одного из них, в большинстве случаев абразивного. При разработке метода расчета износостойкости поворотных резцов в качестве исходной нами принята зависимость величины износа головки державки Ль от длины пути резания Ьс (рис.3). Она состоит из двух участков: первый из них А0-О соответствует длине, пути резания Ь0, на протяжении которого происходит изнашивание торцевого бурта головки державки на всю его ширину. Последующее изнашивание головки державки обуславливает обнажение твердосплавной вставки. Второй участок Д)>0 рассматриваемой зависимости также прямолинеен, но наклонен к оси абсцисс под углом, тангенс которого численно равен интенсивности изнашивания т.е. = Ад/(1с-10).

Одной из основных задач при расчете износостойкости поворотных резцов является определение предельной длины пути инструмента в контакте с разрушаемой средой ХЯ() до выхода его из строя, т.е. до Л„д:

Величина Да при первой и второй формах износа зависит от двух факторов: диаметра твердосплавной вставки с1 и предела прочности породы при одноосном сжатии сгсж.

В результате наших исследований получена следующая зависимость для определения Лпь-

Рис. 3. Зависимость =ЦЬ) при разной абразивности пород а

^(1^+14,5)-^

мм.

При третьей форме износа величина Лпд., при нормальных условиях эксплуатации, равна

Лпд= I -2 , мм, где I - длина цилиндрической части вставки, мм.

Интенсивность изнашивания в значительной степени

определяющая потенциальные возможности инструмента, зависит от многих факторов и условий, которые можно разделить на 3 группы:

характеристики материала, изнашивающего инструмент, т.е. показатели физико-технических свойств пород, обуславливающие их изнашивающую способность;

параметры режима разрушения и условия внешней среды, в которой протекает рассматриваемый процесс;

характеристики физико-технических свойств твердосплавной вставки и головки державки и их параметры.

К числу основных факторов, входящих в первую группу и оказывающих наиболее существенное влияние на интенсивность изнашивания поворотных резцов, относятся прочность и абразивность разрушаемых пород. Выполненный анализ показал, что расчеты, основанные только на показателе абразивности по методу Барона-Кузнецова, могут привести к ошибкам при разрушении пород с невысокой прочностью, так как не в полной мере учитывают прочность закрепления твердых абразивных зерен в массиве. В соответствии с этим в качестве исходной для определения интенсивности изнашивания поворотных резцов предлагается зависимость, установленная в результате исследований процесса разрушения пород резцами с твердосплавной вставкой диаметром 9 мм при /=18 мм, /1=10 мм и скорости резания 1 м/с: ¥¿¡>=0,09 с?'69Ссж0'12, мм/км.

Основными параметрами, характеризующими режим разрушения и условия внешней среды, являются: скорость резания, шаг резания и толщина стружки, подача охлаждающей жидкости в зону резания. Изменение скорости резания в диапазонах, реализуемых в существующих конструкциях проходческих комбайнов, практически не влияет на силовые показатели процесса резания пород, но существенно сказывается на интенсивности изнашивания инструмента. Скорость, при которой начинается резкое повышение интенсивности изнашивания, является критической, а ее превышение приводит к катастрофическому выходу резца из строя. Этот вид изнашивания объясняется тем, что такая скорость движения резца сопровождается повышением температуры в рабочей части твердосплавной вставки и головке державки и, как следствие, снижением их прочности. Величина критической скорости резания поворотных резцов зависит от прочностных и абразивных свойств горных пород, а также от соотношения времени контакта резца с разрушаемым массивом и времени вне контакта (т.е. продолжительности его охлаждения) не учитываемого в ранее выполненных исследованиях. Величины критической скорости для твердосплавной вставки и головки державки не одинаковы и определяются из уравнений:

59 2

Укре= Й"'й • <x°;f ■ (2,46^ It, + 0,4) ' М/С'

Критическая скорость является граничным условием

прямолинейного участка зависимости A=f(v). Влияние скорости резания на интенсивность изнашивания в пределах этого участка учитывается посредством коэффициента Kv, определяемого из уравнений:

Kv=0,24V+0,76 (для продольно-осевых коронок);

Kv=(0,24V+0,76)tptt0 (для поперечно-осевых коронок).

Влияние толщины стружки h и шага резания t на интенсивность изнашивания поворотных резцов обусловлено тем, что те или иные их сочетания определяют размеры породных целиков между соседними линиями резания, а следовательно, и изменение площади контакта рабочей части резца с породой. Поэтому степень влияния / и h на интенсивность изнашивания следует учитывать не раздельно, как это предлагалось в ранее выполненных исследованиях, а исходя из их соотношения, с использованием коэффициента Kl!h.

Исходя из анализа экспериментальных исследований и с учетом рекомендаций ИГД им.А.А.Скочинского по определению оптимального шага резания, предлагается определять коэффициент Kt,h по формуле

Эта зависимость справедлива при t/tonm=l+3.

Основным внешним условием является подача воды в зону взаимодействия инструмента с породой для предотвращения фрикционного искрения. Учет её влияния на интенсивность изнашивания оценивается посредством коэффициента К0 в зависимости от давления р. При р=3,5-4,0 МПа, характерном для отечественных комбайнов, Ко=0,75-0,85, а при р=10-20 МПа (комбайны фирм «Фёст Альпине», «Эйкгофф») Ко=0,55-0,65. Эти значения К0 справедливы при условии, что расход воды составляет не менее 3-4,5 л/мин на один резец.

К третьей группе факторов относятся диаметр твердосплавной вставки и твердость материала державки. С увеличением диаметра твердосплавной вставки, как показано в диссертации, уменьшается интенсивность её изнашивания. Имеющиеся результаты исследований, выполненных в научно-исследовательском центре DMT (Германия), и наши наблюдения позволяют считать, что интенсивность изнашивания уменьшается пропорционально диаметру твердосплавной вставки d, что можно оценить посредством коэффициента К¿:

Влияние твердости головки державки Т (в НИС) следует учитывать коэффициентом Кт:

Кпг-О, ООПТ^+0,066Т+0,55.

С учетом влияния рассмотренных факторов разработана математическая модель интенсивности изнашивания головки державки поворотного резца:

4^=0,09 К,, К1!кК0 Кд Кт а0'69 а^.

Как показали наши исследования, величина Ь0 по сравнению с Ьпд невелика и составляет около 2,3%. Таким образом, с учетом того, что Ь0*2,3% Ь„д:

11,37А,,,

- " кл^к.ку^ ■

Это уравнение позволяет определить предельный путь резца в контакте с породой по фактору износостойкости головки державки, что особенно характерно для первой формы износа. Для второй и третьей форм износа, когда наряду с головкой державки изнашивается и твердосплавная вставка, мы предлагаем определять интенсивность изнашивания последней, исходя из соотношения ¥¿<¡1 Ум в зависимости от показателя абразивности :

д/ Ч'лд—-*-"—' -

0,35агс$(0,32я - 6,18) + 0,49

Эту функцию следует использовать для корректировки результатов расчета Ь„д при второй форме износа, так как она позволяет установить разность между интенсивностью изнашивания головки державки и твердосплавной вставки и внести поправку на увеличение Ь„д, исходя из постоянства Апд. Удельный расход резцов Ъ определяется по формуле:

I---— , шт/м3

¿„¿•'•Л

Что же касается резцов, оснащенных твердосплавными вставками ступенчатой формы, которые в последние годы получают все большее распространение, то их расход в зависимости от абразивности пород меньше, чем резцов с цилиндрическими вставками: при а<6-8 мг- на 30-35%, при 8<д< 12 - на 20-25% и при 12<й<18 мг на -5-10%.

В лучшем случае проходческие комбайны тяжелого типа с высокой энерговооруженностью со стреловидным исполнительным органом, оснащенным поворотными резцами, эффективно применяются при проведении выработок по породам (или с их присечкой) прочностью не более 120 МПа и абразивностью до 25-30 мг. Иная картина наблюдается при проходке тоннелей разного функционального назначения и бурения скважин большого диаметра по породам с повышенной прочностью и

абразивностью. В этих случаях применяются комбайны и машины с роторным исполнительным органом и шарошечным вооружением. Опыт их применения показал, что наиболее перспективными являются лобовые дисковые шарошки.

При изучении процессов разрушения горных пород любыми типами инструментов, в том числе и дисковыми шарошками, важным является вопрос выбора критерия оценки сопротивляемости пород.

В результате наших экспериментальных исследований установлено, что для пород с любыми хрупко-пластическими свойствами целесообразно использовать универсальный метод испытаний на статическое откалывание, обеспечивающий одновременное получение двух характеристик свойств пород: прочностных Ротк и хрупко-пластических Ц<р, причем для лобовых дисковых шарошек показатель Ротк пропорционален усилиям перекатывания Рг и подачи Ру и по точности оценки сопротивляемости пород разрушению не уступает показателю Рк, но может быть определен практически на любых породах.

С целью уточнения влияния параметров режима разрушения исследовалось совместное влияние шага разрушения I и толщины стружки Н на силовые показатели процесса, исходя из относительного шага г '= ///?. Было установлено, что при /' до 7,5 разрушение происходит в установившемся режиме. При г-8-10 наблюдается прерывисто установившийся режим с неравномерностью средних усилий по слоям до 15-20%. Дальнейшее увеличение I приводит к режиму работы в щели с увеличением неравномерности средних усилий по слоям до 100%. Оптимальным с точки зрения удельной энергоемкости является относительный шаг г =8-10 .

Существенное влияние на силовые показатели процесса разрушения оказывают следующие элементы геометрии дисковых шарошек: угол заострения обода у, радиус его скругления р и диаметр шарошки £>. В результате проведенных экспериментальных исследований было установлено, что с увеличением угла у силовые показатели процесса увеличиваются с нарастающей интенсивностью, особенно при у>90°. Это обусловлено увеличением площади контакта обода с разрушаемой средой и ухудшением условий эвакуации продуктов разрушения. Влияние у на усилия перекатывания Р2 и подачи Ру может быть достаточно точно учтено посредством коэффициентов К1у и Кур определяемых из уравнений: К„=1,38-0,013 у+0,00011 '/;

Ку,=1,56-0,021 у+0,0002 /

С увеличением радиуса скругления обода р усилия Р2 и Ру возрастают пропорционально его изменению. Увеличение же диаметра шарошки приводит лишь к росту усилия подачи, а усилие перекатывания остается практически неизменным.

Рекомендуются следующие зависимости для определения коэффициентов К1ур и КуС:

КгуР=0,18р+0,64;

КуО=0,00350+0,48.

В результате выполненных исследований получены математические модели формирования усилий, действующих на дисковые шарошки: Рг= КгуКЛротк(1№Ч1)°'5-2,23)+310], Н; РУ=КВ КууКр(4,62ротк Л (1^-575), Н.

При проведении исследований определялась и динамическая нагруженность дисковых шарошек. В подавляющем большинстве случаев распределение усилий перекатывания и подачи описывается нормальным (или усеченным нормальным) законом. Среднеквадратические отклонения усилий перекатывания Р2 и подачи Ру могут быть определены по формулам:

аг=0,242 Р2+115, Н;

Оу=0,211 Ру+490, Н.

В результате спектрально-корреляционного анализа было установлено, что корреляционные функции усилий имеют экспоненциально-косинусный вид и описываются уравнением

Кф-Де""* +Х>ге-"г* -сое/?,5 ,

где О], Б2- дисперсии, кН2;

аь а2- показатели затухания, м'1; 5- путь шарошки в контакте с породой, м; /^-преобладающая частота, м"1.

Срок службы дисковых шарошек при отсутствии поломок и смятия обода, а также при нормальной работе опорного узла, т.е. факторов, в значительной степени зависящих от конструкции и технологии изготовления, при нормальной эксплуатации в основном определяется интенсивностью их изнашивания. Величина последней зависит от кинематики движения шарошки, параметров режима разрушения, распределения давления по ее ободу и физико-технических свойств разрушаемых пород. В результате анализа кинематики шарошки, приведенного в диссертации, получено обобщенное уравнение для

определения пути трения Бм любой точки обода:

_

Sм=rvJ т](Аг + Вг +Сг +Ог +2О(А5та> + Вс05й>))Л0!),

V1

где: гм - расстояние от точки обода до оси шарошки;

А,В, С,0- безразмерные функции, зависящие от конкретных параметров инструмента; со - угол поворота шарошки относительно оси исполнительного органа.

Расчеты показали, что при одинаковых гм разница путей трения для точек, расположенных на противоположных щечках обода, незначительна и, как правило, не превышает 10-15% пути трения вершины обода.

Исследование процесса изнашивания дисковых шарошек осуществлялось экспериментальным путем на специальных стендах. В качестве основного критерия износа был принят диаметральный износ. В ходе исследований были выявлены основные особенности формообразования обода и установлено, что величина И должна составлять не менее 4-6 мм. При такой подаче силовые показатели процесса в начальной стадии остаются практически неизменными, так как увеличение угла заострения обода сопровождается уменьшением радиуса закругления до 1,5 мм. При последующем увеличении пути перекатывания шарошки угол заострения у продолжает увеличиваться, обуславливая рост усилий, и его влияние следует учитывать коэффициентом Ку.

Величину относи-

в

10

тельного шага разрушения г следует диапазоне который только с удельной процесса,

принимать от 8 до рационален не точки зрения энергоемкости но и с позиций изна-

Эпюра давления Ь=2 мм о- Ротк=130МПа, • - Ротк=385 МПа »-Ротк=520МПа

интенсивности шивания.

Для расчета интенсивности изнашивания шарошки необходимо знать распределение давления разрушаемой породы по ободу. Это было осуществлено посредством специально разработанной конструкции тензометрической (с

оригинальным измерительным элементом) шарошки.

Для всех экспериментально полученных эпюр давления характерно, что их

максимальные значения наблюдаются не на вертикальной оси, как считалось раньше по классическим теориям Герца и Буссинеска, а в набегающей на забой части обода (рис.4). Давление породы испытывают как набегающая, так и сбегающая части обода. Последнее обусловлено в

Рис.4. Эпюры давления породы на обод шарошки

основном упругим последействием породы. Распределение давления по ободу Р(ср) может быть описано полиномом второй степени угла ср, определяющего пространственное положение элемента обода:

P(q})=a0(a1+a29+(,Д

где

ai=<pi<p2 ; а2= - ((pi + c/h) ;

(р-утол, соответствующий набегающей на породу части обода;

% -угол, соответствующий сбегающей с породы части обода;

(p1=arccos(r-h)lr; г- радиус шарошки.

С учетом реального распределения давления по ободу разработана математическая модель интенсивности изнашивания i„ лобовых дисковых шарошек диаметром от 150 до 400 мм;

г0= —(0,83-0,01 HRC) (0,4+0,14k,) Pz. d

где а-показатель абразивности породы, мг.

Для определения удельного расхода дисковых шарошек Z рекомендуется следующая зависимость: Z=ADnped/iDth,

где Юпред - предельно допустимое уменьшение диаметра шарошки, исходя из величины напорного усилия, создаваемого исполнительным органом проходческого комбайна или бурового агрегата.

Для получения наименьших значений удельной энергоемкости процесса разрушения диаметр шарошки D, угол заострения диска и радиус округления вершины обода должны быть минимальными, но не меньше некоторых величин, обусловленных условиями обеспечения прочности инструмента и конструктивными соображениями. В диссертации приведены расчетные зависимости и примеры определения величины допустимых напряжений в материале шарошки под воздействием внешних нагрузок и посадки диска на опору, а также влияние угла приострения /на прочность обода. Даны рекомендации по выбору угла приострения у в зависимости от прочности разрушаемых пород и радиуса скругления вершины обода.

В диссертации приведен разработанный экспресс-метод, использование которого обеспечивает оперативное получение представительных данных об износостойкости дисковых шарошек, изготовленных из различных материалов по различным технологиям.

В результате исследований в диссертации дана оценка возможности и перспективности применения дисковых шарошек на проходческих

комбайнах и буровых агрегатах. Уместно отметить, что в последние годы ряд зарубежных фирм («Wirt», «Robbins» и др) стали разрабатывать конструкции комбайнов со стреловидным или близким к ним исполнительным органом, оснащенным дисковыми шарошками.

Переходя к рассмотрению основ создания и совершенствования поворотных резцов, следует отметить, что методологически на современном этапе развития науки о механическом разрушении горных пород основным понятием следует считать режущий блок. Он включает в себя определенный резцедержатель с соответствующим элементом крепления, сменные резцы различного технологического назначения, каждый из которых может оснащаться несколькими вариантами вставок, охватывающими область применения данного режущего блока по разрушаемости пород и породосодержащих материалов.

Режущие блоки и устанавливаемые в них резцы должны удовлетворять основным технологическим требованиям, обеспечивающим их работоспособность и эффективность:

- режущий блок должен соответствовать исполнительному органу, на котором он применяется, и обеспечивать возможность реализации принятой схемы расстановки резцов;

- применение режущих блоков должно обеспечивать технологически необходимые сечения и толщину стружек, прямо или косвенно определяющие общие основные параметры резцов: конструктивный вылет, сечение державок, длину хвостовика;

- конструкция режущего блока должна исключать трение резцедержателя о массив и переизмельчение отделенных от массива кусков горных пород и материалов резцами и резцедержателями. Исключение переизмельчения поворотными резцами обеспечивается при соотношении между радиальным вылетом резца (1Р) и толщиной стружки h в пределах lp!h=l,l-l,3-,

- должна обеспечиваться необходимая прочность и износостойкость элементов режущего блока с целью достижения безотказной работы резцов при выемке заданного объема породы;

- конструкция режущего блока должна обеспечивать вращение поворотных резцов в процессе эксплуатации.

В результате обобщения преимущественно отечественных исследований, ряд которых выполнен при участии и под руководством автора, при оценке условий применения поворотных резцов на горных машинах приняты следующие характеристики разрушаемости для горных пород: сочетание показателей, характеризующих прочность при одноосном сжатии (осж, МПа), абразивность (а, мг), показатель хрупко-пластичных свойств (tgcp), наличие мелких (более 5%) и крупных (более 1,5%) включений.

Для дорожных машин оценка свойств разрушаемых породосодержащих композитов может производиться по этим же показателям, но она осложняется в силу как существенных различий в компонентах асфальтовых и бетонных покрытий, так и из-за влияния колебаний температуры (нагретый асфальт, мерзлые покрытия и т.д.). В силу этого на практике прибегают к менее точным качественным характеристикам (асфальты и бетоны малой, средней и высокой прочности). Для более точной оценки возможно использовать предложенный нами обобщенный показатель удельной мощности (кВт/см3), затрачиваемой машиной определенного типа на снятие полосы глубиной 10 см.

Общей тенденцией развития горных и дорожных машин является рост их производительности, увеличение рабочих скоростей, распространение на более тяжелые условия по разрушаемое™. Естественно, что развитие режущих блоков и инструментов также идет по пути увеличения их массы и размеров, расширения номенклатуры. Анализ отечественных и зарубежных материалов показал недостаточность параметризации основных и присоединительных размеров для разработки и совершенствования системы проектирования режущих блоков и их элементов. С другой стороны, количество конструктивных вариантов элементов резцов, резцедержателей и режущих блоков настолько велико, что до последнего времени не удавалось выработать какие-либо единые решения. В результате обобщения применительно к выполнению НИОКР и подготовке изделий к производству был предложен следующий методический подход:

а) для рассматриваемых средств разрушения необходимо определять их структуру как совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и сохранение основных потребительских свойств при различных внешних воздействиях;

б) на основе систематизации, включающей раскрытие целостности объекта, выявления многообразия связей в нем и сведения их в единую информационную картину, целесообразно разработать системы кодирования, при которых информация может быть представлена (закодирована) в виде набора их символов для применения при конструировании, изготовлении и использовании продукции;

в) при разработке систем кодирования должна соблюдаться "субординация" документов, которую следует строить в нисходящем расширительном порядке, согласно которому каждый последующий документ должен конкретизировать предыдущий более высокого иерархического уровня.

В результате такого подхода для практического применения в области научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в диссертации приведены разработанные в соответствии со стандартами ISO системы кодирования резцов, резцедержателей и режущих блоков,

предназначенные не только для упорядочения представления информации, но и, главным образом, для оценки отдельных конструкций и определения путей развития инструмента в целом.

Поскольку разработанные системы охватывают не только параметры кодированных изделий, но и определяют виды комплектующих изделий, возможно создание банка последних, а конструирование резцов и резцедержателей в соответствии с кодами вести компьютерным путем, что успешно осуществляется с 1996 г. в СП «ГШГМА-Кеннаметал». Аналогично рассмотренным системам конструктивного кодирования были разработаны системы более высокого иерархического уровня для целей технологии изготовления и потребления, применяемые для идентификации готовой продукции.

С учетом накопленного практического опыта можно указать на некоторые методические тенденции в отечественном и зарубежном конструировании:

а) с позиций предъявляемых технологических требований при проектировании режущей части инструмента практически всегда приходится вести поиск компромиссного решения, обеспечивающего, с одной стороны, эффективное (с наименьшими энергозатратами) разрушение породы, а с другой - необходимую стойкость инструмента. Считается, что резцы для легких условий могут изготовляться с углами резания 70-77°, для средних - 82-90°, а для тяжелых - 95-105°. Практически возможно как изготовление нескольких типоразмеров одного резца, так и создание специальных резцов, например, для добычи каменных солей (70-75°), углей (80-82°) или горных пород (90-105°).

б) для обеспечения минимума энергозатрат конструктивный задний угол должен быть порядка 2-3°, а кинематический не менее 5°;

в) общие современные тенденции сводятся к повышению прочности вставок за счет увеличения диаметров. Основанием для таких решений является то, что энергозатраты обычно возрастают медленнее, чем увеличивается диаметр вставки в месте контакта с разрушаемой породой;

г) эффективность применения разрушающих инструментов в значительной степени обусловлена свойствами и качеством материала, из которого изготовлена режущая вставка. Экспериментальные исследования последних десятилетий по применению твердых сплавов на базе карбидов титана, тантала, бора, алмазных комбинаций и т.д. позволяют утверждать, что вольфрамокобальтовые твердые сплавы на достаточно длительный период останутся главным средством армировки инструмента для горных и дорожных машин.

Поэтому насущной задачей является совершенствование этих сплавов и, главное, обеспечение их стабильного качества. Отечественные сплавы, практически не уступая зарубежным по твердости и статической прочности, значительно отстают от них по структурным характеристикам

и качеству изготовления. Поэтому необходимо разработать и утвердить в отечественной системе стандартизации соответствующие нормативы. В частности, следует регламентировать строгое соблюдение содержания зерен размерами до 20 мкм, 20-40 мкм и более 40 мкм и стремиться к ограничению пористости типом А (до 10 мкм включительно);

е) разработанные на основе настоящих исследований параметры державок поворотных резцов при сохранении заданных нормативов термообработки обеспечивают выполнение этого требования;

ж) проектирование резцедержателей должно быть увязано с конструкцией исполнительного органа. В общем случае резцедержатели разделяют на врезные и располагаемые на поверхности исполнительного органа. С точки зрения повышения надежности целесообразно применение врезных резцедержателей. К сожалению, нагрев и отпуск в процессе сварки исполнительного органа и закаленного резцедержателя серьезно снижают прочность и износостойкость последнего. Выполненные эксперименты по применению низколегированных и термообработанных сталей позволяют сохранить необходимую твердость резцедержателя, в первую очередь его гнезда;

з) самостоятельным и важным направлением является разработка элементов крепления.

Создание резцов и режущих блоков как системы определенных действий, описанных выше, имеет, в конечном счете, целью обеспечение работоспособности и надежности создаваемых изделий. Эта задача в принципе является функцией двух групп факторов - параметров проектирования и технологии изготовления.

Многообразие условий эксплуатации резцовых инструментов по свойствам разрушаемых сред, параметрам машин и исполнительных органов и т.п. предопределяет необходимость типизации их конструкций и рекомендации по их выбору.

Применительно к работе проходческих комбайнов выбор резцов традиционно осуществлялся по диаметру твердосплавной вставки, прочностным и абразивным свойствам горных пород. Результаты проведенных исследований показали необходимость учета также и хрупко-пластинеских свойств пород и наличия (%) в массиве прочных абразивных включений, в том числе их размеры с разделением на мелкие и крупные. Под мелкими мы подразумеваем включения размером до 20-30 мм, т.е. соизмеримые во многих случаях с толщиной стружки. При разрушении пород с Ссж&40 МПа такие включения либо вдавливаются в массив, либо «вырываются» из него. При наличии в массиве менее 5% мелких включений этот фактор почти не влияет на выбор конструкции инструмента. Наличие же в забое крупных включений, особенно когда они в 2-3 раза превышают прочность остальных пород, слагающих забой, существенно увеличивает вероятность поломки инструмента. При

содержании крупных включений более 1,0-1,5% необходимо выбирать инструмент с учетом прочности этих включений.

На основе учета комплекса характеристик свойств пород повышается надежность выбора наиболее эффективного инструмента для конкретных горно-геологических условий, но при этом необходимо учитывать, что инструмент должен применяться на проходческом комбайне с определенными параметрами: мощностью привода исполнительного органа, устойчивым моментом, типом и размерами режущих коронок, параметрами режима резания, которые в совокупности определяют усилия воздействия резцов на массив и требования по их прочности и износостойкости. Только при совместном рассмотрении системы «комбайн-забой» можно с достаточно высокой надежностью выбрать наиболее эффективную конструкцию инструмента. Алгоритм такой системы разработан впервые в рамках настоящей работы. В нем, наряду со средними значениями сгсж и а, предусмотрена необходимость учета их максимальных величин (для расчетов на прочность и определения критической скорости резания), а для хрупко-пластических свойств предусмотрен учет минимальных величин, ограничивающих вписываемость резца в борозду. Реализация алгоритма осуществляется путем выбора твердосплавной вставки, головки державки, хвостовика и в целом типа резца. Компьютерное обеспечение включает рекомендации по расчетному определению усилий, действующих на резцы, их максимальным величинам, устойчивого момента на режущей коронке, числу резцов в контакте с забоем, параметров заходок, и других показателей, предусмотренных системой «комбайн-забой».

В результате исследований, выполненных фирмой «ПИГМА», НПЦ «ПИГМА-Центр» и ИГД им.А.А.Скочинского, разработаны рекомендации по предпочтительным условиям применения твердосплавных вставок разных форм и параметров как с учетом свойств пород , так и мощности привода исполнительного органа проходческих комбайнов.

Применительно же к работе дорожно-фрезерных машин выбор типа резцов осложняется, как отмечалось выше, корректностью оценки физико-технических свойств разрушаемых ими породосодержащих композитных материалов.

Натурные эксперименты, выполненные под нашим руководством при эксплуатации в отечественных условиях машин фирмы «\Virtgen», позволили разработать рекомендации по области применения твердосплавных вставок различных форм, используемых СП «ПИГМА-Кеннаметал».

Алгоритм выбора твердосплавных вставок позволяет по параметрам и конструктивным данным исполнительного органа и устойчивой мощности двигателя определить наибольшие средние нагрузки, приходящиеся на резец. Исходя из этих нагрузок, можно определить

параметры армировки методами прочностных расчетов. Результаты расчетов удельной мощности, затрачиваемой машинами различных типов фирмы «\Virtgen» на снятие полосы с шириной фрезерования на глубину 10 см и подаче на 1 см, показали, что удельная мощность колеблется от 0,09 кВт/см2 у машин малой мощности до 0,225 кВт/см2, т.е. в 2,5 раза, в то время как пределы колебания мощности привода изменяются в 12 раз. Полученные результаты рекомендуется использовать при выборе вставок: при 0,1 кВт/см2 могут применяться вставки 16ЕТ; при 0,1-0,15 кВт/см2 -вставки 16Е; при 0,15-0,2 кВт/см2-вставки 16Р; при >0,2 кВт/см2 - вставки 18К

Объективно сложившаяся политико-экономическая ситуация после распада СССР потребовала создания соответствующего производства в России (в первую очередь резцового).

Анализ рынка потребителей продукции показал первоочередную необходимость создания крупносерийного производства поворотных резцов для различных типов машин, и задача его реализации была поручена Минтопэнерго РФ и компанией «Росуголь» специализированной фирме «ПИГМА», обладавшей к тому времени уникальным опытом разработки конструкций и производства патентозащищенного горнорежущего инструмента.

Результаты проведенных к этому времени собственных исследований в совокупности с работами ведущих научных школ в области исследования процессов разрушения горных пород позволили сформулировать основные принципы построения производства:

- широкая номенклатура изделий, обеспечивающая в конкретных условиях эксплуатации машин максимальное использование их возможностей с точки зрения производительности, надежности и безопасности работы, требований к качеству отбитой горной массы и т.д.;

- конкурентоспособность на мировом уровне, обеспеченная как патентозащищенностью конструкций, так и высокими эксплуатационными показателями изделий, в том числе разработкой и применением специальных сталей, новых твердосплавных материалов, специальной программой обеспечения стабильности качества продукции при крупносерийном производстве;

- унификация изделий внутри номенклатуры по присоединительным размерам (хвостовикам), средствам крепления и возможностям армирования твердосплавными вставками различной конфигурации (создание режущих блоков);

- подбор и создание технологического оборудования и разработка единых технологических процессов для изготовления продукции, различающихся только количественными показателями для различных типов изделий и обеспечение высокой переналаживаемости производства при переходе от одного типа к другому.

Реализация проекта осуществлялась на базе Опытного завода горнопроходческого оборудования (г.Москва), специально приобретенного для этих целей фирмой «ПИГМА». За период 1993-1997 гг. выполнено инженерное и техническое обеспечение создаваемого производства горнорежущего инструмента и горной техники на промплощадке завода.

Создание производства потребовало привлечения фирмой «ПИГМА» собственных и заемных средств, а также иностранных инвестиций. Для этих целей в 1996 г. было создано совместное предприятие с крупнейшим мировым производителем горнорежущего инструмента фирмой «Кеппате1а11пс» (США).

На первом этапе, помимо разработки специальных флюсов и припоев (ноу-хау предприятия), использовались индивидуальные паечные стойки с индукторами соленоидного типа с переменным шагом витков и вертикальной (частично автоматизированной) подачей резцов.

После определения основных температурно-временных

характеристик процессов пайки и термообработки различных типов изделий в США была изготовлена, а в 1997 г. на заводе смонтирована и запущена высокопроизводительная автоматизированная паечная линия с линейной поперечной подачей резцов в индукторы арочного типа и двуступенчатой схемой их нагрева для пайки и термообработки хвостовиков. В результате впервые в России была создана технология изготовления резцов в сочетании с системой обеспечения качества изделий при массовом производстве.

Она позволяет изготовлять резцы номенклатурой более 200 наименований (отечественных и зарубежных) общим объемом до 4,0-4,5 млн. шт./год. Для полноценного технического обеспечения таких объемов выпуска продукции на производстве созданы специальные полностью компьютеризированные конструкторский и технологический отделы. Высокое качество и (при соблюдении корректной ценовой политики) конкурентоспособность резцов обеспечиваются, помимо тщательной отработки и патентной защиты конструкций, системами эксплуатационных и заводских испытаний.

В ходе создания производства особое внимание было уделено созданию программы поддержания стабильного качества изделий. Она включает сквозной полный или периодический входной и выходной контроль не только готовых изделий, но и всех материалов и комплектующих.

Выполнение программы позволяет удерживать уровень выбраковки изделий 0,3-0,8% от объемов партии, при этом до 70% выбракованных изделий допускают переделку и доведение до кондиций.

Важным элементом качества горных резцов является безопасность применения в шахтных условиях. В этом аспекте выпускаемая продукция прошла полноразмерные испытания в Германии (Международный

сертификационный центр ДМТ) и России (Разрешение Госгортехнадзора РФ № 04-35/166 на серийное производство и применение в условиях угольных и сланцевых шахт).

Создание и организация производства ограниченной номенклатуры таких резцов изначально были направлены на оснащение отечественных проходческих комбайнов применительно к горно-геологическим условиям их использования. Хотя лабораторные и стендовые испытания показали несомненные преимущества таких резцов по сравнению с резцами РКС, более представительные результаты могли дать только сравнительные промышленные испытания (табл.2).

Таблица 2

Результаты сравнительных испытаний

Место проведения испытаний Тип комбайна Свойства вмещающих пород Тип резца Наработка на отказ, W7WT (т/шт) Соотношение наработки на отказ новых и базовых резцов

о«„МПа я,ыг Базовый Новый Базовых резцов Новых резцов

Шахта "Абайсхая" 1ГПКС 65 ...7S Н.д. РКС-1И РГ401-12 0,41 ' 3,7 7,87

Шахта"Красноармек екая-Западная №1 4ПП-2 60 ¡2 РКС-2 РГ-501 0,43 1,7 3,95

Шахта "Глубокая" 1ГПКС 25...55 Н.Д. РКС-1 РГ401-12С 11,7 874,5 74,7

Рудник "Интернациональный" НПО "Якута,тмаз" 4ПП-2 До 70 ll,.t ' РКС-2 РГ-2С 1,24 2,66 2,14

Шахта им. А.Ф. Засядько 4ПП-2М До 90 До 16,3 РКС-2 РГ2-18С 1,23 2..63 2,14

Шахта "¿Обилейная" 4ПП-2М 40 ...100 Hi: РКС-2 РГ501-16 РГ50Ы6С 0,16 м 9,37

Шахта им. Е.Т. Абакумова 4ПП-2М До 80 18,3 РКС-2 РГ2-18С 0,7 0,86 1,23

Шахта "Юбилейная" ГШ-68 До 30 Н.д. РКС-2 РГ-501 (43,3") (680-) 15,7

Шахта "Абайская" 1КШЭ 18 Н.д. РКС-2 РГ501-16 (6500 (6400') 9,85

Столь положительные результаты испытаний позволили перейти к расширению номенклатуры выпускаемых резцов, имея в виду возможность их применения на более мощных и энеговооруженных комбайнах, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами. Результаты опытных испытаний, выполненных фирмой «Вестфалия Бекорит» и др., оказались весьма обнадеживающими. Это побудило нас обратиться в научно-исследовательский центр ДМТ (Германия) с просьбой провести независимые сравнительные стендовые испытания по принятой у них методике резца РГ-521 с резцами 10925 (фирма «Коп^гИ») и 1Ш8ЬШ (фирма «ВоаЛ») по разрушению пород с пределом 120 МПа.

Как видно из графиков на рис.5, потеря массы резца и уменьшение диаметра головки державки у резца РГ-521 оказались минимальными.

а

б

Рис.5.

Результаты сравнительных испытаний резцов в DMT (Германия) а- масса резца; б-диаметр головки державки.

В последние годы новые конструкции резцов, созданные СП "ПЙГМА-Кеннаметал", успешно прошли сравнительные испытания с резцами фирм "Kennametal" и "Sandvik" и применяются на комплексе KSM-2000R в весьма сложных условиях на разрезе «Таллинский» в Кузбассе.

В настоящее время фирма «ПИГМА-Кеннаметал» выпускает более 200 типоразмеров резцов, общей производительностью 4,0-4,5 млн. шт. в год и поставляет их на внутренний рынок и экспортирует более чем в 50 стран мира.

Результаты исследований процесса разрушения горных пород дисковыми шарошками были использованы при разработке технического задания и создания унифицированных шарошек (ШУ) для проходческих комбайнов, машин для бурения скважин большого диаметра и восстающих выработок.

Техническое задание на шарошечный инструмент было разработано ИГД им. А.А. Скочинского совместно с ЦНИИподземмашем, Донгипроуглемашем и Физико-механическим институтом им. Г.В. Карпенко Академии наук Украины, а диссертант был одним из ответственных исполнителей работы. Опытная партия дисковых шарошек была изготовлена на опытном производстве СКТБ ФМИ им. Г.В.Карпенко и испытана на проходческом комбайнем «Союз-19у» с роторным исполнительным органом при проходке выработки по породам с пределом

прочности до 100-120 МПа. Их ресурс оказался в 1,6 раза выше, чем у дисковых шарошек, изготовленных Ясиноватским машзаводом.

В силу ряда известных причин работы по созданию и применению в угольной промышленности Украины проходческих комбайнов с роторным исполнительным органом в начале 90-х годов были прекращены, опытное производство СКТБ ФМИ перестроилось на выпуск дисковых шарошек для машин, осуществляющих бурение скважин большого диаметра Л-35 и Л-4 фирмы «Вирт», применяемых в Донбассе. В последние годы на базе упомянутого опытного производства было организовано совместное производство с фирмой «Вирт», которое действует до настоящего времени и поставляет дисковые шарошки типа ШУ для машин, выпускаемых этой фирмой. Нам, в частности, известны результаты весьма успешного применения дисковых шарошек, близких по конструкции ШУ, на комбайне ТВ-И-ЗЗО при проходке туннеля «Брониско» по высокопрочным породам в Словакии в 1987-1988 гг.

Наряду с созданием дисковых шарошек ШУ для проходческих комбайнов с роторным исполнительным органом и буровых машин результаты наших исследований были использованы при создании шарошечного инструмента ШС для гезенко-проходческой машины «Стрела 77».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию и освоению производства инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов, обеспечивающих снижение энергоемкости, повышение износостойкости, взрывобезопасности и производительности комбайнов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной и других отраслях промышленности.

Основные выводы по работе

1. Для повышения точности расчета нагрузок, действующих на поворотные резцы при разрушении пород и породосодержащих композитных материалов, необходимо по сравнению с ОСТ 12.44.197-81 дополнительно учитывать показатели хрупко-пластических свойств пород и. их трещиноватость, параметры режима резания, отличные от их оптимального соотношения, и уточненные значения коэффициентов, определяющих влияние элементов геометрии инструмента на усилия резания и подачи.

Изменение усилий, действующих на поворотные резцы в процессе их изнашивания при прочих равных условиях, следует определять в

зависимости от увеличения угла при вершине твердосплавной вставки по данным, приведенным в работе.

2. В результате исследований и обобщения данных, полученных другими исследователями, установлены закономерности влияния всех основных факторов на силовые показатели при резании горных пород. Разработана математическая модель формирования усилий резания и подачи, действующих на поворотные резцы практически любых типоразмеров как существующих, так и проектируемых конструкций.

3. При эксплуатации инструмента образуются три основных вида износа режущей части, обусловленные разной интенсивностью изнашивания головок державок и твердосплавных вставок, зависящей от абразивных и прочностных свойств разрушаемой среды, соотношения шага резания и толщины стружки, скорости резания, материала инструмента и условий внешней среды (наличие средств естественного охлаждения). В качестве критериев износа рекомендуется высота износа головки державки Ад вдоль образующей цилиндрической вставки по ее продольной оси и высота износа твердосплавной вставки по её продольной оси Ле. Соотношение этих критериев характеризует формы износа: при первой - 4Мэ<0,05, при второй - 0,05</1в/4><0,95 и при третьей -

4. В результате установленных закономерностей влияния физико-технических свойств разрушаемых пород, параметров режима резания, геометрии и материала инструмента и устойчивого момента на валу двигателя на процесс изнашивания разработана математическая модель интенсивности изнашивания поворотных резцов и их удельного расхода при докритической скорости резания.

5. При проектировании режущих коронок и барабанов выбор их параметров и частоты вращения должен производиться с учетом исключения возможности превышения критической скорости резания, обуславливающей резкое повышение интенсивности изнашивания поворотных резцов. Определение величины критической скорости резания следует производить по предложенной в диссертации расчетной зависимости, учитывающей абразивные и прочностные свойства разрушаемой среды и соотношение времени контакта резца с породой и вне его за один оборот коронки.

6. Формирование усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки, определяются сопротивляемостью породы статическому откалыванию, соотношением шага разрушения и толщины стружки, углом при вершине обода, диаметром шарошки (на усилие подачи) и радиусом закругления обода. Впервые установлено, что распределение давления по ободу шарошки имеет параболический характер. Максимальное давление испытывает его набегающая часть. Разработана математическая модель формирования нагрузок, действующих на лобовые дисковые шарошки.

7. Интенсивность изнашивания лобовых дисковых шарошек прямо пропорциональна абразивности горных пород, усилию перекатывания и обратно пропорциональна диаметру шарошки. С увеличением величины подачи и уменьшением твердости материала обода интенсивность изнашивания возрастает. В результате установления закономерностей влияния этих факторов разработана математическая модель интенсивности изнашивания и удельного расхода лобовых дисковых шарошек.

8. Выбор конструкции и параметров горных резцов для конкретных условий их применения, обеспечивающих, в конечном счете, минимально возможные удельную энергоемкость процесса разрушения и удельный расход инструмента, следует производить, исходя как из физико-технических характеристик породного массива (прочностных, абразивных и хрупко-пластических свойств, наличия, размеров и процентного содержания твердых включений), так и из технических параметров проходческого комбайна (мощности привода исполнительного органа, размеров режущих коронок и частоты их вращения, типа резцедержателя), в соответствии с разработанным алгоритмом системы "комбайн-забой". Разработаны рекомендации по предпочтительным характеристикам свойств пород и мощности привода исполнительного органа для применения твердосплавных вставок разных форм и размеров как основного элемента поворотного резца.

9. Определение усилий, действующих на поворотные резцы, и удельной энергоемкости процесса разрушения породосодержащих композитных материалов машинами для послойного фрезерования следует производить в соответствии с разработанным алгоритмом и компьютерными программами, на основе которых рассчитывается производительность машин при разных параметрах режима резания. Разработаны рекомендации по выбору форм и параметров твердосплавных вставок для разных условий применения машин послойного фрезерования.

10. Конструирование инструмента следует производить в соответствии с определенными в работе технологическими требованиями и разработанными системами структуризации и идентификации резцов, резцедержателей и режущих блоков, обеспечивающими сравнительную оценку конструкций, определение путей их совершенствования и идентификацию потребительских качеств готовой продукции.

11. Обобщены методы расчета режущих блоков и резцов на прочность и создано компьютерное обеспечение проведения таких расчетов на стадии проектирования. Разработаны и внедрены стандарты предприятия, регламентирующие способы и методики заводских испытаний готовой продукции, создана система обеспечения стабильности качества выпускаемой продукции при массовом производстве. Это позволило создать впервые в России современное специализированное многономенклатурное серийное производство резцов и режущих блоков

производительностью 4,0-4,5 млн. изделий в год, которые по качеству и эксплуатационным характеристикам не уступают лучшим образцам ведущих зарубежных фирм. Выпускаемая продукция поставляется в основные угольные бассейны РФ и экспортируется более чем в 50 стран мира.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Влияние элементов геометрии поворотных резцов на силовые показатели процесса резания горных пород //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М.,1998. - Вып. №1. - С. 54-71 (соавторы Л.Б. Глатман, Ю.Н. Козлов).

2. Расчет износостойкости поворотных резцов при работе проходческих комбайнов //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М., 1998. - Вып. №1. - С .110-128.

3. Выбор рациональных конструкций поворотных резцов для разных горно-геологических условий //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М., 1998. - Вып. №1. - С. 129-142.

4. Систематизация, идентификация и кодирование инструмента //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ.-М., 1998. -Вып. №1.- С. 30-53 (соавтор С.И. Мультанов).

5. Определение давления породы на обод лобовой дисковой шарошки //Науч. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1983. - Вып. 215,- С. 2528.

6. Общие вопросы создания и совершенствования режущих блоков для горных и дорожных машин //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М., 1998. - Вып. №1. - С .6-29 (соавтор Е.З.Позин).

7. К определению пути трения для лобовой дисковой шарошки //Науч.сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1981. - Вып. 197. - С.45-49.

8. Об изнашивании лобовых дисковых шарошек проходческих комбайнов //Науч. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1981. Вып. 202. - С. 83-87.

9. Сопротивляемость статическому откалыванию как критерий разрушаемости горных пород лобовыми дисковыми шарошками //Научн. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1982. - Вып. 207. - С.43-46.

10. Динамическая нагруженность лобовых дисковых шарошек //Научн. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1983. - Вып. 216. - С.13-16.

11. Методика расчета износостойкости лобовых дисковых шарошек проходческих комбайнов. - М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1983. -7 с. (соавторы Л.Б. Глатман, С.Л. Загорский).

12. Определение вариации усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки //Конструкция и эксплуатация оборудования /Сер.2. Горное

оборудование, вып.12. Машины и оборудование для горных работ. - М., 1983.- С. 4-5.

13. К повышению прочности обода дисковых шарошек // Разработка и опытное применение новых типов горнорежущего и горнобурового инструмента. - Киев, 1983 . - С.23-24.

14. Метод расчета нагруженности лобовых дисковых шарошек проходческих комбайнов. //Механизация горных работ на угольных шахтах/Сб. ТулПИ - Тула, 1984. - С.114-116.

15. Измерительный шарошечный инструмент //Конструирование и эксплуатация оборудования /Сер.2. Горное оборудование, вып. 11 Совершенствование средств механизации проведения горных выработок. -М., 1985. - С.25-28 (соавторы С.И. Мультанов, Е.Д. Трубицын).

16. Исследование влияния конусности забоя на нагруженность резцового инструмента барабанных исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия // Процессы и средства разрушения угля и горных пород : Науч. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1987. - С.25-29 (соавторы С.И. Мультанов, Я.Б. Гитман, H.H. Свиридова).

17. Исследования износостойкости дисковых шарошек, армированных релитом // Механизация горных работ: Сб. научн, трудов / ТулПИ. - Тула, 1988. С.44-46. (соавторы C.JI. Загорский, Я.Б.Гитман, Г.Б.Кибардина).

18. Методика расчета проходческих комбайнов с роторным исполнительным органом. Выбор спектров эксплуатационной нагруженности трансмиссии.-Донецк: Донгипроуглемаш, 1988. -81 с. (соавторы A.M. Левин, Е.Д. Трубицын, В.А. Дейниченко и др.).

19. Основные аспекты создания новых поколений поворотных резцов для разрушения горных пород //Горный вестник / Ин-т горн. дела. - М„ 1993 - Вып. №2. - С.54-60 (соавторы Л.Б. Глатман, С.И. Мультанов).

20. Увеличение эффективности процесса резания горных пород круглыми резцами // Международная конференция «Geomechanics 95» Ostrava. -Чехия, 1995.- С.97-98 (соавторы Л.Б. Глатман, С.И. Мультанов).

21. Совершенствование инженерных методов расчета нагружения и определение рациональных режимов работы поворотных резцов для проходческих комбайнов // Международная конференция «Geomechanics 97» Podbanske. -Словакия, 1997. - С. 122-123. (соавторы С.И. Мультанов, Л.Б. Глатман).

22. Об опыте применения KSM-2000R в экстремальных условиях горного производства // «Глюкауф» / «БергИнфо», - М.,1998 .-Спецвыпуск №4. - С.45-48 (соавторы Г.Л. Краснянский, Р.М.Штейнцайг и др.).

23. Формирование усилий на поворотных резцах при неоптимальных параметрах режима разрушения горных пород //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М., 1998. - Вып. №1. -С.72-80.

24. Анализ и оценка влияния основных факторов и условий на износ поворотных резцов при работе проходческих комбайнов //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М., J 998. -Вып. №1. -С.81-109 (соавтор Л.Б. Глатман).

25. Опыт создания, изготовления и эксплуатации инструмента дорожнофрезерных машин. //Сборник научных трудов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. - М„ 1998. -Вып. №1. - С.142-164.

26. Метод расчета усилий, действующих на поворотные резцы при разрушении горных пород / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. -М., 1998. -5 с. (соавторы Л.Б. Глатман, С.И. Мультанов, Н.Л. Серова).

27. Метод расчета износостойкости и удельного расхода резцов при работе проходческих комбайнов / НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ. -М.,1998. -11 с. (соавторы Л.Б. Глатман, С.И. Мультанов, Н.Л. Серова).

28. Создание режущего инструмента для экскавационных машин типа «SURFACE MINER» // Научно-специализированный журнал «Открытые горные работы» / АГН. - М., 1999. -Пилотный номер. - С.43-45 (соавторы С.И. Мультанов, Т.Е. Удачина).

29. A.c. №1093806 СССР. Измерительный шарошечный инструмент / соавторы Л.Б. Глатман, С.И. Мультанов, Е.Д. Трубицын - Опубл. в Б. И., 1984, №19.

30. A.c. №1456557 СССР. Инструмент для определения рациональных параметров разрушения горных пород /соавторы Л.Б. Глатман, Я.Б. Гитман и др. - Опубл. в Б.И., 1989, №5.

31. A.c. №1627642 СССР. Шарошка породоразрушающего инструмента /соавторы Л.Б. Глатман, С.И.Кантор и др. -Опубл. в Б.И., 1991, №6.

32. A.c. №1609996 СССР. Породоразрушающий инструмент/соавторы Я.Б. Гитман, Л.Б. Глатман, С.И. Кантор и др. -Опубл. в Б.И., 1990, №44.

33. Патент РФ №2002050. Исполнительный орган горной машины /соавторы Ю.А. Гриневицкий , В.Д. Шульц -Опубл. в Б.И., 1993, №39-40.

34. Патент РФ №2052099 Инструмент для разрушения твердого материала /соавторы Ю.А. Гриневицкий ,В.Д. Шульц и др. -Опубл. в Б.И., 1996, №1.

35. Патент РФ №2092693 Инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов /соавторы Л.Б. Глатман, Ю.А. Гриневицкий, Ю.Н. Козлов -Опубл. в Б.И.,1997, №28.

36. Патент РФ №2086763 Инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов /соавторы Л.Б. Глатман, Ю.А. Гриневицкий, Ю.Н. Козлов -Опубл. в Б.И.1997, №22.

37. Патент РФ №2092694. Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов / соавторы Л.Б. Глатман, Ю.А. Гриневицкий, Ю.Н. Козлов -Опубл. в Б.И., 1997, №28.

38. Патент РФ №2098624. Твердосплавная вставка для породо-разрушающего инструмента / соавторы Г.И. Бешенков, Л.Б. Глатман и др. -Опубл. в Б.И. 1997, №34.

39. Патент США №5702160. Инструмент для разрушения твердого материала / соавторы Ю.А. Гриневицкий, В.Д. Щульц, Ю.В. Александров - Опубл. в Official Gazette, 30.12.97.

Введение. Состояние вопроса.

1. Общая характеристика работы

2. Основные закономерности процесса взаимодействия поворотных резцов с разрушаемой средой

2.1. Основные сведения о процессе

2.2. Влияние физико-технических свойств разрушаемых сред на силовые показатели процесса

2.3. Элементы геометрии поворотных резцов и их влияние на характеристики процесса взаимодействия инструмента с разрушаемой средой . .

2.4. Формирование усилий, действующих на поворотные резцы, при неоптимальных параметрах режима резания

2.5. Влияние углов установки поворотных резцов на силовые показатели процесса резания и интенсивность их вращения

2.6. Выводы

3. Исследование процесса изнашивания поворотных резцов

3.1. Физические особенности процесса изнашивания, формы и критерии износа.

3.2. Влияние физико-технических свойств пород на интенсивность изнашивания поворотных резцов

3.3. Установление корреляционных связей между характеристиками абразивности, применяемыми в РФ и за рубежом

3.4. Влияние параметров режима резания на интенсивность изнашивания

3.5. Влияние материала и геометрии инструмента на интенсивность изнашивания

3.6. Влияние внешних условий на интенсивность изнашивания.

3.7. Выводы

4. Разработка математических моделей формирования усилий, действующих на поворотные резцы, интенсивности их изнашивания и удельного расхода

4.1. Математическая модель формирования усилий, действующих на поворотные резцы

4.2. Математические модели интенсивности изнашивания и удельного расхода поворотных резцов

4.3. Примеры расчета износостойкости и удельного расхода резцов при работе проходческих комбайнов

1ГПКС и 4ПП-2М.

4.4. Выводы

5. Основы создания и совершенствования режущих инструментов для горных, дорожных, траншейных машин и агрегатов для послойной выемки на открытых горных работах

5.1. Анализ конструкций и параметров поворотных резцов, выпускаемых зарубежными фирмами для проходческих и очистных комбайнов

5.2. Анализ конструкций и параметров поворотных резцов, выпускаемых зарубежными фирмами для дорожно-фрезерных машин

5.3. Систематизация, идентификация и кодирование резцов и режущих блоков.

5.4. Технологические требования и проектирование режущих блоков и их элементов

5.5. Выбор рациональных конструкций поворотных резцов для разрушения горных пород и композитных материалов с разными физико-техническими свойствами

5.6. Выводы

6. Основные закономерности процесса взаимодействия лобовых дисковых шарошек с разрушаемой средой.

6.1. Исходные положения

6.2. Выбор критерия оценки сопротивляемости пород разрушению дисковыми шарошками и установление влияния параметров режима разрушения на силовые показатели процесса

6.3. Влияние элементов геометрии дисковых шарошек на формирование усилий перекатывания и подачи

6.4. Динамическая нагруженность шарошек

6.5. Выводы

7. Исследование процесса изнашивания дисковых шарошек

7.1. Кинематика шарошки

7.2. Изнашивание шарошек при криволинейном движении

7.3. Изнашивание шарошки при малом относительном шаге

7.4. Экспресс-метод определения износостойкости дисковых шарошек.

7.5. Выводы

8. Разработка математических моделей формирования усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки, интенсивность их изнашивания и удельного расхода

8.1. Математическая модель формирования усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки

8.2. Математические модели интенсивности изнашивания и удельного расхода лобовых дисковых шарошек.

8.3. Выводы.

9. Реализация результатов исследований

9.1. Организация современного многономенклатурного серийного производства поворотных резцов и режущих блоков

9.2. Результаты промышленных и стендовых испытаний поворотных резцов, изготовленных фирмой «ПИГМА»

9.3. Рекомендации по выбору оптимальных конструктивных и технологических параметров режущих дисков

9.4. Разработка типоразмерного ряда шарошек и опорных узлов типа ШУ и организация их производства.

9.5. Выводы.

Вашему вниманию предлагается диссертационная работа, посвященная исследованию, созданию и освоению серийного производства поворотных резцов и дисковых шарошек. Выбор именно этих двух видов инструмента не случаен, а продиктован следующими соображениями. Как известно, поворотные резцы и дисковые шарошки по своей конструкции существенно различны. Неодинакова и область их применения. Так, поворотными резцами в настоящее время оснащены практически все проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом, применяемые в угольной промышленности при проведении горных выработок смешанным забоем с присечкой пород прочностью до 120-140 МПа и показателем абразивности до 30 мг или при проходке по породам с пределом прочности до 100 МПа и показателем абразивности до 2025 мг. Ими же оснащаются машины для послойного фрезерования на открытых работах, машины для ремонта дорожных покрытий и очистные комбайны при разрушении пластов сложного строения. Дисковые шарошки применяются на комбайнах с роторным исполнительным органом при проходке тоннелей, строительстве метрополитенов и бурении скважин большого диаметра в тех условиях, когда применение режущего инструмента экономически не эффективно, а именно: при разрушении пород с повышенной прочностью (до 200 МПа) и абразивностью (до 40.50 мг). Иными словами, один из инструментов охватывает нижний диапазон возможного применения механического способа разрушения, а второй - верхний.

Несмотря на существенные отличия в конструкции и области применения инструментов, основой процесса разрушения поворотными резцами и дисковыми шарошками является метод вдавливания в разрушаемую среду и, как следствие, сопротивляемость разрушению наиболее точно оценивается одними и теми же показателями физико-технических свойств пород. Примерно одинаковые формы борозд, образуемые в забое. На эффективность процесса разрушения и износостойкость поворотных резцов и дисковых шарошек, в основном, оказывают влияние одни и те же факторы: прочность и абразивность разрушаемой среды, материал, геометрия инструмента, параметры режима разрушения.

В бывшем СССР исследованием и созданием режущего инструмента занимались научно-исследовательские и учебные институты (ИГД им.А.А.Скочинского, МГИ, НПИ, КузПИ и др.), конструкторские организации (Гипроуглемаш, ЦНИИподземмаш и др.) и заводы-изготовители (Краснолучский, Копейский, Горловский).

Значительный вклад в горную науку в части исследования процессов механического разрушения угля и горных пород режущими инструментами внесли Барон Л.И., Берон А.И., Бреннер В.А., Глатман Л.Б., Загорский С.Л., Кантович Л.И., Картавый Н.Г., Козлов Ю.Н., Коршунов А.Н., Крапивин М.Г., Крутилин В.И., Лаптев А.Г., Линник Ю.Н., Мультанов С.И., Нестеров В.И, Позин Е.З., Протодьяконов М.М., Свешников И.А., Солод В.И., Сысоев Н.И., Цыпин Я.Л. и др.

В результате исследований этих ученых и организаций были разработаны основные положения'теории разрушения угля и горных пород неповоротными (радиальными и тангенциальными) резцами, созданы инженерные методы расчета параметров и нагруженности таких резцов применительно к работе очистных и проходческих комбайнов.

Первый поворотный резец РКС-1 был создан в 1975 г. Копейским машзаводом совместно с ИГД им.А.А.Скочинского и ЦНИИПодземмашем и предназначался для оснащения проходческих комбайнов ПК-3 и ГПК, составляющих основу парка проходческих комбайнов в угольной промышленности РФ. В последующие годы были созданы резцы РКС-2 и РКС-3. Резцы типа РКС оснащены, соответственно, твердосплавными вставками 9; 12 и 16 мм. Державки диаметром 25, 32 и 38 мм имели круглую форму с конусной вершиной. Применение резцов типа РКС-1, взамен применявшихся ранее И-90 и И-79МБ, позволило сократить удельный расход инструмента в 2-3 раза.

Первые исследования процесса разрушения пород такими резцами проводились почти одновременно с началом их промышленного производства, в основном, в ИГД им.А.А.Скочинского, а затем и в Новочеркасском политехническом институте.

Эти исследования были направлены на решение следующих основных задач:

- определение рациональных углов атаки и разворота резца относительно вектора скорости;

- определение влияния параметров режима резания (толщины стружки и шага резания) на силовые характеристики процесса;

- установление влияния геометрии твердосплавной вставки и головки державки на усилия резания и подачи;

- разработка метода расчета усилий, действующих на поворотные резцы;

- установление форм износа и метода расчета износостойкости.

Установлены закономерности изменения усилий резания и подачи от шага резания и толщины стружки. Были получены значения поправочных коэффициентов, учитывающие влияние угла резания (угла приострения вставки) и диаметра вставки (от 9 до 16 мм), трех форм вставок (конической, биконической, пирамидальной) и двух форм вершин головок державок (конической и биконической).

На основе этих исследованйй были выведены формулы для определения усилий резания Р2 и подачи Ру, вошедшие в состав ОСТа 12.44.197-81.

Р2=рк[1,5-Кф-Кф-К(1-Ка(0,25+0,018-1-к)+0,1Е], Н

Ру=рк[1,5КфКфКй-Ка (0,25+0,0184*0+0,Щх(0,15+0,0005бРк)^,Я п ' где, рк - контактная прочность породы к, МПа

Кф,; Кф; Ка; К а - коэффициенты, учитывающие, соответственно, влияние форм головки твердосплавной вставки, вершины головки державки, диаметра вставки, угла резания (угла при вершине твердосплавной вставки);

I - шаг резания, мм; к - толщины стружки, мм; - проекция площадки затупления резца по задней грани на плоскость резания мм2.

По мере накопления опыта применения поворотных резцов типа РКС стало очевидным, что в ряде случаев результаты расчетов существенно отличаются от экспериментальных данных.

Анализ показал, что в первую очередь формулы не учитывают хрупко-пластические свойства породы, параметры режима резания, отличающиеся от оптимальных. Неправомерна оценка степени затупления резца размером проекции площадки затупления на плоскость резания, т.к. она технически не может быть измерена. Более того, вообще из формул не следует о какой площадке износа идет речь - головки вставки или головки державки. Следует также отметить, что приведенные выше формулы вообще не учитывают величину радиуса скругления вершины вставки.

Как отмечалось выше, в начале 80-х годов за рубежом, а позднее у нас в стране появились новые конструкции поворотных резцов с державками ступенчатой формы и с упором в торец резцедержателя, оснащенные твердосплавными вставками значительно больших диаметров и головками новых форм.

Таким образом, возникла насущная проблема разработки математической модели формирования усилий, действующих на поворотные резцы не только существующих, но и на создаваемых, перспективных конструкций.

При проведении исследований процесса взаимодействия поворотных резцов типа РКС с разрушаемой средой изучались также закономерности их изнашивания, и были разработаны два разных метода расчета износостойкости. Не останавливаясь на них подробно, так как они изложены в соответствующем разделе диссертации, отметим лишь, что "оба они правомерны только для резцов с одинаковым диаметром головок державки. Применение их для резцов нового типа со ступенчатыми державками не представляется возможным, основная причина - неудачный выбор критериев износа, принятый исследователями. Длина и высота фаски износа головки державки не позволяют определить величину оголения твердосплавной вставки, в том числе и ее предельное значение.

Эти методы правомерны только для одной формы износа, характерной для разрушения пород ниже средней прочности и с невысокой абразивностью. Следовательно, не может быть речи об усовершенствовании упомянутых методов расчета. Требовался новый метод, основанный на других критериях износа и правомерный для всех форм износа резцов при нормальных условиях их эксплуатации.

Особо следует подчеркнуть, что до последнего времени не было систематизации, идентификации и кодирования резцов и режущих блоков, нет достаточно обоснованных технических требований, предъявляемых к ним и нет предложений по выбору рациональных геометрических параметров инструмента. Отсутствуют также рекомендации по выбору рациональных конструкций поворотных резцов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов с разными физико-техническими свойствами применительно к комбайнам и машинам с разной энерговооруженностью, что создает определенные трудности для потребителей.

Одним из наиболее эффективных инструментов для разрушения горных пород с высокой прочностью и абразивностью являются дисковые шарошки. Но они также успешно применяются при проходке выработок с пересечением пластов пород, характеризующихся существенно разной прочностью и абразивностью. Известны даже попытки их применения на очистных комбайнах.

Исследованием и созданием проходческих комбайнов, оснащенных дисковыми шарошками, занимались ИГД им.А.А.Скочинского, ЦНИИподземмаш, Донгипроуглемаш, Ясиноватский машзавод, НПИ, КузПИ, МГИ и другие организации и предприятия.

Исследованию процесса разрушения пород дисковыми шарошками посвящены труды Барона Л.И., Деркача К.Ф., Дейниченко В.А., Загорского С.Л., Иверовского E.H., Карюка Г.Г., Козлова Ю.Н., Крапивина М.Г., Кутеко B.C., Лаптева А.Г., Левина A.M., Михайлова В.Г., Мельникова Н.И., Полуянского С.А., Фишмана И.Л., Храпова Ю.Г. и многих других отечественных и зарубежных ученых. Диапазон их исследований был достаточно широк, хотя ряд ученых посвящали свои труды изучению одного и того же вопроса. У некоторых результаты совпадали, у других были существенные расхождения. Более детально на тех и других, наиболее интересных в аспекте данной работы, мы остановимся в соответствующих разделах диссертации.

Очерчивая в разделах данной диссертационной работы круг вопросов, посвященных лобовым дисковым шарошкам, мы сосредоточили свое внимание как на спорных моментах, так и на требующих дополнительного изучения, а их немало. Например, не определен наиболее предпочтительный (по точности и области возможного применения) критерий оценки сопротивляемости пород разрушению дисковыми шарошками, нет достаточно достоверных данных о распределении давления породы по ободу диска, без которых практически невозможно разработать достаточно представительный метод расчета износостойкости инструмента. Недостаточно изучены вопросы влияния геометрии шарошек и их износа на силовые показатели процесса разрушения. Да и сами закономерности изнашивания изучались без учета влияния параметров режима разрушения.

Особенно следует подчеркнуть недостаточную степень изученности динамической нагруженности дисковых шарошек. Перечень подобных "белых пятен" можно было бы продолжить, но, как будет показано ниже, наиболее значимые из них, оказывающие влияние на основные закономерности процесса разрушения пород лобовыми дисковыми шарошками, мы постарались устранить, проведя соответствующие экспериментальные исследования.

Анализ всех упомянутых исследований приведен в соответствующих разделах диссертации.

Оценивая результаты современного состояния науки в области разрушения горных пород и породосодержащих композитов, появление новых классов машин и инструментов и областей их применения, следует отметить насущную необходимость дальнейшего развития методов расчета нагруженности и износостойкости горных инструментов-поворотных резцов (как наиболее широко применимых) и дисковых шарошек (как перспективных) различного эксплуатационного назначения применительно к созданию специализированного производства таких изделий в России.

Исходя из изложенного, основной целью работы является: разработка научных основ и' создание новых конструкций инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов, обеспечивающих снижение энергоемкости, повышение износостойкости, взрывобезопасности, производительности комбайнов (машин) и расширение области их применения. Для её достижения были намечены и решены следующие задачи:

1. Исследовать влияние основных факторов и условий на нагруженность поворотных резцов современных и перспективных конструкций.

2. Установить основные закономерности изнашивания поворотных резцов и характерные формы износа.

3. Разработать математические модели формирования усилий, действующих на поворотные резцы, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента.

4. Исследовать нагруженность лобовых дисковых шарошек и основные закономерности их изнашивания.

5. Разработать математические модели формирования усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки, интенсивности изнашивания и удельного расхода инструмента.

6. Разработать методы создания и совершенствования разрушающего инструмента различного технологического назначения на основе разработки общих структурных моделей режущих блоков и принципов их построения.

7. Разработать принципы организации и создания современного многономенклатурного производства резцов, режущих блоков и серий инструментов, конкурентоспособных на мировом уровне.

8. Разработать алгоритм расчета систем "машина-забой", обеспечивающих потребителям выбор наиболее эффективных конструкций резцов для разных условий эксплуатации.

В работе основное внимание уделено вопросам исследования и создания нового поколения поворотных резцов и дисковых шарошек для разрушения-горных пород при работе проходческих комбайнов.

Это обусловлено рядом причин. Во-первых, во многих случаях это весьма прочная и наиболее абразивная из всех разрушаемых сред в аспекте рассматриваемого вопроса, во-вторых, процесс разрушения углей неповоротными (радиальными и тангенциальными) резцами изучен достаточно полно и для повышения эффективности их применения необходимо совершенствование технологии * и создание соответствующей производственной базы для изготовления. В-третьих, есть большой зарубежный опыт создания и производства дорожных резцов.

В процессе выполнения работы мы исходили из того, что создание эффективных средств разрушения охватывает комплекс работ, включающий:

- исследования по установлению основных закономерностей процесса разрушения, определение рациональных параметров инструмента, режимов разрушения и условий применения, математических моделей формирования усилий, действующих на инструмент, его износостойкости и удельного расхода;

- опытно-конструкторские работы по созданию и совершенствованию инструмента, включая разработку нормативной документации;

- разработку технологии и выбор или, в случае необходимости, создание оборудования для освоения производства;

- систематизацию, идентификацию и кодирование инструмента. Следует отметить, что при изучении основных закономерностей взаимодействия поворотных резцов и дисковых шарошек с горными породами и породосодержащими композитами использовалась единая методология исследований. Её особенностями являются: оценка сопротивляемости разрушению пород широко опробированными методами определения горно-технологических показателей: контактной прочности, сопротивляемости статическому откалыванию, пределу прочности при одноосном сжатии, показателям хрупко-пластических свойств; совместное изучение сопротивляемости породы и закономерностей её разрушения; последовательная качественная и количественная оценка влияющих факторов и условий.

12

В качестве основного метода исследований принят экспериментально-статистический, предусматривающий обработку экспериментальных данных методами математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились как в лабораторных условиях на специально оборудованных стендах на базе продольно-строгального и бандажно-расточного станков, оснащенных тензоизмерительной аппаратурой, так и в производственных условиях на отечественных проходческих и очистных комбайнах, машинах для послойного фрезерования на открытых горных работах и при ремонте дорожных покрытий.

Проверка разработок новых конструкций поворотных резцов была осуществлена за рубежом на комбайнах фирм «Eickhoff», «Westfalia Becorit» и др, а также в центральном научно-исследовательском центре ДМТ (Германия).

Всего в процессе исследований было выполнено более 8 тысяч опытов по разрушению горных пород и породосодержащих композитов.

Решению задач данной работы посвящены исследования автора, выполнявшиеся в течение 20 лет, вначале в ИГД им. A.A. Скочинского (1979-1989 г.г.) и в МГП, ООО «ПИГМА» (1990-1999

Г.Г.).

Диссертационная работа состоит из 9 разделов, в которых автор стремился осветить основные стороны рассматриваемых вопросов и обобщить не только свои исследования, но и данные отечественных и зарубежных работ.

Автор глубоко признателен докторам технических наук Глатману Л.Б., Мультанову С.И., Позину Е.З., кандидатам технических наук Балдину A.B., Загорскому C.JL, Гитману Я.Б., Кибардиной Г.Б., Серовой H.JL, Трубицыну Е.Д., инж. Хохлову A.JI. за сотрудничество и товарищескую помощь в процессе выполнения работы.

Основные выводы по работе

1. Для повышения точности расчета нагрузок, действующих на поворотные резцы при разрушении пород и породосодержащих композитных материалов, необходимо по сравнению с ОСТ 12.44.197-81 дополнительно учитывать показатели хрупко-пластических свойств пород и их трещиноватость, параметры режима резания, отличные от их оптимального соотношения, и уточненные значения коэффициентов, определяющих влияние элементов геометрии инструмента на усилия резания и подачи.

Изменение усилий, действующих на поворотные резцы в процессе их изнашивания при прочих равных условиях, следует определять в зависимости от увеличения угла при вершине твердосплавной вставки по данным, приведенным в работе.

2. В результате исследований и обобщения данных, полученных другими исследователями, установлены закономерности влияния всех основных факторов на силовые показатели при резании горных пород. Разработана математическая модель формирования усилий резания и подачи, действующих на поворотные резцы практически любых типоразмеров как существующих, так и проектируемых конструкций.

3. При эксплуатации инструмента образуются три основных вида износа режущей части, обусловленные разной интенсивностью изнашивания головок державок и твердосплавных вставок, зависящей от абразивных и прочностных свойств разрушаемой среды, соотношения шага резания и толщины стружки, скорости резания, материала инструмента и условий внешней среды (наличие средств естественного охлаждения). В качестве критериев износа рекомендуется высота износа головки державки Ад вдоль образующей цилиндрической вставки по ее продольной оси и высота износа твердосплавной вставки по её продольной оси Лв. Соотношение этих критериев характеризует формы износа: при первой - Д/Д.)<0,05, при второй - 0,05<4/Д><0,95 и при третьей -4/4^0,95.

4. В результате установленных закономерностей влияния физико-технических свойств разрушаемых пород, параметров режима резания, геометрии и материала инструмента и устойчивого момента на валу двигателя на процесс изнашивания разработана математическая модель интенсивности изнашивания поворотных резцов и их удельного расхода при докритической скорости резания.

5. При проектировании режущих коронок и барабанов выбор их параметров и частоты вращения должен производиться с учетом исключения возможности превышения критической скорости резания, обуславливающей резкое повышение интенсивности изнашивания поворотных резцов. Определение величины критической скорости резания следует производить по предложенной в диссертации расчетной зависимости, учитывающей абразивные и прочностные свойства разрушаемой среды и соотношение времени контакта резца с породой и вне его за один оборот коронки.

6. Формирование усилий, действующих на лобовые дисковые шарошки, определяются сопротивляемостью породы статическому откалыванию, соотношением шага разрушения и толщины стружки, углом при вершине обода, диаметром шарошки (на усилие подачи) и радиусом закругления обода. Впервые установлено, что распределение давления по ободу шарошки имеет параболический характер. Максимальное давление испытывает его набегающая часть. Разработана математическая модель формирования нагрузок, действующих на лобовые дисковые шарошки.

7. Интенсивность изнашивания лобовых дисковых шарошек прямо пропорциональна абразивности горных пород, усилию перекатывания и обратно пропорциональна диаметру шарошки. С увеличением величины подачи и уменьшением твердости материала обода интенсивность изнашивания возрастает. В результате установления закономерностей влияния этих факторов разработана математическая модель интенсивности изнашивания и удельного расхода лобовых дисковых шарошек.

8. Выбор конструкции и параметров горных резцов для конкретных условий их применения, обеспечивающих, в конечном счете, минимально возможные удельную энергоемкость процесса разрушения и удельный расход инструмента, следует производить, исходя как из физико-технических характеристик породного массива (прочностных, абразивных и хрупко-пластических свойств, наличия, размеров и процентного содержания твердых включений), так и из технических параметров проходческого комбайна (мощности привода исполнительного органа, размеров режущих коронок и частоты их вращения, типа резцедержателя), в соответствии с разработанным алгоритмом системы "комбайн-забой". Разработаны рекомендации по предпочтительным характеристикам свойств пород и мощности привода исполнительного органа для применения твердосплавных вставок разных форм и размеров как основного элемента поворотного резца.

9. Определение усилий, действующих на поворотные резцы, и удельной энергоемкости процесса разрушения породосодержащих композитных материалов машинами для послойного фрезерования следует производить в соответствии с разработанным алгоритмом и компьютерными программами, на основе которых рассчитывается производительность машин при разных параметрах режима резания. Разработаны рекомендации по выбору форм и параметров твердосплавных вставок для разных условий применения машин послойного фрезерования.

10. Конструирование инструмента следует производить в соответствии с определенными в работе технологическими требованиями и разработанными системами структуризации и идентификации резцов, резцедержателей и режущих блоков, обеспечивающими сравнительную оценку конструкций, определение путей их совершенствования и идентификацию потребительских качеств готовой продукции.

11. Обобщены методы расчета режущих блоков и резцов на прочность и создано компьютерное обеспечение проведения таких расчетов на стадии проектирования. Разработаны и внедрены стандарты предприятия, регламентирующие способы и методики заводских испытаний готовой продукции, создана система обеспечения стабильности качества выпускаемой продукции при массовом производстве. Это позволило создать впервые в России современное специализированное многономенклатурное серийное производство резцов и режущих блоков производительностью 4,04,5 млн. изделий в год, которые по качеству и эксплуатационным характеристикам не уступают лучшим образцам ведущих зарубежных фирм. Выпускаемая продукция поставляется в основные угольные бассейны РФ и экспортируется более чем в 50 стран мира.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию и освоению производства инструментов для разрушения горных пород и породосодержащих композитов, обеспечивающих снижение энергоемкости, повышение износостойкости, взрывобезопасности и производительности комбайнов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной и других отраслях промышленности. ,

1. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. - М.: Наука, 1967. - 215 с.

2. Крапивин М.Г. Горные инструменты. М.: Недра, 1979. - 214 с.

3. Позин Е.З., Меламед В.З., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами. М.: Недра, 1984. - 284 с.

4. ГОСТ 21153.2-75. Породы горные. Метод определения предела прочности при одноосном сжатии. М., 1982. - 35 с.

5. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. М., 1982. - 9 с.

6. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Контактная прочность горных пород. -М.: Недра, 1966.-227 с.

7. ГОСТ Р 50834-95. Породы горные. Метод определения контактной прочности. -М.: Изд-во стандартов, 1996. 9 с.

8. Барон Л.И., Глатман Л.Б., Яшина Л.С. Методика испытаний горных пород на статическое откалывание. М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1980. - 6 с.

9. Глатман Л.Б., Кекелидзе З.Ш., Яшина Л.С. Определение усилий, действующих на поворотные резцы // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1980. - Вып. 191. - С. 85-90.

10. Ю.Нистратова Е.Л. О корреляции показателя контактной прочности с другими характеристиками свойств горных пород // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1998. -Вып. 310.-С. 82-92.

11. И.Шимацек Ю., Кнац X. Влияние структуры горных пород на скорость резания и износ резцов проходческих комбайнов // Глюкауф. 1970. - № 6. С. 26-30.

12. Бекер Г., Леммес Ф., Шоммер М. Исследование физико-механических свойств горных пород с целью совершенствования режущего инструмента проходческих комбайнов // Глюкауф. -1984. -№ 5. С. 3-9.

13. Манзрт У., Герхард X., Бельман А. Оптимизация с помощью ЭВМ работы резцовых коронок проходческих комбайнов избирательного действия // Глюкауф.-1993. № 1А. - С. 86-92.

14. Барон Л.И. Горнотехнологическое породоведение. М.: Наука, 1977.-232 с.

15. Яшина Л.С. Влияние хрупко-пластических свойств пород на усилие резания // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1998. - Вып. 310. - С. 74-81.

16. Мельников А.Н., Нистратова E.JI. Моделирование трещиноватости горных пород применительно к разрушению их резцовым инструментом //Разрушение углей и горных пород: Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им. A.A. Скочинского. М., 1989. -С. 76-80.

17. Федунец Б.И. Технология проведения горных выработок в крепких породах комбайнами. М., МГИ, 1988. 106 с.

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

19. Кекелидзе З.Ш. Определение рациональных геометрических параметров и углов установки поворотных резцов для проходческих комбайнов: Дисс.канд.техн.наук. Тбилиси: ТЛИ,-1981.-103 с.

20. Разработка метода расчета усилий, действующих на резцы с новыми формами твердосплавных вставок и программы расчета на ЭВМ: Отчет ИГД им.А.А.Скочинского, № гос. регистрации 01920014884. -М., 1994. 59 с.

21. Цыпин Я.Л. Исследование нагрузок на поворотных резцах исполнительных органов очистных угольных комбайнов и разработка методики их расчета: Дисс. .канд.техн.наук -М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1986. 270 с.

22. Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами. М.: Наука, 1972. - 238 с.

23. Крыловский И.Л. Исследование зависимости усилий на торцевых резцах от диаметра режущей части. Деп. в ЦНИЭИуголь, №5279, 5.05.91.

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

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

26. Яшина Л.С., Букчин С.Г. Влияние хрупко-пластических свойств горных пород на сопротивляемость разрушению резцовым инструментом // Науч. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского.-М., 1989.

27. Чавчанидзе К.Г. Разработка методов расчета износостойкости и нагруженности поворотных резцов проходческих комбайнов: Дисс. канд.техн.наук. Тбилиси: ТПИ, - 1989. - 240 с.

28. Свиридова H.H. Установление рациональных параметров барабанных исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия: Дисс.канд.техн.наук.- М.: ИГД им. A.A. Скочинского.-1990.-198 с/

29. Крыловский И. Л. Обоснование и выбор параметров коронок и резцов исполнительных органов проходческих комбайнов: Автореф. дис. канд.техн.наук. -М.: МГТУ. -1992.-17 с.

30. Козлов Ю.Н., Курбатов В.М., Кекелидзе З.Ш. Исследование геометрии и параметров установки поворотных резцов //Научн. сообщ./Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1980. -Вып. 190.-С. 10-15.

31. Цыпин Я.Л. Выбор рациональных углов разворота поворотного резца РКС-1 при разрушении угольного массива //Научн. сообщ./ Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. -М., 1982. Вып. 207. -С. 14-21.

32. Коняшин Ю.Г., Кравцов А.И. Определение рациональных углов расстановки поворотных резцов РКС //Науч. сообщ. /Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1986. - Вып. 249. - С. 712.

33. Книссель В., Визе Ф. Возможности улучшения процесса отделения материала от массива режущими головками проходческих комбайнов избирательного действия // Глюкауф. -1981,-№21.-С. 10-17.

34. Frenyo P., Lange W. Die Auslegung von Schneidkopfen fiiroptimale L Seleistung 11 Glückauf. -1993.-№37. C.524-532

35. Курбатов B.M. Нацвлишвили В.З. Исследование износа резцов РКС-1 //Науч. сообщ. /Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. -М., 1979.-Вып. 178.-С. 7-11

36. Wingquist С., Hanson В., Roepke W., Myren Т. Berau of Mines Report of investigations // United States Departamen of the interior. -1985-17 c.

37. Курбатов В.М., Нацвлишвили В.З. Исследование износа резцов РКС-1 //Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. -М., 1979. Вып. 178.-С. 7-11.

38. Глатман Л.Б., Козлов Ю.Н., Курбатов В.М., Нацвлишвили В.З. Влияние параметров режима резания и износа поворотных резцовна силовые показатели процесса разрушения горных пород //

39. Научн. сообщ. /Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1980.1. Вып. 189. -С. 15-19.

40. Нацвлишвили В.З. Установление нагрузок на поворотных резцах в процессе их изнашивания при работе проходческих комбайнов: Автореф. дис. канд.техн.наук. Тбилиси: ТПИ, -1989. - 24 с.

41. Чавчанидзе К.Г. Разработка методов расчета износостойкости и нагруженности поворотных резцов проходческих комбайнов: Автореф. дис. канд.техн.наук. Тбилиси: ТПИ, -1989. - 24 с.

42. Барон Л.И., Глатман Л.Б. Износ инструмента при резании горных пород. -М.: Недра, 1969. 256 с.

43. Крапивин М.Г., Раков И.Я., Сысоев Н.И. Горные инструменты. М.: Недра, 1960.-168 с.

44. Барон Л.И., Кузнецов A.B. Абразивность горных пород при добывании. М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 167 с.

45. Френко П., Ланге В. Определение параметров режущих исполнительных органов для оптимальной производительности отбойки // Глюкауф. 1994. - № 1. - С. 17-23.

46. Глатман Л.Б., Яшина Л. С., Букчин С.Г. Определение оптимального шага резания горных пород // Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1985 - Вып.240. -С.6-10.

47. Глатман Л.Б., Яшина Л.С. Определение хрупкопластических свойств горных пород методом статического откалывания // Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1981- Вып.197. -С.12-17.

48. Яшина Л.С.- Исследование и разработка способа испытания горных пород на статическое откалывание: Автореф. дисс. канд.техн.наук. М.: ИГД им. A.A. Скочинского. -1980. 16 с.

49. Гитман Я.Б. Установление рациональной скорости перемещения резцового и шарошечного инструмента проходческих комбайнов при разрушении горных пород: Автореф. дисс. канд.техн.наук.-М: ИГД им. A.A. Скочинского. -1990. -16 с.

50. Больдт Г. Опыт эксплуатации сверхтяжелых проходческих комбайнов избирательного действия для проходки полевых выработок // Глюкауф. 1989. - № 9/10. - С. 28-34.

51. Driesch S., Kleinert H.-W., Haart I. Neue Werkstoffe als Schneideinsatz im Meissel ffl Teilschnitt-Vortriebsmaschinen// Gl 0kauf Forschungshefte.-1991 .-№3 .-S. 89-94

52. Применение проходческих комбайнов избирательного действия для трудноразрушаемых пород : Доклад на семинаре фирмы «Фёст Альпине».- М., 1992.

53. Дриш С. Исследования по выбору конических резцов и экономической скорости резания для проходческих комбайнов избирательного действия // Глюкауф. 1992. - № 5. - С. 91-97.

54. Глатман Л.Б., Леванковский И.А., Мультанов С.И. Определение критической скорости резания горных пород поворотными резцами // Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. -М., 1994. Вып. 300. - С. 149-155.

55. Клейнерт Х.-В. Состояние технологии разрушения пород исполнительными органами комбайнов избирательного действия //Глюкауф, 1989.-№ 15/16.-С. 25-31.

56. Дриш С., Кляйнерт Х.-В., Хаф Е. Новые материалы режущих вставок резцов проходческих комбайнов избирательного действия // Глюкауф. 1992. - № 5. - С. 85-90.

57. Авторское свидетельство СССР № 1102936 на изобретение Породоразрушающий инструмент // Гершович Г.А., Глатман Л.Б., Козлов Ю.Н., Курбатов В.М., Скуров А.Г., Мастюкин В.А., Чавчанидзе К.Г. -Опубликовано 30.03.89. Бюлл. изобр. № 12. -1983.

58. Патент РФ № 2120034 на изобретение Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента // Леванковский И.А., Мультанов С.И., Шульц В.Д., Толстов A.B., Глатман Л.Б., Козлов Ю.Н. -Бюлл. изобр. № 28,- 1998.

59. Жабин А.Б. Разрушение крепких горных пород гидромеханическими резцами проходческих комбайнов: Автореф. диес. докт.техн.наук. Тула: ТулГПУ, -1995. - 32 с.

60. Вальтер Н., Коллинг П., Хеммер В., Леммес Ф. Ф. Эжекторное орошение или орошение траектории резания для борьбы с пылью в зоне исполнительных органов шнековых комбайнов // Глюкауф. -1992.-№5.-С. 26-29.

61. Метод расчета усилий, действующих на поворотные резцы при разрушении горных пород. -М.: НПЦ <<1ШПУА-ЦЕНТР>>1. АГН РФ , 1998. - 5 с.

62. Метод расчета износостойкости и удельного расхода резцов при работе проходческих комбайнов. -М.: НПЦ «ПИГМА-ЦЕНТР» АГН РФ, 1998.-12 с.бб.Зайков В.И., Берлявских Г.П. Эксплуатация горных машин и оборудования. -М.: Изд-во МГТУ, 1997. 105 с.

63. Глатман Л.Б., Леванковский И.А., Мультанов С.И. Основные аспекты создания новых поколений поворотных резцов для разрушения горных пород // Горный вестник. М., -1993. - № 2. -С. 54-60.

64. Дриш С., Кляйнерт Х.-В. Повышение экономической эффективности комбайновой проходки // Глюкауф. 1994. - № 4. - С. 39-42.

65. Шленгер X. Обзор презентации машин фирмы «Вирт» // Глюкауф. 1991-1992 гг. - № 7. - С. 91-95.

66. Больдт Г. Вехи развития техники и технологии горных работ на страницах журнала «Глюкауф» // Глюкауф. 1989. - № 1/2. - С. 4-24.

67. Безгубов А.П. Установление рациональных параметров процесса разрушения горных пород дисковыми шарошками в уступном забое: Дисс.-. канд.техн.наук. -М.: ИГД им. A.A. Скочинского.-1982. 16 с.

68. Разрушение горных пород проходческими комбайнами // Разрушение тангенциальными инструментами. Под. ред. Барона Л.И. М.: Наука, 1973.- 172 с.

69. Барон Л.Т., Глатман Л.Б., Загорский С.Л. Разрушение горных пород проходческими комбайнами, разрушение шарошками. -М.: Наука, 1969.- 151 с.

70. Загорский С.Л. Влияние механических свойств пород на сопротивляемость разрушению дисковыми шарошками // Технология добычи угля подземным способом. -М.: Недра, 1968. -№3,-С. 48-53.

71. Евстешин М.П. Установление рациональных форм комбинированного вооружения штыревых шарошек и их нагруженности при работе проходческих машин для проведения воостающих выработок: Автореф. дисс. канд.техн.наук. -М.: ИГД им. A.A. Скочинского. -1990. -14 с.

72. Ильницкая Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С. и др. Свойства горных пород.-М.: Недра, 1969.-392 с.

73. Барон Л.И. О показателе динамической контактной пластичности горных пород // В кн.: Разрушение горных пород шарошечным инструментом. -М.: Наука, 1966. С. 5-18.

74. Московченко Ю.В. Исследование режимов разрушения горных пород стреловидными исполнительными органами проходческих комбайнов, оснащенных дисковыми шарошками: Автореф: дисс. канд.техн.наук. -Новочеркасск, 1977. 19 с.

75. Деркач К.Ф. Исследование работы дисковых шарошек для проходческих комбайнов: Автореф. дис.канд.техн.наук. -Новочеркасск, НПИ, 1969. 18 с.

76. Глатман Л.Б., Козлов Ю.Н. Выбор критериев оценки сопротивляемости пород разрушению дисковыми и диско-штыревыми шарошками //Шахтное строительство 1972. № 4. -С. 18-19.

77. Вдовиченко В.П. Исследование некоторых показателей процесса разрушения крепких горных пород дисковыми шарошками // В кн. «Механизация добычи железных руд подземным способом» -Киев.: Наукова думка, 1980. С. 86-90.

78. Загорский С.Л. Разрушение горных пород дисковыми шарошками // В кн. «Разрушение горных пород механическими способами» -М.: Наука, 1966. С. 100-116.

79. Загорский С.Л. Исследование влияния геометрии дисковой шарошки и режима разрушения на силовые показатели процесса // Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1971.-Вып. 84. - С. 151-156.

80. Деркач К.Ф., Ангелов., Крапивин М.Г. Результаты исследования разрушения песчаников дисковыми шарошками / /Горныемашины и автоматика. М.: Недра, 1967 - Вып. 3 (84). - С. 21- 24.

81. Крапивин М.Г., Деркач К.Ф., Коженцев Ю.Т. Особенности работы и износа дисковых шарошек для проходческих комбайнов // Тр. Новочеркасского политехнического института. -Новочеркасск, 1970. Т. 218. - С. 83-101.

82. Деркач К.Ф., Крапивин М.Г., Михайлов М.Г. К расчету определения усилий при разрушении горных пород дисковыми шарошками // Уголь Украины. 1969. - № 11. - С. 37-38.

83. Комаров A.C. Результаты исследования разрушения горных пород дисковыми шарошками // В кн.: Механизация горнопроходческих работ. -М.: ЦНИИПодземмаш. 1974. Вып. 10.-С. 99-113.

84. Фишман И.Д. Исследование разрушения горных пород дисковыми шарошками применительно к созданию тоннелепроходческих комбайнов: Автореф. дис. канд.техн.наук, М., 1974. - 16 с.

85. Фишман И. Д. Дисковые шарошки тоннелепроходческих комбайнов //Метрострой.-М., 1972. № 3. С. 6-7.

86. Загорский C.JI. О влиянии диаметра дисковой шарошки на прочность ее обода // Научн. сообщ. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1970. - Вып. 70. - С. 99-104.

87. Дубский Г.С., Заметайло В.В., Линенко Ю.П. Исследование напряженного состояния рабочей части клиновых катков // В кн. Горный породоразрушающий инструмент. Киев. ¡Техника, 1969.-С. 105-110.

88. Карюк Г.Г., Дубский Г.С., Заметайло В.В., Линенко Ю.П., Суплин Ю.Г. Исследование напряжений в породе и клиньях поляризационно-оптическим методом // В кн. Горный породоразрушающий инструмент. Киев.: Техника, 1966. - С. 82-88.

89. Tokaoka S., Hayamizu., Misawa S. Studies on the fracture of rock by rotary cutters. Pt. I. Rock fracturing by disc cutter // Huxoh kore kaücu. I. of the Mining and Metallurg Institute of Japan, 1968,84,-№960.-p.427-432.

90. Загорский С.Л. Самозатачивание клиновых роликов при разрушении горных пород // Науч.тр. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского, 1963. Вып. 21. С. 151-158.

91. Кутеко B.C. Исследование прочности и износостойкости дисковых шарошек для проходческих комбайнов. Автореф: дис. канд.техн.наук. -Кривой Рог, 1967. 26 с.

92. Дубский Г.С., Вировец Л.Н., Линенко Ю.П. Исследование усилий на клиновом катке в зависимости от схем разрушения ирежимов работы // В кн.: Горный породоразрушающий инструмент.- Киев.: Техника, 1969. С. 94-101.

93. Фишман И.Д., Крапивин М.Г., Мельников И.И., Ангелов С.И. Исследование работы дисковых шарошек на криволинейных траекториях // Горные машины и автоматика. -М., 1972. № 5. С. 16-17.

94. Васильченко В.К. Определение пути точки на боковой поверхности дисковой шарошки при трении о горную породу // Научн. сообщ./ Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М., 1973.-Вып. 113.-С. 145-148.

95. Маньковский Г.И., Швец В.В., Мартынюк Г.К. Аналитические исследования взаимодействия шарошечного инструмента с породой. М., ИГД им.А.А.Скочинского. 1964. - 42 с.

96. Шамансуров И.И., Стеклянов Б.Л. Кинематика шарошечных долот. Ташкент: Изд-во ФАН Узбекской ССР, 1977. 103 с.

97. Форсайт Дж., Малькольн М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Map, 1980. 279 с.

98. Леванковский И.А. К определению пути трения лобовой дисковой шарошки // Научн. сообщ. / ИГД им.А.А.Скочинского. -М., 1981.-Вып. 197.-С. 45-49.

99. Кибардина Г.Б. О выборе метода определения износостойкости дисковых шарошек // Прогрессивная технология, комплексная механизация и автоматизация проведения горных выработок: Научн. сообщ. / ИГД им.А.А.Скочинского. -М., 1984. Вып. 232. -С. 16-20.

100. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970.-215 с.

101. Дейниченко В.А., Левин A.M., Шептева Л.М. Определение силовых параметров разрушения пород дисковым шарошечным инструментом // Уголь. -1983. № 2. С. 35-36.

102. Определение рациональных режимов разрушения пород крепостью до 14 и абразивностью до 65 мг шарошечным инструментом для исполнительных органов комбайнов сплошного действия. :Отчет ИГД им.А.А.Скочинского. № гос. регистрации 01827042885.-М., 1982. 56 с.

103. ОСТ 12.44.268-85. Комбайны проходческие буровые. Определение параметров и сил резания на исполнительныхорганах, оснащенных дисковыми шарошками. Методика. -М., 1985.-112 с.

104. Леванковский И.А. Разработка методов расчета нагруженности и износостойкости лобовых дисковых шарошек проходческими комбайнами: Автореф. дис. канд.техн.наук. -М.: ИГД им.А.А.Скочинского. -1983. 16 с.

105. Загорский С.Л. Распределение давления по ободу дисковых шарошек // Науч.тр./ ИГД им.А.А.Скочинского. -М., 1967. Вып. 34.-С. 93-96.

106. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

107. A.C. 1093806 СССР. Измерительный шарошечный инструмент / Леванковский И.А., Глатман Л.Б., Мультанов С.И., Трубицын Е.Д. Опубл. в Б.И., № 19. -1984.

108. Леванковский И.А. Об изнашивании лобовых дисковых шарошек проходческих комбайнов // Науч.тр. / Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. М.Д982. -Вып. 212. - С. 28-31.

109. Мультанов С.И. Установление рациональных параметров геометрии и режима работы штыревых шарошек проходческих комбайнов: Автореф. дисс. канд.техн.наук -М.: ИГД им. A.A. Скочинского. -1981. 15 с. f

110. Загорский С.Л., Безгубов А.П. Влияние разворота тангенциальной дисковой шарошки на ее изнашивание // Науч.тр. / ИГД им.А.А.Скочинского. -М., 1980. -Вып. 190. С. 25-28.

111. Крагельский И.В. Трение и износ. -М.: Машиностроение, 1968. -480 с.

112. Давиденков H.H. Избранные труды //Т.1. Динамическая прочность и хрупкость металлов. -Киев.: Наукова думка, 1981. -704 с.

113. Барон Л.И. Характеристики трения горных пород. -М.: Наука, 1967.-208 с.

114. Untersuchungsbericht №262/93 Vergleichende Untersuchung von zwei russischen Kegelmeißeln (Fa. Pigma) und einem deutschen Standardmeissel für Schneidköpfe von Teilschnitt -Vortriebsmaschinen. -Essen, DMT,-1993.-23 s.

115. Verschleißprüfung an Rundschaftmeißeln.- Essen.: ДМТ, 1994.-28 s.

116. Леванковский И.А., Литвак Г.А. Выбор материала и разработка технологии изготовления державок поворотных резцов методом холодной высадки //Сборник науч. трудов / НПЦ «ПИГМА-Центр» АГН РФ. -М., 1998. Вып. 2. - С. 56-64.

117. Краснянский Г.Л., Штейнцейг P.M., Леванковский И.А., Кузнецов А.Г., Визер В. Об опыте применения KSM-2000R в экстремальных условиях горного производства // Глюкауф. -1998, -спецвыпуск (4). С. 45-48.

118. Загорский С.Л. О выборе материала для изготовления дисковых шарошек // В кн.: Разрушение горных пород шарошечным инструментом. -М.: Наука, 1966. С. 116-128.

119. Kruppa V.Hjpotheses, Models, and Thlories and Verifcation Thereof in full profile Driving. Sumaij jf thr Thesin Towards hte Degree of Doctor of technical Science.- Cosice.,1998.-C.47.