автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров и критериев взаимодействия системы "горные породы - горные машины"

рГо ОД

г г т да л

На правах рукописи ПЕРВОВ Константин Михайлович

УДК 622.23.054.54

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И КРИТЕРИЕВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ «ГОРНЫЕ ПОРОДЫ - ГОРНЫЕ МАШИНЫ»

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный консультант

профессор, докт. техн. наук, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации КАНТОВИЧ Л. И.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, профессор ГЛАТМАН Л. Б., докт. техн. наук, профессор РАДКЕВИЧ Я- М., докт. техн. наук, профессор УШАКОВ Л. С.

Ведущее предприятие: Подмосковный научио-исследова-тельский и проектио-конструкторский угольный институт ОАО «ПНИУИ».

Защита состоится « ¿5. » . . 2000 г.

в ./¿><^,час. на заседании диссертационного совета Д-053.12.04 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, г. Москва, В-49, Ленинский пр-кт, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

.СУШ,

Автореферат разослан « .С/ . » . с-г . 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного сорета

канд. техн. наук, профессор Е. Е. ШЕШКО

№1-1)0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Система ведения горных работ включает в себя две взаимодействующие подсистемы: естественную, собственно представляющую внешнюю среду - горные породы в условиях их естественного залегания, и искусственную, созданную человеком и представленную в виде различных машин и механизмов.

Эффективность такого взаимодействия зависит от того, насколько параметры машин и механизмов соответствуют физико-техническим параметрам внешней среды, и в первую очередь это относится к породоразрушакяцим органам выемочных и проходческих машин,технико-экономические показатели работы которых находятся в течение нескольких последних десятилетий на весьма низком уровне.

Однако,известные в настоящее время физико-механические параметры торных пород,определенные в условиях одноосного напряженного состояния, не могут быть, каждый в отдельности, критерием и мерой разрушаемости горных пород,т.к. не учитывают объемность напряженного состояния в зоне работы исполнительного органа. Существующие же показатели свойств горных пород (сопротивляемость резанию, контактная прочность, скорость бурения и т.п.) являются по сути технологическими пробами и в неполной мере учитывают физические свойства внешней среды.

Поэтому в дальнейшем необходимо рабочий орган и разрушаемый массив рассматривать как единую систему, а для этого нужно обосновать новые физические критерии их взаимодействия, которые бы дали возможность однозначно оценить эффективность работы выемочных машин на стадии проектирования и на этой основе наметить пути их совершенствования. Поэтому работа,посвященная выбору и обоснованию физико-технических параметров и критериев взаимодействия системы "горные породы - горные машины",позволяющих добиться существенного улучшения технико-эксплуатационных показателей за счет выбора эффективных схем и технических средств разрушения забоя,обеспечивающих минимум энергозатрат и более высокую эффективносить в эксплуатации,является актуальной.

Работа выполнялась в рамках отраслевого плана ИГД им. A.A. Скочинского по проблеме ПО 1 i 1 Министерства угольной промышленности СССР (Постановление ЦК КПСС и СМ от 23 сентября 1981 г. № 939), "Разработать и освоить принципиально новые способы и средства разрушения горных пород, создать на их основе технологические процессы , инструмент и рабочие органы горных

машин , повышающие производительность очистного и проходческого оборудования в 2-3 раза по сравнению с уровнем 1980 года, достигнутого в аналогичных условиях";

Темы ПУ-7 "Разработка научных основ создания автоматизированных горных агрегатов и комплексов" (номер государственной регистрации 055127):

темы ПУ-7-23 "Создать и освоить автоматизированный струговый агрегат типа Ф-1 для выемки пластов угля мощностью 1,6-2,25 м. с углами падения до 18° производительностью 6000-7500 т/сутки" (номер государственной регистрации 78002879) в рамках научно-технической программы 0.05.03, утвержденной совместным Постановлением ГКНТ СССР и Госплана СССР № 472/248 от 12.12.1080 г.; научно-исследовательской работы № 417-1/88-90 "Исследования механического способа разрушения породы высокой категории плотности при внешнем давлении", выполняемой в рамках НИР "Исследования по созданию технических средств разрушения горной породы высокой категории плотности при внешнем давлении" (Приказ Минтяжмаша СССР № 34 от 19.03.1985 г.).

Цель работы. Разработка, выбор и обоснование физико-технических параметров и критериев системы "внешняя среда (горные породы)-горные машины", однозначно оценивающих процесс взаимодействия с разрушаемым массивом и позволяющих выбрать наиболее эффективные схемы и средства разрушения горных пород.

Идея работы. Идея работы состоит в том, что рабочие органы горных машин и разрушаемый массив рассматриваются как единая система, характеризующаяся физико-техническими параметрами и критериями их взаимодействия, что дает возможность оценить эффективность работы выемочных машин на стадии проектирования и на этой основе наметить пути их совершенствования.

Основные научные положения:

1. При любом виде внешнего воздействия на горные породы все их свойства проявляются одновременно , что находит свое отражение в параметрах и форме разрушения, и позволяет по их значениям определять все основные физико-механические характеристики горных пород. Соотношения же линейных размеров отделяющихся от массива элементов породы представляют собой постоянные величины, не зависящие от геометрических размеров инструмента разрушения и обуславливающие связь прочностных параметров внешней среды, удельные же энергозатраты на разрушение при этом являются

минимальными, характеризующими энергетическую прочность породы, названную нами собственной удельной энергоемкостью.

2. Математическая модель энергетической прочности горных пород в условиях сложного напряженного состояния, характеризующая взаимодействие элементов системы "горные породы - горные машины", и учитывающая не только упругие и прочностные характеристики внешней среды, но и их соотношения и хрупко-пластические свойства.

3. Критерием эффективности взаимодействия системы "горные породы-горные машины" является отношение собственной удельной энергоемкости (или энергетической прочности) породы к удельным энергозатратам на ее разрушение рабочими органами горных машин, что позволяет оценить качество их взаимодействия с внешней средой.

4. Способ определения физико-механических параметров горных пород, отличающийся тем, что заранее не задаются размерами образцов испытуемой породы, а определяют параметры разрушения при отрыве от ее массива крупных элементов и по последним - прочностные характеристики и геометрические параметры схемы разрушения (шаг и глубина резания).

5. Математическая модель несущей способности горных пород при взаимодействии с разрушающими инструментами, характеризующая сопротивляемость породы действию концентрации напряжений в условиях трехмерного напряженного состояния. При этом прочность горных пород и вид разрушения (отрыв или сдвиг) определяется не только прочностными параметрами, сколько их соотношением - и условиями нагружения, т.е. соотношением максимальных нормальных и касательных напряжений, обуславливающих вид напряженного состояния.

6. Математическая модель напряженного состояния прослойки паянного соединения горного породоразрушающего инструмента, учитывающая геометрические размеры зоны соединения и физико-механические параметры самой прослойки, обеспечивающие снижение или полную ликвидацию эффекта выдавливания пластичного материала из зазора соединения.

7. Способ разрушения горных пород, при котором происходит одновременное воздействие на массив симультанных инструментов с расстоянием между ними, позволяющим реализовать разрушение отрывом с минимальными затратами энергии..

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании широкого диапазона научных методов исследований взаимодействия горного

инструмента с разрушаемым горным массивом, включающих аналитические исследования, выполненные с применением методов математической теории упругости, механики разрушения, использованием феноменологических моделей, адекватность которых реальным процессам подтверждена результатами экспериментальных исследований; а также их сопоставимостью с результатами других авторов; применением метода фотоупругости для анализа напряженного состояния в зоне разрушения; значительным объемам экспериментальных исследований с применением современной измерительной и регистрирующей аппаратуры; применением методов теории планирования экспериментов и ЭВМ. Относительная ошибка при этОхМ во всем диапазоне исследований не превышает 5-19%.

Научная новизна диссертации заключается:

- в установлении новых закономерностей процесса разрушения горных пород отрывом, связывающих параметры разрушения и физико-механические параметры горных пород, позволяющие обосновать новый способ их определения в условиях трехмерного напряжешюго состояния, выбор на этой основе наименее энергоемкого режима разрушения горных пород;

- в установлении энергетической характеристики горных пород разрушению собственной удельной энергоемкости, не зависящей от геометрических параметров инструмента и схемы разрушения, являющейся физическим параметром внешней среды и позволяющей определить качество взаимодействия рабочих органов с разрушаемым массивом.

- в теоретическом определении показателя для оценки прочности горных пород, ее сопротивляемости отрыву ( несущей способности ) в условиях трехмерного напряженного состояния в зоне контакта с инструментом, установление корреляционных связей с контактной прочностью, усилием статического откола, сопротивляемостью резанию, коэффициентом крепости и др.;

- в обосновании комплексного метода определения по параметрам разрушения отрывом физико-механических характеристик горных пород и схемы разрушения массива рабочими инструментами горных машин;

- в разработке математической модели напряженного состояния прослойки паянного соединения, учитывающей геометрические параметры зоны соединения и физико-механические характеристики самой прослойки, позволяющие повысить прочность и надежность соединения;

Научное значение работы заключается в : -дальнейшем развитии теории разрушения горных пород механическим способом, установлении новых критериев разрушения, собственной энергоемкости и сопротивляемости породы отрыву в условиях трехмерного напряженного состояния, характеризующего взаимодействие элементов системы "горные породы - горные машины" и позволяющих оценить качество этого взаимодействия .

в разработке методики определения физико-механических характеристик горных пород по параметрам разрушения, позволяющей одновременно определять практически все их основные механические свойства как в условиях одномерного, так и трехмерного напряженного состояния, и на этой основе производить расчеты силовых и энергетических показателей работы машин и геометрических параметров разрушения забоя.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по выявлению резервов повышения уровня качества взаимодействия системы "горные породы-горные машины", разработке методик и технических средств , обеспечивающих реализацию выявленных резервов, в разработке новых породоразрушающих инструментов и исполнительных органов стругового типа с клиновыми дисками; повышение эффективности работы существующих серийных - за счет улучшения их внутренней структуры, уменьшения остаточных термических напряжений , повышения ресурса и надежности методом электромагнитного и термодинамического способов управления неравновесной структурой вещества.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Методика определения прочностных характеристик смерзшегося угля и параметров его разрушения, использована ОАО "Прочность" при проектировании технических средств разрушения смерзшегося угля для ТЭЦ.

Методика экспериментальных исследований в камере высокого давления физико-механических свойств горных пород. использована институтом ВНИПИОКЕАНМАШ при проектировании технических средств для подводной добычи полезных ископаемых со дна океана..

Технология магнитного упрочнения бурового инструмента и технические средства для ее осуществления, использованы Кузнецким машиностроительным заводом, г. Новокузнецк, для повышения ресурса серийных буровых коронок, а также ОАО "Таганрогский металлургический завод" для повышения ресурса валов редукционного

става и пильгерных валов, ОАО'Таменский горнообогатительный комбинат"(зубья ковшей экскаваторов, кремальерные шестерни, валы, зубчатые рейки, гусеницы тракторов); ГУП разрез "Зыряновский".

Методика определения прочностных параметров горных пород по параметрам разрушения отрывом, использована ННЦ РФ ИГД им. A.A. Скочинского и НПО "Буровая техника" ВНИИБТ.

Методика расчета характеристик прочности поворотных резцов с твердосплавным элементом, закрепленным диффузионной сваркой использована ИГД им. A.A. Скочинского.

Апробация работы.

Всесоюзная научная конференция по физике горных пород и процессов, г. Москва, 10 января-2февраля 1967 г; Научно-техническое совещание по новым способам разрушения горного массива, ведущим к снижению пылеобразования. г. Москва, 29-30 ноября 1972 г; Всесоюзная научная конференция ВУЗов СССР с участием научно-исследовательских институтов "Физика горных пород и процессов", 30 января-1февраля 1974 г., МГИ г. Москва; I Всесоюзная конференция "Динамические процессы в горных машинах и стационарных установках". 24-27 октября 1989 г. г. Тбилиси.; Всесоюзная научная конференция ВУЗов СССР г. Москва, МГИ 1977 г; Всесоюзный научный семинар по проблеме "Новые процессы и способы производства работ в горном деле", 1978 г. ИГД им. A.A. Скочинского;Всесоюзная научная конференция по механике горных пород 20-22 мая 1985 г., г. Тбилиси. Научный совет АН СССР по физико-техническим проблемам разработай месторождений полезных ископаемых; VII республиканская научно-техническая конференция молодых специалистов и ученых "Вопросы совершенствования технологии и комплексной механизации добычи и переработки горючих сланцев", т. Кохтла-Ярве 5-6 июня 1986 г;1 Всесоюзный семинар "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья", г. Фрунзе 17-19 октября 1987 г.;ТХ Республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев", г. Кохтла-Ярве, 18-19 мая 1989 г.;Международная межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и инженеров "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации торного оборудования и средств автоматизации" 19-23 октября 1992 г. г. Москва;Международная научно-практический семинар "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических систем, комплексов и оборудования

эксплуатации электротехнических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий", 11-15 октября 1993 г., г. Москва, МГГУ.. Международный семинар "Проблемы и перспективы развития горней техники", секция "Горные машины и-оборудование", 11-13 октября 1994 г., г. Москва;Международный симпозиум "Горная техника на пороге XXI века, 17-19 октября 1995 г. МГГУ г. Москва; VI Научно-практическая конференция по проблемам машиностроения, металлургических -и горных машин, г. Новокузнецк, 1997 г.; Научный симпозиум "Неделя горняка-98", 2-6 февраля 1998 г., г. Москва, МГГУ;.VII Научно-практическая конференция по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин, г. Новокузнецк, 1998 г;. Научный симпозиум "Неделя герняка-99", 25-29 января 1999 г., г. Москва, МГГУ.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 66 работ, в том числе 27 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит -из введения, 7 глав, заключения, содержит список литературы из 203 наименований, 115 рисунков, 27 таблиц, и 15 приложений.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту проф.Кантовичу Я.И. за постоянное внимание к работе,всестороннюю помощь; проф.Гетопанову В.Н. за ценные советы,поддержку и обсуждение отдельных вопросов диссертации; признательность коллективу кафедры Горные машины и оборудование за поддержку и помощь при выполнении работы.

Основное содержание работы.

Система ведения горных работ включает в себя две взаимодействующие подсистемы: естественную, собственно представляющую внешнюю срсду - горные порода -в условиях -их естественного залегания, и искусственную, созданную человеком и представленную в виде различных машин и механизмов, взаимодействующих с этой внешней средой.

Эффективность такого взаимодействия зависит от того, насколько параметры машин и механизмов соответствуют физико-техническим параметрам внешней среда, и а первую -очередь это -относится к породоразрушающим органам, являющимся главным элементом любой выемочной машины по отделению угля или породы от массива.

Поэтому, определение оптимальных параметров и режимов механического -разрушения горных ттеред-жгеетяажное значение, поскольку работа в оптимальном режиме позволяет при одной и той-же мощности машины достигать максимальной производительности при

минимальной энергоемкости и минимальных расходах материалов и инструмента.

В.В.Ржевский в своих работах совершенно справедливо отмечает, что правильно спроектированной машиной считается такая, параметры которой соответствуют физико-механическим параметрам горных пород.

Исследованиями, направленными на повышение эффективности работы выемочных машин и их рабочих органов, занимались коллективы ученых и специалистов ИГД им.А.А.Скочинского, ГИПРОУГЛЕМАША, ЦНИИПОДЗЕММАША, ВНИПТУГЛЕМАША, ПНИУИ, МОСБАСГИПЮГОРМАША (ГПКТИПТМ), ШАХТНИУИ, ВНИИБТ, МГИ, МГГУ, ТПИ, HIM, ЛГИ, КПУ, СвГИ и многих других организаций.

Большой вклад в развитие этой области знаний внесли академики Ржевский В.В., Шемякин И.И., доктора технических наук Алышщ Я.И., Барон Л.И., Берон А.И., Бреннер В.А., Бойко Н.Г., Берстель В.Н., Белов В.И., Гетопанов В.Н., Глатман Л.Б., Гуляев В.Г., Дворников В.И., Демидов П.Н., Кантович Л.И., Картавый Н.Г., Карленков A.A., Кичигин

A.Ф., Крапивин М.Г., Красников Ю.Д., Коршунов А.Н.,Лазуткин А.Г., Леванковский И.И.,Герике Б.Л.,Нестеров В.И.,Коровкин Ю.А. Мышляев Б.К., Мерзляков В.Г., Морозов В.И., МультановС.И., Линник Ю.А., Солод В.И., Солод Г.И., Солод C.B., Позин Е,3., Подэрни Р.Ю., Протодьяконов М.М., Пастоев И.Л., Сысоев Н.И., Радкевич Я.М., Рачек В.М., Слободкин М.И., Топчиев A.B., Ушаков Л.С.,Хазанович Г.Ш., кандидты технических наук Артемьев H.A., Зайков В.И., Гудилин М.С ., Чувилин А.М., Бурыгин А.Г., Павельев В.Б., Лемешко М.А., Карабанов М.Г., Тон В.В., Козлов Ю.Н., Грабский A.A., Казак Ю.Н. и многие другие, труды которых явились исходной базой для проведения настоящих исследований.

Систематизируя исследования рабочих органов и инструментов очистных комбайнов и стругов, следует выделить следующие их направления.

Первое - изучение и оценка физико-механических свойств углей и горных пород как сред, разрушаемых рабочими органами горных выемочных машин и оказывающих наибольшее влияние на технико-экономические показатели юс работы.

Основы научных знаний о физических параметрах внешней среды горных машин были заложены в ИГД АН СССР, ВУГИ, ИГД АН УССР, МГИ научными школами Терпигорева A.M., Протодьяконова М.М., Берона А.И., Барона Л.И., Топчиева A.B., Глатмана Л.Б., Солода

B.И., ПозинаЕ.З.

Отличительной особенностью этих методов является то, что они были направлены на интегральную оценку свойств горных пород, оценивающих не только их физико-механические характеристики, но и инструмент разрушения и соответствующий технологический процесс.

Вследствие этого, в зависимости от применяемых машин, одна и таже порода могла характеризоваться сопротивляемостью резанию, контактной прочностью, буримостью и т.д., хотя физико-мехапические параметры и, в первую очередь, прочностные, оставались неизменными.

Второе направление было связано с разработкой экспериментально-статистической теории резания углей и горных пород, изучением основных закономерностей процесса разрушения, созданием и совершенствованием новых типов породоразрушающих инструментов и повышением их эффективности и надежности.

Все эти показатели не имеют связи с параметрами внешней среды, применимы только для определенного класса машин и не могут служить критериями взаимодействия системы "горные породы-горные машины". Вместе с тем очевидно, что при любом виде воздействия на породы все их физико-механические свойства проявляются одновременно, что должно найти свое отражение в параметрах и форме разрушения. И, следовательно, по параметрам и форме разрушения можно определять физико-механические параметры горных пород в том числе и в условиях их естественного залегания.

Вопросом определения физико-механических параметров горных пород посвящено большое число исследований, как и попыток создания теории разрушения, базирующихся на этих показателях. Вся сложность состояла в том, что такие важнейшие характеристики, как предел прочности на растяжение и сдвиг, не могли раньше и не могут до сих пор экспериментально определить, кроме того, они характеризуют прочность в условиях одноосного напряженного состояния, а рабочие инструменты исполнительных органов работают в условиях трехосного напряженного состояния, т.е. для оценки параметров внешней среды ( горных пород ) требуются другие показатели, характеризующие реальные условия взаимодействия рабочих органов с массивом.

Наличие таких показателей позволит определить на стадии проектирования коэффициент совершенства разрушения горных пород рабочими органами, повысить качество их взаимодействия с разрушаемым массивом и обосновать выбор новых технических решений, обеспечивающих существенное повышение его уровня.

При любом виде разрушения результаты оценивают удельными затратами энергии. Лучшим способом разрушения и оптимальным

режимом разрушения считают такой, который обеспечивает минимальную энергоемкость, поскольку при этом достигается максимальная производительность. С точки зрения затрат энергии необходимо менять режим и параметры разрушения так, чтобы достичь минимума энергоемкости разрушения.

Поскольку физико-механические параметры внешней среды при ее разрушении определяются, с одной стороны, энергией связи минералов в породе, а с другой, - энергией, затрачиваемой на преодоление и разрыв связей, то целесообразно для описания этих процессов применять энергетическую теорию разрушения твердых тел, основанную на законе сохранения энергии, т.е. определить ту часть введенной в породу энергии, которая расходуется на разрыв связей.

Таким образом, в каждом случае необходимо знать не только общую, затраченную на разрушение породы энергию, но и ту долю энергии, которая расходуется на разрыв связей, т.е. так называемую собственную удельную энергоемкость породы или ее энергетическую характеристику сопротивляемости разрушению.

При этом следует иметь в виду, что при любых способах воздействия на породу происходит отделение или отрыв от массива отдельных единичных элементов. Причем, каждый раз от массива отделяется ровно столько, сколько позволяет его физико-механические свойства, что находит отражение в параметрах и форме разрушения.

Поэтому по параметрам и форме разрушения могут быть определены и физико-механические параметры внешней среды-горных пород. В качестве обобщенного показателя сопротивляемости разрушению горных пород может быть принята сопротивляемость отрыву при движении пуансона в сторону свободной поверхности образца породы.

Существенной особенностью сопротивляемости горных пород разрушению отрывом является физическая аналогия с основным рабочим процессом горных машин - резанием, и логическая связь этого процесса с физико-механическими свойствами горных пород с учетом условий их нагружения.

Из сказанного следует, что эффективность работы исполнительного органа определяется целым комплексом свойств не только самого рабочего органа, но и разрушаемого массива, которые , характеризуются соответствующими параметрами.

При проведении же дальнейших исследований необходимо рабочий орган и разрушаемый массив рассматривать как единую систему , а для этого нужно обосновать физический критерий их взаимодействия, который бы дал возможность оценить эффективность работы выемочных машин на стадии проектирования и на этой основе

наметать пути их совершенствования. Поэтому целью данной работы является разработка и обоснование физико-технических параметров и критериев взаимодействия рабочих органов горных машин с породами и выбор на этой основе параметров разрушения забоя и эффективных технических средств для его осуществлеш1я.

Вопросами разрушения горных пород отрывом от массива крупных элементов занималось не очень много исследователей, к которым в первую очередь следует отнести работы Е.И. Илъницкой, проводимые в условиях угольного забоя. Л.Н. Джиоев исследовал анкерные крепления в грунтах для передачи на них усилий от конструкций, работающих на опрокидывание.

Исследования венгерского ученого А. Балла посвящепы определению сопротивления выдергиванию грибообразных фундаментов опор линий электропередач. Метод отрыва оспользовал Бряков С.П. для определения прочности массива при исследовании вопроса устоячивости и деформации бортов карьеров.

Кроме того, немецкий инженер Пир Ю. методом разрушения отрывом определял прочность набрызгбетона, который широко используется в угольной промышленности Германии при Возведении комбинированной крепи.Этот же метод используется при расчете крепления оборудования к фундаменту анкерными болтами.

Использовать результаты известных работ при изучении процесса отделения от массива крупных элементов не представляется возможными поскольку, во первых, они весьма противоречивы, а, во-вторьгх, их результаты относятся к частным конкретным задачам применительно к тем или ипым сферам практической деятельности.

На основе изло?кеяного и сформулированной выше цели в диссертационной работе намечены и решены следующие ззадачи:

- установить основные закономерности процесса разрушения горных пород отрывом от массива единичных элементов и на их основе определить критерии взаимодействия и параметры системы "горные породы-горные машины" в условиях трехосного напряженного состояния;

- разрабатывать методику определения рациональных параметров разрушения горных пород рабочими инструментами исполнительных органов на основе исследования особенностей формирования напряжетюго состояния массива при их взаимодействии;

- разработать математическую модель для определения энергетической характеристики сопротивляемости горных пород отрыву от массива единичных элементов и на этой основе определить коэффициент совершенства рабочих органов (или коэффициент полезного действия) по разрушению массива;

выявить резервы повышения коэффициента совершенства взаимодействия рабочего органа с массивом и разработать технические решения, обеспечивающие существенное повышение его уровня;

- изучить основные закономерности разрушения горных пород свободно-вращающимися клиновыми дисками применительно к рабочим органам горных машин;

- разработать комплекс мероприятий по повышению эффективности породоразрушающих инструментов, -существенно -повышающих их надежность и ресурс;

осуществить опытно-промышленную проверку результатов исследований новых технических решений и установить эффективность их использования на рабочих органах горных машин.

Решение поставленных задач базируется на изучении основных закономерностях процесса разрушения -торных -пород отрывом, выполненных автором под руководством профессора Солода В.И. При проведении этих исследований была принята схема, представленная на рис.1., согласно которой в сторону свободной поверхности образца породы двигался пуансон диаметром с1п и при некоторой глубине Но происходил отрыв (отделение) от массива крупного элемента в виде усеченного конуса с криволинейной образующей. Причем, верхнее основание этого элемента имело параметр Бо. Опыты проводились как на искусственных материалах (влажный -песок, песок с парафином, парафин, алебастр, цемент, пластилин, оргстекло, эпоксидная смола, чугун и др.), так и непосредственно на горных породах (сильвинит, уголь, мрамор, известняк, туф, гранит и пр.).

В результате проведения -опытов было установлсно, что -каждому диаметру пуансона соответствует своя 1фитическая высота отрыва, при которой размеры отделяющегося элемента являются максимальными.

Но независимо от параметров-ннструмента разрушения (диаметра пуансона) во всех случаях отношение при критической максимальной высоте отрыва, отношение большего диаметра отделяющегося элемента

к меньшему, т.е. , есть величина постоянная, независящая от

геометрических параметров инструмента, т.е.

dn dn

Причем, С = С,С2.

Da ^ ,, Но ., ^ — = Const = С; — = Const =€,;

— = Const =С2 |1) Но

Так как коэффициенты С, С] и С2 для каждого материала не зависят от геометрических параметров пуансонов, то они, очевидно, обуславливают связь определенных физических характеристик этого материала и, в первую-очередь, прочностных. Проведенный в связи с этим анализ физико-механических свойтсв испытуемых материалов позволил установить существование корреляционной связи геометрических параметров отделенного с критической глубины элемента с прочностными характеристиками данного матерната -пределами прочности на одноосное сжатие (С7осж), растяжение (О!ор) и

сдвиг ( Т0 ).

В результате бьшо установлено, что Q _ Dp _ ^рсж. Q _ Н0 _ СГосж ^ _ Dp __ То ^^ <*„ сг0/ dn т0 ' 2 Н0 стор

Таким образом, указанные зависимости являются уравнениями связи геометрических - -параметров отделяющегося -элемента и прочностных характеристик разру шаемого материала.

Криволинейная образующая отделяющегося элемента является касательной ^ образующей пуаншна-н свободной-поверхности образца, т.е. является четвертью эллипса, уравнение которого имеет вид:

2 V»

ор

или > (4)

Из этого уравнения очевидно, что размеры и форма элементов, отделенных -от -массива с критической глубины, -определяются пара метрами, геометрической формы инструмента, (dn)ji -прочностными характеристиками разрушаемого материала.

Таким образом, при разрушении отрывом от массива отделяется ровно столько, сколько позволяют его- фнзико-механическиесвойства, что находит свое отражение в геометрических параметрах и форме разрушения. Отсюда следует и обратная задача - при известных геометрических параметрах элементов, отделяющихся от массива с критической глубины, легко определить соотношения пределов прочности этого материала, а при известном одном каком-либо значении предела прочности - и все остальные прочностные характеристики.

Рис. 1. Схема разрушения горных пород отрывом.

Оо

Рис.2. Картина ступенчатого развития трещины.

При этом важное значение имеет характер развития трещины отрыва. До с их пор считалось, что трещина развивается плавко, образующая является непрерывной кривой, а действующие напряжения нормальны к ней.

Нашими исследованиями установлено, что трещина развивается дискретно, ступенчато, переходя с одного уровня на другой (рис.2), причем на горизонтальных участках действуют напряжения растяжения, а на вертикальных - сдвигающие напряжения. Для решения вопроса о соотношении этих напряжений по линии отрыва нами рассмотрено напряженное состояние массива в зоне взаимодействия с инструментом разрушения моделированием на оптически активных материалах методом фотоупругости.

Решение задачи определения напряжений в любом сечении модели (или в любой ее точке) сводилось к определению в модели разности главных напряжений — СГ2) по числу полос-изохром и углам,

характеризующим направления главных напряжений, так называемых изоклин ф.

Задача решена методом разности касательных напряжений путем численного интегрирования дифференциальных уравнений равновесия в прямоугольной системе координат, которые с учетом ассимметричности модели принимают вид:

да Эт л да^ Эт л

-= -- Н---— =-0; (5)

дк ду ду дк

Интегрируя уравнение равновесия получаем составляющие плоского тензора напряжений:

' дх

о ду

(6)

о дх ст, — ст7„. _

В результате определенных по вышеприведенным формулам составляющих тензора напряжений получаем распределение нормальных и касательных напряжений по линии отделения элемента от

массива (рис.3). Из рис.4 видно, что разрушение происходит от действия нормальных растягивающих напряжений.

Аналогичный вывод получен при рассмотрении объемной задачи фотоупругости.

В диссертации рассмотрены также динамическая задача фотоупругости, возникающая при развитии трещины, которая движется к свободной поверхности дискретно, переходя с одной ступени на другую, и позволяет представить модель развития трещины в следующем виде (рис.2).

Сумма всех горизонтальных участков, на которых действуют напряжения растяжения. представляет проекцию поверхности

Яр? - ¿1)

разрушения на горизонтальную плоскость - . После чего

4

определяем предел прочности породы на растяжение по формуле

4Р

<Т„_ =-;-—, где Р - нагрузка на пуансон в момент отрыва

ор п(р20 - сф

крупного элемента, а по критериям С, С] и С; - все остальные прочностные характеристики.

Угол внутреннего трения определяется из паспорта прочности, построенного по определенным выше значениям СУося и (7ор.

1

Величина, обратная коэффициенту Сь т.е. |Л = — по своей

С1

физической сущности есть коеффициент Пуассона, т.к. устанавливает связь между поперечными и продольными размерами отделяемого элемента.

Нагрузка на торце пуансона через предел прочности на растяжение определяется по формуле:

4Р ПЧ

а удельное давление- —т- =•С0Д—---1); (8)

тсс1; ё:

О,

Учитывая, что -(-—)2 == С2-, получаем формулу для определения несущей способности породы Сцс, под которой подразумевается ее

8 = Змм. а],1} = 3,5 МПа „, Р = 2500Н

к<

сст„ = 38-43 МПа с р

¡¡па »)ияыдя)»ииом>,у

Рис.3 . Эпюра напряжений нагруженной модели

Л

\

\

\

3 Б 7 В 3 10 И 12 )3 (4 15 <б ЛШШЯ

ОГОЕПЕИив

Рис.4. Распределение нормальных <5в и Хд касательных напряжений по линии отделения элемента

способность выдерживать действие концентрации напряже!шй при трехмерном напряженном состоянии, т.е.

°н.с.=<*ор(С2-1) (9)

Наиболее близким аналогом к показателю несущей способности породы по физическому смыслу является усилие статического откола Р0„, определяемое по методике Глатмана Л.Б. и Яшиной Л.С.

Воспользовавшись экспериментальными данными этих авторов, установлена корреляционная связь между Рож иОг£;

Ротк = О,9270нс + 78,84; (т} = 0,94) (Ю)

Для горных пород Кузбасса по данным В.И. Нестерова получены корреляционные связи с контактной прочностью Рк, сопротивляемостью резанию А и коэффициентом крепости Г но шкале проф. Протодьяконова М.М.

а я с = 102,03 М-11.4215; (л = 0,96),

анс =0,895А-17,67;(Г1 = 0,88) ,(11) снс = 0,527Рк -88,253;(л = 0,88).

Таким образом, для практических расчетов, можно принять

с «Р ;а «0,5Р

НС. отк' НС. ' к

По определении по формуле ( 9) значениям СГнс можно рассчитывать контактные нагрузки на рабочих инструментах исполнительных органов горных машин - стержневых и поворотных резцах, клиновых дисках и т.п. используя не только СГЯ с но и Роте и Рк.

Таким образом, по разработанным в диссертации критериям С, С] и Сг, связывающим параметры разрушения и физико-механические параметры горных пород, представляется возможным определить практичечски все основные их характеристики и, в первую очередь, ее важнейший показатель, который до сих пор экспериментально было получить невозможно, предел прочности на растяжение СУор, и на этой

основе аналитически новый "критерий взаимодействия горной породы с инструментом - несущую способность породы, характеризующую ее прочность в условиях трехмерного напряженного состояния.

Проведенными исследованиями установлено также, что удельные энергозатраты на разрушение являются минимальными при критической высоте отрыва и не зависят от геометрических параметров инструмента (рис.5), и располагаются на прямой параллельной оси абсцисс и отсекающей на оси ординат отрезок С} , соответствующий

//* . ¿Г)4 < ¿По < ¿п.

Рис.5 . Зависимость удельных энергозатрат на разрушение от высоты

отрыва.

минимуму удельных энергозатрат, которые мы назвали собственной энергоемкостью породы.

Собственная удельная энергоемкость породы определяется также аналитически по разработанной в диссертации математической модели, согласно которой

3 0-^)<(С2-1)2

аЛ=— я-—--г---(12)

40 4 цЕС,(0.58С2 +1.42С + 4)

где СТор (С — 1) = Снс - суть несущая способность породы;

С = ос ж - коэффициент хрупко-пластических свойств породы; °ор

Е - модуль упругости;

р, - коэффициент Пуассона.

Установленные нашими исследованиями связи параметров разрушения при отрыве с физико-механическими свойствами разрушаемых материалов позволяют рассмотреть и некотороые вопросы условий прочности горных пород.

Известно, -что а-каждой-точке деформируемого тела можно выделить, две площадки,, расположенные -под. углом 45°, по которым действуют наибольшие нормальные О ] и касательные напряжения. Различный характер действия этих напряжений указывает на естественное существование в каждой точке деформируемого тела и

различного противодействия материала: сопротивление сдвигу и сопротивление разрушению <5ор от отрыва.

Для выяснения условий прочности необходимо знать, по какой причине может произойти разрушение, т.е. какое го этих сопротивлений будет преодолено раньше. Это зависит от абсолютных величии и соотношения действующих напряженийТмах и С, и от абсолютных величин и соотношения сопротивлений Т 0 и <Зор материала, которые в нашей работе характеризуются критерием:

С, =

Характер разрушения горных пород описывается следующими условиями:

сдвиг под действием Тмах и последующая пластическая деформация начнутся при условии

Тмах ~

<7, -< а„

1

Разрушение от отрыва произойдет при условии:

Тмах Т0

(И)

И, наконец, прочное состояние будет обеспечено если:

=°ор

ти„ ^ то

05)

По значению коэффициента С 2 произведено разделение материалов по их способности к разрушению от сдвига и отрыва (рис.6 ) на хрупкие и пластические (С2=1), которые в свою очередь подразделяются на упруго-хрупкие (оо>-С2>-2), вязко-хрупкие (2>-С2>-1), упруго-пластические (1 X С2 Х-0,5) и вязко-пластические (0,5хС2 >-0).

Условия нагружения материала при его разрушении выражается отношением наибольшего нормального СТ ] напряжения к наибольшему X

сдвигающему Тмах, т.е. ■ мал = К2. Тогда разрушение от отрыва будет

СТ,

иметь место, когда

а от сдвига, когда

1

— (16)

<*ор

^мах ^

— (17)

СТ, СТ

1 ор

Зависимость характера разрушения (сдвиг или отрыв) от вида напряженного состояния и свойств материала, по условиям (16 ) и (17) представлена на рис.7 ■

Условия прочности (13) и (14), а также (16) и (17) позволяют сделать три весьма важных вывода:

1. Они показывают, что нарушения прочности - сдвиг или разрушение от отрыва, зависит, при неизменных свойствах материала.

и

хуэункиш магпвдиапь*

Рис.6. Диаграмма механического состояния твердых материалов.

у-уругъ* луфпяив

угуэусг-пгюегиыееАи*

1 --. --- ----

/

см-^ у / ■1

/

в О! 15 *» £$

мах

ХТ,

Рис.7. Диаграмма нарушения прочности (сдвиг) или разрушения (отрыв) в зависимости от свойств материала С2 и напряжсшюго состояния Кг.

не только от абсолютных величин наибольших напряжений (условия

Т /

( 13 ) и (14 )), но также и от их соотношения маУ_ , которое зависит

/ "1

от вида напряженного состояния.

Поэтому никаким увеличением внешних нагрузок, т.е. увеличением 05 и Тмах, нельзя изменить характер нарушения прочности, например, вместо сдвига вызвать разрушение от отрыва, или наоборот, это может быть достигнуто только посредством изменения Т /

маУ , т.е. при другом напряженном состоянии. /

2. Для обеспечения прочности важны не только абсолютные величины пределов прочности Т0 и <7ор, но еще и соотношение между

ними, т.е. С2 ——~ ■ При неизменном напряженном состоянии

°ор

X /

( ту ) характер нарушения прочности (сдвиг или отрыв) зависит от

соотношения С2. Этот вывод имеет очень большое значение в тех случаях, когда материал ставится в условия, вызывающие изменения его свойств.

3. Условия (13 ) -(17 ) не только указывают на возможность двух, совершенно различных по своей природе видов нарушения прочности материала (сдвиг или отрыв), но и позволяют также установить, что каждый из них может произойти по причинам принципиально различным.

Условия (16) и (17) показывают также, что любая из причин, вызывающая повышение коэффициента С2 =——, увеличивает

^ор

опасность разрушения от отрыва, и наоборот, всякое уменьшение Т0/

у снижает опасность разрушения материала от отрыва и переводит

/ ор

его в состояние более вязкое. Тоже самое вытекает из условий (13) -(17)

применительно к отношению

Таким образом, на основании проведепных исследований установлено, что физико-механические параметры горных пород, и, в

первую очередь прочностные, не могут быть каждый в отдельности мерой и критерием их разрушаемости.

Для оценки различных способов, схем и средств разрушения забоя рекомендуется использовать показатель собственной удельной энергоемкости породы, т.к. он имеет простую связь с мощностью и производительностью рабочих органов машин, а также с физико-механическими параметрами горных пород.

К = ОН„=шВУЧс/л (1В)

где Ш - мощность пласта,

Ц- к.п.д., иди коэффициент совершенства выемочной машины и исполнительного органа по разрушению породы, В - ширина захвата,

Чо 1

Т| -=-- коэффициент совершенства выемочной

] + Чп

Яо

машины или ее исполнительного органа, Ц0 - собственная энергоемкость породы,

- удельные энергозатраты на преодоление вредных сопротивлений,

Н и - суммарные удельные энергозатраты конкретного

исполнительного органа по разрушению забоя.

Установлено, что для заданной мощности привода произведение скорости подачи комбайна на собственную энергоемкость есть величина постоянная, т.е. V = К;

К = ^;кВт/м2 (19)

шВ

Удельные энергозатраты на потери, обсусловленные, например, трением рабочих инструментов о забой (а они являются доминирующими) рекомендуется определять по формуле:

чп=— ;; р (20)

шВЬ

где X - суммарная площадь контакта одного резца с забоем, Опс - несущая способность породы, 1Г0- коэффициент трения инструмента о породу, П- число инструментов , одновременно находящихся в работе,

Ьтр- путь трения инструмента о забой,

т, В, Ь - соответственно мощность пласта, ширина захвата ннсполнителыгого органа и длина лавы.

Для струговой установки (Ьтр = Ь) потери на трение определяются по формуле:

(21,

тп

где Ь - толщина снимаемой стругом слоя угля.

Проведен анализ эффективности разрушения забоя некоторыми типами комбайнов со шнековыми исполнительными органами применительно гс условиям Кузбасса для углей с сопротивляемостью резанию А=300КНУм, показателем степени хрупкости В-1,65 и с физико-механическими характеристиками: О 0 с я =20МПа, О ор=30МПа, X 0 =6МПа,

}Л=0,2, Е=4*103МПа, Цс=0,167кВтчУм3.

На основании расчетных данных д.т.н. Нестерова В.И. в диссертации определены удельные энергозатраты на разрушение угля 79 типами комбайнов со шнековыми рабочими органами и коэффициенты Кс совершенства схемы разрушения забоя комбайнами типа КШ, 4К52, К-120, К-128П, 1ГШ68, 2КШ-3,1КШЭ, КШ-ЗМ и др. Результаты определения коэффициента Кс показали на большой разброс его значений и отсутствия прогресса за почти 30 летний период в области совершенствования рабочих органов комбайнов (Кс=0,116-0,228).

В тоже время применение на рабочих органах шнеков новых технических решений в виде свободно-вращающихся клиновых дисков позволило повысить коэффициент совершенства до значений Кс=0,252-0,329.

Исследования потерь энергии на преодоление сопротивления от сил трения показало, что наиболее эффективными для разрушения угле» и пород являются свободно-вращаюбщиеся клиновые диски, тангенциально установленные на струговом исполнительном органе.

Вопросами применения дисковых вращающихся резцов (или шарошек) на исполнительных органах очистных, проходческих комбайнов, струговых установках в разные годы занимались Глатман Л.Б., Азерская К.Ф., Мультанов С.И., Козлов Ю.Н., Герике Б.Л„ Дергунов Д.М., Степановский Е.Л,Коршунов А.Н.,Нестеров В.И., и др.

Однако, проведенные ими исследования хотя и представляют большой практический и научный интерес, но их результаты не могут быть использованы на струговых исполнительных органах в силу

различия в конструктивных особенностях, схемах набора и установки, а также в противоречивости некоторых выводов и результатов исследований.

В диссертации приводятся результаты аналитических исследований процесса разрушения забоя свободно-вращающимеся клиновыми дисками с учетом разработанных в работе параметров и критериев их взаимодействия с породой - несущей способности породы СТНС и критериев хрупко-пластических свойств С, Си С?..

Усилие необходимое для отделения крупного элемента от массива рекомендуется определять по формуле:

РЕ=0.75аор(С2-1 • (22)

а усилие перекатывания Р2 и боковую составляющую силы по формулам:

Рг = 0,75оор(С2 - 1)л/2ЕШвн1ё(Р + у)[Со5ас + 8шае(1 + О' Рх =0,75аор(С2. -1)л/2Ши§(Р + у)8щас(1 + Гс);

где {- шаг разрушения забоя, И - радиус диска,

'в!Г глубина внедрения дискового резца в массив,

1ЕЯ = 0,16

+ Э) с

Сг]

у - задний угол резца, р - угол заострения резца,

- общий коэффициент трения режущей кромки с учетом ее проскальзывания, ^ - коэффициент трения в цапфе, - радиус цапфы,

<ХС - угол между вектором результирующей силы и направлением перемещения диска.

Полученные по этим формулам составляющие усилия резания важны не столько сами по себе, сколько их соотношения, так как для дисковых резцов боковая составляющая существенно превышает силу

резания, что может сказаться на характере движения струга и его устойчивости.

Для стержневых резцов

Р л/Ь

кс" = = О,225~Со&0(^ - tg0), (26)

Л Ь

где у - задний угол резца, 0 - передний угол резца, в - ширина режущей кромки.

Для дисковых резцов:

¡--!-_ <27)

- —йза.+О+.у^ + Г,^)

Коэффициенты Кс р и Кд р названы нами коэффициентами бокового перемещения режущих инструментов и характеризуют устойчивость их прямолинейного перемещения: если К<1, то резец стремится переместиться в боковом направлении, если же К>1, то резец движется в направлении строгания.

Вместе с тем боковые составляющие Рх дисковых резцов весьма значительны по величине, поэтому целесообразно их "замкнуть" на целик угля и использовать для его разрушения, т.е. необходимо перейти к симультаиней-схеме-обработки забоя спаренными дисками: Совместно с лабораторией режущего инструмента ШахтНИУИ проведены стендовые исследования по определению силовых и энергетических параметров разрушения горных пород клиновыми дисками как в лобовом, так и в тангенциальном режиме, а также групповым дисковым и долотчатым инструментом по симультанной схеме.

Исследования по групповому разрушению забоя тангенциальными клиновыми дисками до сих пер не -встречались и нами представляются впервые. Основными параметрами хакой-схемы яшшотся .высота И и ширина целика Вц. Сравнение результатов исследований одиночных дисковых резцов в лобовом и тангенциальном режиме, а также симультанного с-песоба разрушения дисковыми и долотчатыми резцами приведено в таблице 1.

На основании выполненных исследований разработаны и изготовлены две струговые установки с дисковыми резцами на базе отечественной струговой установки СН-75 и "Глянгаобель" фирмы Вестфалия-Лыоиен.

Шахтные испытания опытной конструкции струга СН-75 были проведены на шахте №3-бис производственного объединения "Торезантрацит" в струговой лаве 1-ой панели К2 на пласте

"Дроновский" мощностью 0,72 м. и сопротивляемостью резанию А=160кН/м. Толщина снимаемой стружки составляла 4-8 см., коэффициент вариации потребляемой мощности уменьшился на 16%.

табл.1.

Инструмент Схема резания Усилие резания кН Усилие подачи кН Удельные энергозат раты кВтч/мJ Сортность %

0-6 6-13 13-25 25-50 +50

Одиночный дисковый а) лобовая б) тангешх. СТВ03 Дисковый групповой Долотчатый групповой

12,50 23,5 0,94 27 15 10 48 -

7,0 12,5 0,53 20 II 12 21 36

13,50 7,5 0,83 18 5 9 12 56

10,00 3,0 0,2 7 4 6 8 75

10,00 4,8 0,43 24 8 16 18 34

Собственная удельная энергоемкость qc=0,115 кВтч/м3

Испытания струга "Гляйтхобель" проводились на шахте им. В.И. Ленина п/о "Ростовуголь" в лаве №1, имеющей длину 150 м. и разрабатывающей пласт "Степановский". Мощность пласта составляла 0,65-0,8 м.. угол падения 4-6°, уголь хрупкий умеренной трещиноватости, сопротивляемостью резанию А=150-180 кН/м.

Наблюдениями отмечено выход большого количества кусков антрацита размером 200x300x80 мм. (в среднем на 1 метр длины лавы 0,6-1,0 кусок).

Производственные испытания подтвердили результаты теоретических и экспериментальных исследований и позволили определить коэффициент совершенства схемы разрушения забоя (или коэффициент полезного действия) различными типами горного инструмента. Так, для одиночных лобовых дисков Кс=0,122; для тангенциальных дисковых резцов Кс=0,22; для долотчатых струговых резцов СТВ03 Кс=0,138; для групповой дисковой схемы Кс=0,575; для групповой долотчатой схемы Кс=0,267.

Коэффициент вариации усилия резания на дисковых резцах по сравнению с долотчатыми снизился на 20-40%.

Таким образом, промышленные испытания показали, что применение свободно-вращающихся клиновых дисков на струговых уствановках позволяет за счет увеличения доли разрушения отрывом повысить эффективность разрушения, снизить удельные энергозатраты, улучшить сортность добываемого угля, снизить динамику цепи.

Все вышесказанное позволило нам рекомендовать разработанные технические решения для оснащения исполнительного органа фронтального агрегата Ф-1 свободно-вращающимеся клиновыми дисками и провести испытания на полнометражном стенде СТ-1 Малаховского экспериментальнго завода.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблтице 2, где дана энергоемкость процесса разрушения забоя различными типами резцового инструмента, установленного на исполнительном органе агрегата Ф-1.

табл.2.

Схема разруше ния Тип режущего инструмента ---- 1 Ьраметры разрушения 1 Ь Усилие в цепи при резании кН Площадь попереч ного резания м2 Энерго затраты на разрушение кВтч/м3

Первая СТВОЗ ВК1 10 6 104 200 1,01

Вторая СТВОЗ (удлиненные) 10 6 114 480 0,65

Третья Ф1Д, СТВОЗ (удлиненные) 10 6 114 600 0,52

Эффективность применения дисковых резцов на исполнительных органах стругового типа объясняется следующими обстоятельствами:

1) Путь трения режущей кромки дискового резца меньше пути трения стрежневого резца в 8-10 раз и зависит от геометрических параметров самого резца и параметров разрушения;

2) Скорость внедрения любой точки обода дискового резца меньше скорости поступательного перемещения его оси (исполнительного органа), что благоприятно сказывается на процессе раскрытия трещин;

3) Усилие резания свободно-вращающихся клиновых дисков уменьшается с увеличением диаметра последних, так при увеличении диаметра дисков в 1,5 раза - усилие уменьшается в 1.3 раза, а усилие подачи при этом увеличивается в 1,3-1,4 раза.

В тангенциальной схеме усилие резания и удельные энергозатраты в 1,2-1,6 раза меньше этих показателей лобовой схемы.

4) Для достижения наименьших энергозатрат на разрушение предпочтительнее применять резцы большего диаметра с меньшим углом заострения. Увеличение диаметра резца от 0,1 м. до 0,3 м. приводит к уменьшению удельных энергозатрат на 20-30%, уменьшению усилий резания на 20-30%, снижению боковой составляющей на 20-35%, уменьшению выхода угольной мелочи класса 0...6 мм. на 5-8%.

Коэффициент вариации усилия резания на дисковых резцах по сравнению со стрежневыми снижается на 20-40%.

Промышленные испытания струговых исполнительных органов с дисковыми резцами показали, что происходит улучшение устойчивости (земник не образуется), снижается динамика тягового усилия, улучшается сортность разрушения, особенно все это касается симультанной схемы разрушешм при одновременном воздействии на целик парой тангенциальных дисковых резцов.

Расщирецие области применения выемочных и проходческих машин в значительной степени зависит от прочности и износостойкости горного породоразрушающего инструмента. Основной причиной выхода из строя резцов при работе на породах и углях сложного строения, с наличием большого числа твердых включений и прослоек является разрушение твердого сплава, его поломки и отрыв от державки, вызванные деформацией зоны паянного соединения.

В связи с этим и возникла рассматриваемая здесь задача по установлению зависимости предельных напряжений, возникающих в прослойке соединения при взаимодейтсвии твердосплавного элемента с державкой резца типа РКС, от внешних нагрузок для обоснования средств и способа повышения прочности, ресурса и выбора схем и параметров режущей части резцов, исключающих эффект выдавливания прослойки припоя.

Поломкам, отрыву режущего элемента в большинстве случаев предшествует выдавливание прослойки паянного соединения из зазора.

Следовательно, прочность соединения твердосплавного элемента предопределяется сопротивлением прослойки соединения пластическим деформацям до состояния, при которых начинается ее пластическое течение, выдавливание из зазора между твердосплавным ¡серном и державкой резца.

Процесс деформирования прослойки соединения керна при действии сил резания можно рассматривать как процесс сжатия, осаживания, выдавливания при обработке металлов давлением. При разработке математической модели процесса деформирования прослойки соединения керна, ее материал рассматривается как

идеальная жесткоштастическая, несжимаемая, неимеющая упругих деформаций, изотропная среда.

Схема нагружения соединения цилиндрического керна в глухом отверстии державки после пайки пластичным припоем представлена на рис.8.

Напряженно-деформированное состояние прослойки соединения керна с державкой в полярной системе координат в общем виде определяется системой уравнений равновесия ( 28), связи (29), условиями несжимаемости (30 ) и кинематическими уравнениями (31 ).

д<,р/др + Эг(й/&+(ор-сгг)/р = 01

- а = 2о{гр / ЗЕ4;ае - а = 2а;ее / Зе{

аг - а = 2а¡ех / Зе^ = сг.т^ /

£р + £е+ег=0 (3°)

бр - Эур / др;ев = ур / р;е2 = / Эг

црг = дчр / дъ + <Зу2 / др

где - СУр,С2,СТе- соотвественно нормальные, осевые и тангенциальные напряжения,

Трг- касательные напряжения,

8р,е0,82- соответственно скорости деформаций радиальная, тангенциальная и осевая,

Ур, У0, Vг- соответствешю скорости течения материала прослойки

соединения по направлениям р,'6, г,

1Гнтенсивность напряжений, Б; - интенсивность скоростей деформаций, С - среднее напряжение.

Решение приведенных уравнений дает возможность получить значение деформирующего усилия, при превышении которого начинается пластическое течение и разрушение швов соединения керна с державкой

Рис.8. Схема действия сил в соединении цилиндрического керна в глухом отверстии державки: Рх - сжимавдщяяя нагрузка от силы резания;

Рб - боковая сила, возникающая при сжатии торцевого соединения; Рв - сила выталкивания из боковых соединений;

I - область сжатия прослойки под торцом керна;

II - кольцевая область сжатия в торцевой области соединения; »

III - недеформируемая область боковых соединений;

Зл/2д/(0,5 + цт)(1 - 1) /

(32)

ч =

/4 + (Я2 + 3) / (х/Зл/кЧЗ + 0,82)

а также толщину прослойки соединения

И = ^/(К2 -1)(0,5 + цт) / 4(1 + рЯ)

(33)

На основании разработанной математической модели по определению деформирующего усилия и толщины прослойки рафическим методом рассмотрено влияние на них геометрических параметров отверстия в державке и диаметра керна.

Установлено, что деформирующее усилие возр; гает с уменьшением объема прослойки в соединении. В конструкции соединения это достигается за счет уменьшения величины зазоров торцевой части или за счет уменьшения размеров отверстия и величины , боковых зазоров между керном ии отверстием в державке. Наиболее значительно возрастает деформирующее усилие при толщине прослойки 0,1...0,5 (в безразмерных величинах, полученных отношением к радиусу керна). В практических расчетах для резцов с диаметром ерш 9...12 мм. оптимальной величиной прослойки в торцевом соединении считается величина менее 0,1...0,2 мм.

Однако, в реальных конструкциях твердосплавного горного инструмента возможность увеличения нагрузочной способности за счет уменьшения зазоров соединения при пайке ограничена ввиду появления значительных по величине остаточных термических напряжений. Поэтому установлена оптимальная величина зазоров в 0,2...0,35 мм.

При таких параметрах соединения деформирующее усилие составляет 3...4 От - предела текучести материала припоя.

Радикальным средством, позволяющим практически полностью исключить эффект выдавливания пластической прослойки из зоны соединения является введение в состав припоя твердых частиц размером 0,1...0,2 мм., которые и обеспечат необходимый зазор, или же посадить керн какой-то частью жестко на корпус державки. Введение в состав паяных швов твердых включений повышает нагрузочную способность соединения в 6-9 раз по сравнению с серийными резцами.

Для достижения этой цели разработаны новые композиционные припои (а.с. СССР № 1814260), содержащие в качестве наполнителя неплавящиеся гранулы, имеющие высокую температуру плавления, и смеси порошков, плавящихся при температуре пайки.

Для проверки результатов аналитических исследований прочности паяного соединения при различных величинах зазора между торцем

керна и державкой резца были проведены соответствующие лабораторные испытания, по результатам которых была разработана конструкция резца для проходческих комбайнов.

Промышленные испытания опытной партии таких резцов проведены на шахте "Холодная балка" ПО "Макеевуголь" при проходке комбайном ГПКС главной вентиляционной магистрали по пластам пород, состоящих из песчаного сланца и аргиллита, а в почве залегал песчаный сланец с аосж=40...70 Мпа, абразивностыо а=12 мг. Сравнение проводилось с резцами РКС-1И, которое показало, что расход экспериментальных резцов снизился в 5 раз.

Таким образом, разработанные в диссертации на основании аналитических исследований рекомендации по повышению прочности долотчатых резцов с твердосплавным керном, позволяют расширить область их применения на более прочные породы и повысить к.п.д. и эффективность работы рабочих органов горных выемочных машин.

Вместе с тем этих исследований недостаточно для повышения износостойкости горных инструментов, работающих на породах абразивных.

Качество и эффективность работы горных породоразрушающих инструментов в значительной степени будет зависеть от того,насколько долго сохраняются во времени их эксплуатационные показатели. Пока же наработка резцов и их надежность находятся на весьма низком уровне, не позволяющем полностью использовать потенциальные возможности как в целом самой горной машины,так и ее исполнительного органа.

Применяемые в настоящее время различные способы и средства повышения ресурса горных породоразрушающих инструментов ( специальная термообработка, напыление, искровое легирование, лазерная обработка и т.д.) являются весьма дорогостоящими и не позволяют существенно в 1,5...2,5 раза поднять их эксплуатационные показатели в условиях горного производства.

Из многих технологий, которыми мы располагаем в настоящее время, особый интерес представляют физические методы упрочнения, в частности методы магнитно-импульсной обработки (МИО), вызывающие необратимые структурные изменения в обрабатываемом материале.

Впервые сведения о возможности применения МИО для улучшения свойств материалов были высказаны в 1973 году на семинаре "современная технология производства приборов, средств автоматизации и систем управления" ( г.Москва ), где было выдвинуто положение о возможности перестройки конденсированных систем в

результате воздействия на них последовательностью импульсов относительно слабого магнитного поля (до 106А /м) с крутым передним фронтом. Цель такого воздействия - своеобразного магнитного встряхивания-сводилась к переводу систем в новое структурное состояние (на уровне дефектов и дефектных комплексов) через промежуточное неустойчивое состояние с повышенной энергией.

Это означало, что в центре внимания оказались процессы, характерные для насыщенных дефектами конденсировашшх систем, подвергнутых периодическим возмущениям извне и находящихся в неравновесном макроскопическом состоянии. В результате этих процессов изменяются структурно-чуствительные свойства материалов -металлов, диэлектриков и полупроводников.

МИО, как правило, является финишной операцией и она принципиально отличается от магнитной обработки, при котором происходит однократное воздействие сильного магнитного поля (>107 А/м) на металлическую заготовку с целью изменения ее формы и размеров. Объектами МИО помимо инструмента могуг быть любые изделия машиностроения, стекло, полупроводниковые материалы и приборы, многокомпонентные углеводородные системы и т.д.

Наибольший вклад в развитие теории и особенно практики МИО внес профессор Малыгин В.Б.

При магнитном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств у ферро-магнитных деталей прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вешества внешним полем, вследствие чего увеличивается тепло - и электропроводность материала.

Взаимодействие импульсного магнитного поля с заготовкой (деталью) из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества.

Поэтому, чем выше концентрации поверхностных и внутренних напряжений, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля,тем длительнее течение релаксационных процессов в веществе.

При намагничивании в структуре ферромагнитных деталей за счет энергии происходят два процесса:

1. Процесс смещения границ доменов, состоящий в росте их объемов, у которых ' намагниченность ориентирована близко к направлению поля за счет изменения объема соседних доменов, что повышает тепло проводность образцов;

2. Процесс изменения направления самопроизвольной намагниченности отдельных доменов и кристаллитов путем поворота

вектора намагниченности, вследствие чего повышается вязкость и износостойкость материала.

В местах концентрации остаточных и усталостных напряжений, связанных с технологией производства, обработки или эксплуатации детали, теплота, наведенная при МИО вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры обрзца, особенно в зоне контакта напряженных участков. Микроструктура вещества улучшается в течении 0,01 ...1,0 сек.

За время импульса при МИО в соленоиде установки выделяется энергия Wo магнитного поля, которая распространяется следующим оброазом:

\Уо = Кн.п(У/1 + \У2)

где Кн п - коэффициент неучтенных потерь энергии, зависящей от взаимодействия поля детали с полем соленоида,

- энергия, расходуемая на намагничивать детали, \Уг - энергия, расходуемая на локальный нагрев детали (вследствии неоднородности ее структуры в ней возникают вихревые микротоки).

Кроме того, вихревое магнитное поле обуславливает более равномерное ее охлаждение. Одновременно с тепловыми процессами за счет импульсного магнитного поля в металле происходит полярная ориентация спинов электронов атомов, расположенных в зоне контакта кристаллитов и зерен сплавов, вследствие чего улучшаются механические свойства материала.

Соотношение величин \Уг и конструкционных сталей может изменяться в пределах 0,33...2,0, для легированных сталей ОД...3,0, для быстрорежущих сталей 1,0...2,5; для твердых сплавов-1,0...5,0.

Кроме того проведенные опыты показали, что при намагничивании необязательно доводить материал детали до насыщения. Для технологических целей достаточно намагнитить до 10...50% магнитного насыщения конкретной детали.

Отсюда следует очень важный для практических целей МИО вывод о том, что при обработке деталей можно обойтись полями небольшой напряженности порядка 150...200 кА/м.

Таким образом, МИО представляет собой комплексное воздействие на материал магнитострикционных процессов и механических деформаций, тепловых и электромагнитных вихревых потоков, локализованных в местах концентраций магнитного потока, а также систему процессов,направленно ориентирующих "спин-характеристики" внешних электронов атомов металлов пограничной зоны контакта зерен (перегруженного участка кристаллита). В целом МИО предусматривает сочетание электромагнитного и

термодинамического способов управления (в соотношении примерно 1:1) неравновесной структурой вещества. Причем, чем больше физических "несовершенств" и технологических "неоднородностей", тем выше эффективность МИО.

При МИО деталей из конструкционных сталей ударная вязкость, сопротивление усталости, временное сопротивление на растяжение, предел прочности на изгиб и другие свойства стали возрастают не менее, чем на 10...20 %. Тоже самое примерно происходит и с некоторыми физическими и механическими свойствами твердых сплавов. За счет МИО теплопроводность твердых сплавов повышается не менее чем на 10 %, а временное сопротивление на изгиб - па 15...20 %, что обуславливает снижение выкрашивагшя зерен из режущей кромки инструмента.

При решении задачи выбора марки твердого сплава для армирования горного породоразрушающего инструмента и оценки резерва повышения его эксплуатационных характеристик весьма затруднительно отдать предпочтение какому-либо одному из нормированных показателей,предусмотренных ГОСТом.

Поэтому в качестве критерия сопротивляемости разрушению твердого сплава при его взаимодействии с горной породой, принят показатель собственной удельной энергоемкости, определяемый по формуле (12).

По известным физико-механическим свойствам вольфрамо-кобальтовых сплавов по данной формуле определены значения собственной энергоемкости твердых сплавов типа ВК до и после МИО (рис.9.). При использовании интегрального показателя собственной удельной энергоемкости для характеристики твердых сплавов становится возможным оценить удельную работу по абразивному разрушению сплава с различными свойствами, т.е. определить и величину износа в зависимости от собственной энергоемкости породы, поскольку работа, затраченная на разрушение породы резцом равна работе по абразивному разрушению резца породой.

Основными показателями прочности твердых сплавов являются предел прочности при изгибе, поэтому нами были проведены сравнительные испытания твердого сплава ВК-11 до и после МИО.

Испытания проводились на ГП ВНИИТС в лаборатории №12 и их результаты показали следующее: среднее значение предела прочности на изгиб повысилась на 11%, дисперсия снизилась в 1,95 раза, а коэффициент вариации в 1,6 раза. Кроме того, установлено, что ударная вязкость стали 35ФАЛ увеличивается в 1,5 раза.

Совместно с кафедрой горных машин Софийского Высшего горнотехнологического института были провдедены шахтные и лабораторные

100 80 60 40 20

0 4 8 12 16 20 24 %, Со

!

2

Рис.9. Энергетическая характеристика вольфрамо-кобальтовых сплавов. 1 - с МИО 2 - без МИО

Совместно с кафедрой горных машин Софийского Высшею горнотехнологического института были провдедены шахтные и лабораторные испытания горных породоразрушаюших инструментов типа ЗР4-80, И-79В и РКС-1, обработанных на магнитно-импульсных установках.

На основании проведенных исследований установлено, что износостойкость горного инструмента повысилась в 1,5-2,5 и более раз.

Большой объем испытаний проведен на дорожно-фрезерных машинах типа "Виртген" с барабанным исполнительным органом оснащенным резцами фирмы "Пигма-Кеннаметал" или фирмы "Мосвирт". Эти испытания позволили установить, что средний ресурс поворотных резцов повышается в 1,5-2,0 раза, улучшается их вращение в резцедержателе, вследствие чего они практически не заклиниваются в кулаках и имеют более равномерный износ.

Кроме того, проведены испытания бурового инструмента (коронки БКПМ, КНШ, КТШ, КДП, БКР, К100В, КНШ 110, шарошечные долота диам. 76, 132, 215,9 и 244,5, 393 и 463 мм., пневмоударников П110, III30, П1-75, камнеобрабатывающего инструмента, цельных буров, буровых штанг, хвостовиков, турбобуров, опор подшипников и пр.)

Во всех случаях получали положительный результат, позволивший повысить ресурс обработаннных ихделий в 1,5-2,0 раза. На основании проведенных исследований разработаны технические средства и технология магнитно-импульсного упрочнения, адаптированные к условиям горного производства и пригодные к применению как в заводских условиях, так и в условиях шахт и рудников.

Разработанная нами установка "Мапштрон" внедрена на АО Кузнецкий машиностроительный завод г. Новокузнецка и применяется для упрочнения выпускаемого бурового инструмента^ также на предприятиях АО "Таганрогский металлургический завод", АО "Раменский горнообогатительный комбинат", ГУЛ разрез "Зыряновский"и др..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны научные положения, совокупность которых представляет собой решение крупной научной проблемы заключающейся в разработке математических моделей, позволивших установить новые закономерности разрушения горных пород рабочими органами машин и на этой основе выбрать параметры и критерии взаимодействия системы " горные породы - горные машины " ,

позволяющих добиться существешюго улучшения показателей их работы за счет выбора эффективных схем и технических средств разрушения забоя , обеспечивающих минимум энергозатрат и более высокую эффективность в эксплуатации .

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При разрушении горных пород отрывом пуансоном, движущимся в сторону свободной поверхности массива, от последнего отделяются крупные элементы в форме усеченного конуса с криволинейной образующей в виде четверти эллипса, полуосями которого являются линейные размеры отделившегося элемента, отношения которых при критической глубине отрыва не зависят от геометрических параметров инструмента и являются постоянными величинами, числено равными отношению физико-механических характеристик горных пород, а коэффициенты этих отношений являются критериями, связывающими физико-механические свойства горных пород с параметрами схемы их разрушения рабочими инструментами горных машин, и характеризующие упругие и хрупко-пластичные свойства.

2. Физико-механические параметры горных пород, определенные в условиях одноосного напряженного состояния, каждый в отдельности, не могут быть мерой и критерием их разрушаемое™ при взаимодействии с рабочим инструментом в условиях объемного напряженного состояния, физической характеристикой которого является полученные нами показатель несущей способности породы, т.е. ее способности сопротивляться, не разрушаясь, действию концентрации напряжений в условиях трехмерного пространства и определяющей контактные нагрузки на инструменте.

3. При критической высоте отрыва удельные энергозатраты на разрушение не зависят от геометрических параметров инструмента и характеризуют полезную работу по разрыву связей в породах при отделении от них крупных элементов, названную нами собственной удельной энергоемкостью 1]0 и являющейся энергетической характеристикой сопротивляемости разрушению при взаимодействии с горными машинами.

4.Физическими параметрами взаимодействия системы "горные породы-горные машины " являются собственная удельная энергоемкость и несущая способность породы, критериями взаимодействия являются коэффициенты С, С1 и Сг,численно равные отношению прочностных

характеристик горных пород и параметров их разрушения, а также коэффициент эффективности разрушения.

5. Критерием эффективности разрушения горных пород и других твердых материалов различными способами является отношение собствешгой энергоемкости к удельным энергозатратам на разрушение конкретным рабочим органом, например, шнеком, стругом.

Проведенная в связи с этим оценка разрушения углей 79 типами рабочих органов очистных комбайнов показала на отсутствие ярко выраженного прогресса в их совершенствовании за почти тридцатилетний период, и только применение на рабочих органах новых технических решений в виде свободно-вращающихся клиновых дисков позволило поднять к.п.д. рабочего органа почта в 1,5 раза.

Для струговых исполнительных органов к.п.д. разрушения забоя составил Т) = 0.138 (стержневые резцы), Т| = 0.22 (тангенциальные дисковые резцы), Т| = 0.575 (групповая симультанная схема с дисковыми резцами).

6. Коэффициент полезного действия рабочего органа горной машины по разрушению породы может быть повышен за счет сокращения числа рабочих инструментов, снижения потерь на их трение о забой и абразивного износа ,при выборе симультанной схемы обработки забоя с свободно-вращающимися клиновыми дисками, обеспечивающими на струговых установках снижение удельных затрат на 20-30%, потребляемой мощности на 30-40%.

7. Прочность горных пород и характер их разрушения (сдвиг или отрыв) определяется не столько значением единичных показателей прочностных параметров, сколько их соотношениями и условиями нагружения .

8.Разработана методика определения прочности горных пород по параметрам разрушения как в условиях одноосного напряженного состояния, так и трехосного, отличающегося тем, что образцы для проведения опытов заранее не заготавливают, а определяют усилие отрыва и геометрические параметры отделяющегося элемента, что дает возможность одновременного определения пределов прочности на сжатие, растяжение, сдвиг, несущей способности, усилия статического откола, контактной прочности, угла внутреннего трения, собственной удельной энергоемкости породы как в лабораторных условиях, так и в производственных.

Методика пригодна для определения прочностных параметров строительных материалов, смерзшегося грунта и углей, свойств горных пород в условиях внешнего гидростатического давления, выбора

оптимальных параметров разрушения, параметров самого разрушающего инструмента, построения паспорта прочности горных пород и т.п.

9.По результатам исследований математических моделей разработаны способы разрушения забоя и конструкции исполнительных органов, оснащенных симультанными режущими органами, обеспечивающими существенное повышение эффективности работы струговых установок, их устойчивости за счет снижения напорных усилий, улучшения сортности продуктов разрушения посредством увеличения геометрических параметров разрушения забоя, глубины и, особенно, шага разрушения.

10. На основании разработанной математической модели напряженно-деформированного состояния зоны паянного соединения державки с твердосплавным керном определены наиболее оптимальные ее формы и параметры, как геометрические, так и физико-механические, при которых в 3-4 раза повышается прочность соединения и практически полностью исключает выдавливание пластичной прослойки из зазора соединения путем введения в припой твердых включений.

11. Наиболее эффективным и дешевым способом повышения ресурса горного породоразрушающего инструмента любого назначения, равно как и деталей горных машин и самих машин в целом, является сочетание электромагнитного и термодинамического способов управления неравновесной структурой вещества, при котором улучшаются механические, технологические -и эксплуатационные свойства материалов деталей машин, а также происходит снижение остаточных термических и усталостных напряжений в деталях и конструкциях.

На разработанных промышленных мобильных установках типа "Магашрон" проведены экспериментальные работы по упрочнению инструмента и деталей машин, которые показали, что после обработки стойкость горного и бурового инструмента повышается в 1,5-3,5 раза, а деталей машин в 1,3-2,8 раза. Технология и технические средства внедрены на Кузнецком машиностроительном заводе г. Новокузнецк и на ОАО "Таганрогский металлургический завод.", АО "Раменский горнообогатителышй комбинат", ГУЛ разрез "Зыряповскии

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных изданиях:

1 Гетопанов В.Н.,Первое К.М.,Рачек В.М.,Ревский Д.Ф.Удельная энергоемкость процесса разрушения песчано-глинистых руд комбайнами К111-1КГ,1К70. Угольное и горно-рудное машиностроение.2-70-3,1970.

2.Первов К.М.Д'сгопанов В.Н.,Рачек В.М. Исследование процесса разрушения песчано-глтистыхруд.Горно-металлургиченская промышленность^, 1971.

3.Солод В.И,Первов K.M.K вопросу уменьшения пылеобразования при работе выемочных машии.Докл науч.-техн.совещ.ИГД им.А А Скочинского,1972.

4. Солод В.И., Первов K.M. Исследования напряжений, возникающих при динамическом развитии трещины. Сб. науч. тр. МГИ. М., МГИ, 1968.

5. Солод В.И., Первов K.M. Общие вопросы исследования очистных комплексов и выемочных агрегатов. Сб. науч. тр. МГИ-ТПИ "Исследования и совершенствование очистных комплексов". Тула, ТПИ, 1973.

6. Солод В.И., Первов K.M., Баранов Ю Л , Яковлев К.Н. Результаты испытаний резца со свободно-вращающимеся клиновыми дисками. Горно-металлургическая промышленность. №6, 1974.

7 Солод В.И., Первов K.M. Нектороые новые закономерности процесса .разрушения твердых материалов. Сб. науч. тр. МГИ по проблеме "Научные основы создания высокопроизводительных комплексно- механизированных шахт". М., МГИ, 1974.

8. Солод В.И., Первов K.M., Буй Нгок Куэ. К вопросу об элементарном цикле резания горных пород. Сб. науч. тр. МГИ по проблеме "Научные основы создания высокопроизводительных комплексно- механизированных шахт". М., МГИ, 1974.

9. Первов K.M., Степанюк A.C. О взаимосвязи фнзико-механических свойств горной породы с параметрами ее разрушения рабочими органами рыхлителя. Сб. науч. тр. МГИ по проблеме "Научные основы создания комплекесно-механизированных и автоматизированных карьеров". М.,МГИ, 1975.

10. Солод В.И. Первов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.М. Шахтные испытания стругового исполнительного органа, оснащенного дисковыми резцами. Сб. Подземная разработка тонких и средней мощности пластов.-Тула, ТПИ, 1978, с.13-19.

11. Первов K.M., Лемешко М.А., Баранов Ю.А. К вопросу о новых схемах и способах разрушения угля струговыми исполнительными органами. Тезисы докладов всес. науч. конф. ВУЗов СССР, М., МГИ,1972.

12. Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А. Исследование процесса разрушения крепких углей дисковыми режущими инструментами Материалы научного Совета по проблеме: "Новые способы производства работ в горном деле". М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1978.

13. Первов K.M., Лемешко М.А_, Мучник М.И. Исследования работы дисковых резцов на исполнительных органах стругового типа. Деп. в ЦНИЭИуголь, № 437, 1979.

14. Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.И. Результаты сравнительных испытаний дискового и стержевого режущего инструмента применительно к исполнительному органу стругового типа. В кн.: Совершенствование технологии, средств комплексной механизации, автоматизации и техники безопасности прр подземной разработке угля. Тезисы докл. науч.-техн. конф. молод, учен, и спец. уголь. пром.-Караганда, 1978

15. Первов K.M. К вопросу оценки эффективности разрушения горных пород. В сб.: Научные основы создания высокопроизводит, комплек.механиз. и автоматнз. шахт. Вып. 12, М., МГИ, 1978.

16. Первов K.M., Лемешко М.А., Бурыгин А.Г. К оценке энергетических показателей работы выемочных машин. В сб.: Научные основы создания высокопроизводительных комплек. механиз. и автоматиз. шахт. М., МГИ, 1980.

17. Коваль П.В., Первов K.M., Бурыгин А.Г. Методы и средства исследования параметров горных машин. М., МГИ, 1981.

18. Солод В.И., Зайков В.И., Первов K.M. Горные машины и автоматизированные комплексы. М., Недра, 1981.

19. Первов K.M., Кулев И.В. Определение области применения резцового инструмента проходческих комбайнов. Деп. в ЦНИЭИуголь, № 2920,1984.

20. Первов K.M., Грабский A.A. Выбор и обоснование параметров поворотныз резцов для разрушения крепких горных пород. Тезисы доклада VIII Республ. науч,-техн. конф. молодых спец. и ученых. Кохтла-Ярве, 1986, с. 12.

21. Первов K.M., Антонов В.П., Грабский A.A. Ресурсосберегающая технология в производстве горно-режущего инструмента. В сб. науч. тр. МГЦ "Малооперационная техн. разраб. уголь, месгор. с применен, компл. агрегатов и автом. манипуляторов. М.,МГИ, 1986, с. 56-58.

22. Первов K.M., Кантович Л.И., Грабский A.A. Определение физико-механических свойств горньгх пород по параметрам разрушения. В сб. Комплексн. исслед. физич. св-в горн, пород и прпоцессов: Тезисы доклада1Х Всес. науч.-техн. коиф. М., 1987,-с. 11.

23. Первов K.M. Условия прочности и параметры разрушения горных пород. Тезисы докл. I Всес, семинара "Проблемы разраб. полезных ископаемых в условиях высокогорья". Фрунзе, 1987.

24. Первов K.M., Мусабаев Д.Х. Разработка износостойких режущих инструментов на основе композиционных материалов. IX Респ. конф. "Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев"., Кохтла-Ярве, 1989.

25. Первов K.M., МусабековДХ.Снижение динамической нагруженносги корончатых исполнительных органов проходческого комбайна за счет повышения ресурса инструмента. Тезисы доклада I Всес. конф. "Динамические процессы в горных машинах и стационарных установках". Тбилиси, 1989.

26. Первов К.М, Куликов Ю.Н. Методика определения класса прочности материалов. М., МГИ, 1988.

27. Первов K.M. Об энергетическом показателе для оценки качества горных машин. В сб.: Повышение качества горного оборудования. МГИ, 1988, с. 57-60.

28. Первов K.M. Определение прочностных и деформационных свойств горных пород по параметрам разрушения. В е.: Способы воздействия на массив горных пород для экономичной и безопасной отработки угольных пластов.-М.:МГИ, 1985, с.51-54.

29. Артемьев H.A., Первов K.M., Симдянов А.И. О распределении напряжений в горной породе под действием перемещающейся струи жидкости. Сб. науч. тр. КузИ.-Кемерово, 1985, с.27-31.

30. Первов K.M., Кулев И.В., Грабский A.A. Расширение области применения проходческих комбайнов за счет выбора марки твердого сплава для армирования режущего инструмента. Сб.: Оборудование для комплексного использования сырья горного производсгва.-М.:МГИ, 1987, с.142-145.

31. Первов K.M. Физико-технические основы выбора параметров горных машин. Сб. науч. тр.[Механизация горных работ на угольных шахтах.-Тула:ТуПИ, 1989, с.120-126.

32. Первов K.M., Капитонов Г.Н., Мусабеков Д.Х. Физико-механические основы повышен™ ресурса проходческих резцов. Механизация горных работ: Межвуз. сб. науч.тр. Кузбасс, политех, ин-т.-Кемерово, 1990.-С.72074.

33. Первов K.M., Артемьев H.A. Анализ напряженно-деформированного состояния соединения твердосплавного керна в резцах и долотах. Международный симп.

'Торная техника на пороге XXI века",17-19 октября 1995 г.-М.:МТТУ, 1996., с.152-154.

34. Первое K.M., Артемьев H.A. Определение допустимого деформирующего усилия на прослойку соединения твердосплавного керна в резцах и долотах,- Проблемы и перспективы развития горной техники. Материалы междунар. семинара. Секция 'Торные машины и оборудование".-М.,МГГУ, 1995, с.78-82.

35. Живаго Э.Я., Первов K.M., Первов В.К. Сравнительные испытания буровых коронок КДП-43 в условиях рудника Шерегеш. Материалы VII научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. Под ред. проф. Дворникова Л.Т.-Новокузнецк, 1998, с. 117-119.

36. Живаго Э.Я., Первов K.M., Прядко Ю.А. Сравнительные испытания сверл, обработанных на магнитно-импульсной установке. Материалы VI научно-практической конференции но проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. Под ред. проф. Дворникова Л.Т.-Новокузнецк, 1997, с.73-75.

37. Konstantin Perwow, Wladimir Morozow, Stanislaw Mikula. Wykorzystanie pola magnetycznego día popravvy trwaloci elementow tnaszyn gorniczych. V Konferencja naukowo-techniczna. Ustron-Zawodzie, 13-15 Listopada 1996.

38. Первов K.M., Гетопанов B.H., Пономарев Г.И. Повышение ресурса горного режущего инструмента в условиях действующей шахты. Международный семинар "Проблемы и перспективы развития горной техники" Горные машины и оборудование. 11-13 октября 1994. -М.:МГТУ,1995, с. 130-132.

39. V.l. Solod, K.M. Pervov, A.G. Burigin, М.А. Lemeshko. Jovesztogerek teljesitmenyigenyenek szamitasa laboratoriumi vizsgalat alapjan/ NME Kozlemenyei, Miskolc, I. Sorozat, Banyaszat, 30 (1982) Kotet, 3-4, fiizet, 235-240.

40. A.C. № 732529 СССР.Угольный струг/Солод В Н., Первов K.M., Карабанов М.Г. и др./ опубл. 05.05.80. Б.И. №17, 1980.

41. A.C. № 800362 СССР. Исполнительный орган фронтального агрегата./Первов K.M., Мучник М.И., Бурыгин А.Г и др./Опубл. 30.01.81. Б.И. №4, 1981.

42. A.C. № 785484 СССР. Породоразрушающий инструмент./Нервов K.M., Мучник М.И., Лемешко М.А. и др./Опубл. Б.И. № 45, 1980.

43. А.С.№ 838455 СССР. Устройство для измерения сил резания./Солод В.И., Первов K.M., Карабанов М.Г. и др./Опубл. 15.06.81. Б.И. №22, 1981.

44. А.С.№ 787642 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Карабанов М.Г., Первов K.M. и др./Опубл. 15.12.80. Б.И. № 46, 1980.

45. A.C..N» 926272 СССР. Породоразрушающий инструмент./Первов K.M., Павельев В.Б., Бурыгин А.Г. и др./Опубл. 07.05.82. Б.И. № 17, 1982.

46. А.С.№ 541985 СССР. Струговая установка./Солод В.И., Картавый Н Г., Первов K.M. и др./Опубл. 05.01.77. Б.И. № 1, 1977.

47. А_С.№ 608927 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Первов K.M., Коленцев М.Т. и др./Опубл. 30.05.78. Б.И. №20, 1978.

48. А.С.№ 605961 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И, Первов K.M., Баранов Ю.А. и др./Опубл. Б.И. №17, 1978.

49. А.С.№ 318687 СССР. Инструмент для разрушения горных пород и угля /Солод В.И., Гетопанов В Н., Первов K.M. и др./Опубл. 28.10.1971. Б.И. №32, 1971.

50. А.С.№ 318693 СССР. Инструмент для разрушения горных пород./Солод В.И., Первов K.M., Рачек В.М. и др./Опубл. 28.10.1971. Б.И. №32, 1971.

51. А,С.№ 376653 СССР. Струговый резец /Солод В.И., Первов K.M., Картавый Н.Г. и др./Опубл. 05.04.1973. Б.И. № 17, 1973.

52. А.С.К? 473930 СССР. Способ определения прочностных характеристик горных пород./Солод В.И., Первое K.M., Шахова К.И. и др./Опубл. 14.06.1975. Б.И. № 22, 1975.

53. А.С.№ 474615 СССР. Стенд для исследования рабочих параметров струговых агрегатов./Солод В.И., Первое K.M., Рачек В.М. и др./Опубл. 05.07.1979. Б.И. № 25, 1979.

54. А.С.№ 718601 СССР. Исполнительный орган фронтального агрегата./Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А. и др./Опубл. 28.02.80. Б.И. № 8, 1980.

55. А.С.Л» 711284 СССР. Вращающийся резец./Солод В.И., Первов K.M., Капырин В.И. и др./Опубл. 25.01.80. Б.И. №3, 1980.

56. A.C.JVa 717328 СССР. Породоразрушающий инструмент/Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А. и др./Опубл. 25.02.80. Б.И. № 7, 1980.

57. A.C.Ks 541033 СССР. Струговая установка /Солод В.И., Солод Г.И., Первов K.M. и др./Опубл. 30.12.1976. Б.И. №48, 1977.

58. А.С.М» 541032 СССР. Способ разрушения пласта угля струговым исполнительным органом/Солод В.И., Первов К.М, Зайков В.И. и др./Опубл. Б.И. №48, 1977.

59. A.C.K» 1704518 СССР. Резец для горных машинТКантович Л И., Первов K.M., Антонов В.П. и др./"

60. А.С,№ 785484 СССР. Породоразрушающий инструмент./Первов K.M., Мучник М.И., Лемешко М.А. и др./Опубл. 07.12.1980. Б.И. №45, 1980.

61. А.С.№ 1097786 СССР. Режущий орган горных машин./Лавилов А.Г., Потураев В.Н., Солод В.И., Первов K.M. и др./Опубл. 15.06.1984. Б.И. № 22, 1984.

62. АС.№ 1528906 СССР. Исполнительный орган фронтального агрегата /Гетопанов В.Н., Рачек В.М., Первов K.M. и др./Опубл. 15.12.1989. Б.И. № 46, 1989.

63. А.С.№ 605961 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Первов K.M.. Баранов Ю.А. и др./Опубл. 05.05.1978. Б.И. № 17, 1978.

64. А,С.№ 1814260 СССР. Припой для пайки керамических композиционных материалов./Кагаггояов Г.Н., Мусабеков Д.Х., Первов K.M. и др./11.10.1992.. "

65. патент № 2064620 РФ. Реверсивный привод./Малхасьян Р.В., Александров В.Е., Первов K.M./ Опубл. 27.07.1996. Бюл. №21.

66 . Патент № 2153006 РФ. Способ магнитной обработки инструмента,деталей машин и сборочных едшшц./Малыгин Б.В.,Первов АК.Дервов К.М.Д1ервов В.К решетников П.П.,Кавеев Х.3../.0публ.20.07.2000 Бшл. № 20

Введение.4.

1. ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.11.

1.1. Оценка эффективности разрушения горных пород и углей выемочными машинами

1.2. Общие сведения о разрушении горных пород и других твердых материалов отрывом.

1.3. Обобщение работ по исследованию процесса разрушения горных пород отрывом.

1.4. Анализ проведенных исследований по разрушению горных пород и искусственных материалов отрывом .41.

1.5. Цель и задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ОТРЫВОМ. .45.

2.1. Методика проведения исследований.

2.2. Определение параметров и формы разрушения.49.

2.3. Основные закономерности процесса разрушения горных пород и искусственных материалов отрывом .57.

2.3.1. Зависимость геометрических параметров отделяющихся элементов от диаметра пуансона.57.

2.3.2. Силовые и энергетические показатели разрушения горных пород отрывом.68.

2.4. Определение напряженного состояния материала в зоне разрушения моделированием на оптически активных материалах.74.

2.4.1. Методика проведения исследований.74.

2.4.2. Определение нормальных напряжений методом разности касательных напряжений.

2.4.3. Аппаратура и оборудование, применяемое при исследовании напряжений методом фотоупругости.83.

2.4.4. Результаты исследования плоско-напряженного состояния в зоне разрушения.

2.4.5. Результаты исследования методом фотоупругости объемного напряженного состояния в зоне разрушения.95.

2.4.6. Динамическая задача фотоупругости при развитии трещины отрыва.

Выводы

3. АНАЛИЗ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО РАЗРУШЕНИЮ ОТРЫВОМ ГОРНЫХ ПОРОД И ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ.110.

3.1. Определение физико-механических характеристик горных пород и других твердых материалов по параметрам разрушения.110.

3.2. Определение энергоемкости процесса разрушения горных пород отрывом. .121.

3.3. Условия нарушения прочности и разрушения горных пород.

3.4. Условия нарушения прочности и параметры разрушения. . . .142.

3.5. Оценка совершенства различных способов разрушения горных пород исполнительными органами горных машин.148.

Выводы.155.

4. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ЗАБОЯ СВОБОДНО-ВРАЩАЮЩИМИСЯ КЛИНОВЫМИ ДИСКАМИ.158.

Общие сведения.158.

4.1. Величина внедрения клиновыми дисками в массив.

4.2. Определение направления результирующей силы сопротивления массива.163.

4.3. Определение величины проскальзывания режущей кромки относительно забоя.174.

4.4. Определение коэффициента трения режущей кромки дискового резца о забой.179.

4.5. Определение сил, действующих на дисковый резец.181.

Выводы.186.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ЗАБОЯ КЛИНОВЫМИ ДИСКАМИ.189.

Общие сведения.

5.1. Методика проведения исследований.191.

5.2. Лабораторные исследования.

5.2.1. Разрушение одиночным дисковым резцом.193.

5.2.2. Разрушение групповым дисковым резцом.199.

5.3. Шахтные испытания.204.

5.4. Применение свободно-вращающихся клиновых дисков на исполнительном органе фронтального агрегата Ф-1.213.

Выводы.220.

6. ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА ПАЯННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГОРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ.222.

Общие сведения.

6.1. Исследование прочности соединения твердосплавного режущего элемента с державкой резца.223.

6.2. Математическая модель напряженно-деформированного состояния прослойки соединения . 229.

6.3. Анализ напряженно-деформированного состояния зоны соединения твердосплавного керна с державкой.236.

6.4. Экспериментальные исследования прочности соединения твердосплавных элементов с державкой.241.

Выводы.

7. МАГНИТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ГОРНОГО ИНСТРУМЕНТА И ДЕТАЛЕЙ МАШИН.247.

Общие сведения .247.

7.1. Сущность магнитно-импульсной обработки.248.

7.2. Влияние МИО на энергетическую характеристику твердого сплава - собственную удельную энергоемкость.

7.3. Влияние магнитно-импульсной обработки на прочность некоторых сталей и сплавов .259.

7.4. Влияние МИО на износостойкость горных породоразрушающих инструментов.266.

7.5. Результаты проведенных испытаний.

7.6. Внедрение технологии МИО на предприятиях

России.

Выводы.275.

Система ведения горных работ включает в себя две взаимодействующие подсистемы: естественную, 'собственно представляющую внешнюю среду - горные породы в условиях их естественного залегания, и искусственную, созданную человеком и представленную в виде различных машин и механизмов.

Эффективность такого взаимодействия зависит от того, насколько параметры машин и механизмов соответствуют физико-техническим параметрам внешней среды, и в первую очередь это относится к породоразрушающим органам.

Понятно, что искусственная подсистема менялась по мере исторического развития техники и прошла довольно-таки длинный, в историческом понятии, путь от первобытных орудий труда до современных автоматизированных и механизированных горно-добычных комплексов и агрегатов, обеспечивающих безлюдную выемку угля и других полезных ископаемых. Но при этом на всех этапах развития искусственной системы неизменной оставалась главная задача горного производства - разрушение и отделение от массива тех или иных объемов породы и полезных ископаемых как подземным, так и открытым способом.

Как физическое тело, сопротивляющееся внешнему воздействию со стороны искусственной системы, горные породы характеризуются такими механическими свойствами как предел прочности на растяжение, сжатие, сдвиг, модуль упругости, угол внутреннего трения, коэффициент Пуассона и др., которые по сути являются базовыми физико-техническими характеристиками внешней среды и должны использоваться для определения параметров горных машин и механизмов и, в первую очередь, параметров схемы разрушения и нагрузок на исполнительных органах.

Однако, в настоящее время определение физико-механических параметров горных пород и особенно углей даже в лабораторных условиях представляет большую и сложность, а сами результаты опытов трудно сопоставимы, т.к. проводятся, во-первых, на различных по форме и геометрическим размерам образцах, являющихся к тому же чрезвычайно неоднородными по своему составу, а „во-вторых - в условиях одноосного напряженного состояния, что нехарактерно для рабочих органов горных машин. Наибольшая эффективность горных работ достигается при оптимальном соответствии параметров машин и механизмов физическим параметрам - характеристикам внешней среды (горных пород).

Поэтому, при конструировании разрушающих рабочих органов горных выемочных машин пользуются другими критериями, являющимися по сути технологическими пробами и характеризующими тот или иной рабочий процесс соответствующей машины . сопротивляемость резанию,контакная прочность,буримость и т.д.

Все эти показатели не имеют связи с параметрами внешней среды, применимы только для определенного класса машин и не могут служить критериями взаимодействия системы "горные породы - горные машины".

Вместе с тем очевидно, что при любом виде воздействия на породы все их физико-механические свойства проявляются одновременно, что должно найти свое отражение в параметрах и форме разрушения. И, следовательно, по параметрам и форме разрушения можно определять физико-механические характеристики горных пород в том числе и в условиях их естественного залегания.

При проведении же дальнейших исследований необходимо рабочий орган и разрушаемый массив рассматривать как единую систему , а для этого нужно обосновать физический критерий их взаимодействия, который бы дал возможность оценить эффективность работы выемочных машин на стадии проектирования и на этой основе наметить пути их совершенствования. Поэтому целью данной работы является разработка и обоснование физико-технических критериев взаимодействия рабочих органов горных машин с породами и выбор на этой основе параметров разрушения забоя и эффективных технических средств для его осуществления .

Работа выполнялась в рамках отраслевого плана ИГ'Д им. A.A. Скочинского по проблеме ПО 111 Министерства угольной промышленности СССР (Постановление ЦК КПСС и СМ от 23 сентября 1981 г. № 939), "Разработать и освоить принципиально новые способы и средства разрушения горных пород, создать на их основе технологические процессы , инструмент и рабочие органы горных машин , повышающие производительность очистного и проходческого оборудования в 2-3 раза по сравнению с уровнем 1980 года, достигнутого в аналогичных условиях";

Темы ПУ-7 "Разработка научных основ создания автоматизированных горных агрегатов и комплексов" (номер государственной регистрации 055127): темы ПУ-7-23 "Создать и освоить автоматизированный струговый агрегат типа Ф-1 для выемки пластов угля мощностью 1,6-2,25 м. с углами падения до 18° производительностью 6000-7500 т/сутки" (номер государственной регистрации 78002879) в рамках научно-технической программы 0.05.03, утвержденной совместным Постановлением ГКНТ СССР и Госплана СССР № 472/248 от 12.12.1980 г.;

Госбюджетная тема Ф-1-3 "Физические основы разрушения горных пород механическим способом" (1963-1967 г.г.); научно-исследовательская работа № 417-1/88-90 "Исследования механического способа разрушения породы высокой категории плотности при внешнем давлении", выполняемой в рамках НИР "Исследования по созданию технических средств разрушения горной породы высокой категории плотности при внешнем давлении" (Приказ Минтяжмаша СССР № 34 от 19.03.1985 г.).

Цель работы. Разработка, выбор и обоснование физико-технических параметров и критериев системы "внешняя среда (горные породы)-горные машины", однозначно оценивающих процесс взаимодействия рабочих органов с разрушаемым массивом и позволяющих применить наиболее эффективные схемы и средства разрушения горных пород.

Идея работы. Идея работы состоит в том, что рабочие органы горных машин и разрушаемый массив рассматриваются как единая система, характеризующаяся физико-техническими параметрами и критериями их взаимодействия, что дает возможность оценить эффективность работы выемочных машин на стадии проектирования и на этой основе наметить пути их совершенствования.

Основные научные положения:

1. При любом виде внешнего воздействия на горные породы все их свойства проявляются одновременно , что находит свое отражение в параметрах и форме разрушения, и позволяет по их значениям определять все основные физико-механические характеристики горных пород. 'Соотношения же линейных размеров отделяющихся от массива элементов породы представляют собой постоянные величины, не зависящие от геометрических размеров инструмента разрушения и обуславливающие связь прочностных параметров внешней среды, удельные же энергозатраты на разрушение при этом являются минимальными, характеризующими энергетическую прочность породы, названную нами собственной удельной энергоемкостью.

2. Математическая модель энергетической прочности горных пород в условиях сложного напряженного состояния, характеризующая взаимодействие элементов системы "горные породы - горные машины", и учитывающая не только упругие и прочностные характеристики внешней среды, но и их соотношения и хрупко-пластические свойства.

3. Критерием эффективности взаимодействия системы "горные породы-горные машины" является отношение собственной удельной энергоемкости (или энергетической прочности) породы к удельным энергозатратам на ее разрушение рабочими органами горных машин, что позволяет оценить качество их взаимодействия с внешней средой .

4. Способ определения физико-механических параметров горных пород, отличающийся тем, что заранее не задаются размерами образцов испытуемой породы, а определяют параметры разрушения при отрыве от ее массива крупных элементов и по последним - прочностные характеристики и геометрические параметры схемы разрушения (шаг и глубина резания).

5. Математическая модель сопротивляемости горных пород отрыву при взаимодействии с разрушающими инструментами, характеризующая сопротивляемость породы действию концентрации напряжений в условиях трехмерного напряженного состояния. При этом прочность горных пород и вид разрушения (отрыв или сдвиг) определяется не только прочностными параметрами, сколько их соотношением и условиями нагружения, т.е. соотношением максимальных нормальных и касательных напряжений, обуславливающих вид напряженного состояния.

6. Математическая модель напряженного состояния прослойки паянного соединения горного породоразрушающего инструмента, учитывающая геометрические размеры зоны соединения и физико-механические параметры самой прослойки, обеспечивающие снижение или полную ликвидацию эффекта выдавливания пластичного материала из зазора соединения.

7. Способ разрушения горных пород, при котором происходит I одновременное воздействие на массив симультанных инструментов с расстоянием между ними, позволяющим реализовать разрущение отрывом с минимальными затратами энергии.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании широкого диапазона научных методов исследований взаимодействия горного инструмента с разрушаемым горным массивом, включающих аналитические исследования, выполненные с применением методов математической [ теории упругости, механики разрушения, использованием феноменологических моделей, адекватность которых реальным процессам подтверждена результатами экспериментальных исследований; а также их сопоставимостью с результатами других авторов; применением метода фотоупругости для анализа напряженного состояния в зоне разрушения; значительным объемам экспериментальных исследований с применением современной измерительной и регистрирующей аппаратуры; применением методов теории планирования экспериментов и

ЭВМ. Относительная ошибка при этом во всем диапазоне исследований не превышает 5-19%.

Научная новизна диссертации заключается:

- в установлении основных закономерностей процесса разрушения горных пород отрывом, связывающих параметры разрушения и физико-механические параметры горных пород, позволяющие обосновать новый способ их определения в условиях трехмерного напряженного состояния, выбор на этой основе наименее энергоемкого режима разрушения горных пород;

- в установлении энергетической характеристики горных пород разрушению собственной удельной энергоемкости, не зависящей от геометрических параметров инструмента и схемы разрушения, являющейся физическим параметром внешней среды и позволяющей определить качество взаимодействия рабочих органов с разрушаемым массивом .

- в теоретическом определении показателя для оценки прочности горных пород, ее сопротивляемости отрыву ( несущей способности ) в условиях трехмерного напряженного состояния в зоне контакта с инструментом, установление корреляционных .связей с контактной прочностью, усилием статического откола, сопротивляемостью резанию, коэффициентом крепости и др.;

- в обосновании комплексного метода определения по параметрам разрушения отрывом физико-механических характеристик горных пород и схемы разрушения массива рабочими инструментами горных машин;

- в разработке математической модели напряженного состояния прослойки паянного соединения, учитывающей геометрические параметры зоны соединения и физико-механические характеристики самой прослойки, позволяющие повысить прочность и надежность соединения;

Научное значение работы заключается в : -дальнейшем развитии теории разрушения горных пород механическим способом, установлении новых критериев разрушения, собственной энергоемкости и сопротивляемости породы отрыву в условиях трехмерного напряженного состояния, характеризующего взаимодействие элементов системы "горные породы - горные машины" и позволяющих оценить качество их взаимодействия . в разработке методики определения физико-механических характеристик горных пород по параметрам разрушения позволяющей одновременно определять практически все их основные механические свойства как в условиях одномерного, так и трехмерного напряженного состояния, и на этой основе производить расчеты силовых и энергетических показателей работы машин и геометрических параметров разрушения забоя.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по выявлению резервов повышения уровня качества взаимодействия системы "горные породы-горные машины", разработке методик и технических средств , обеспечивающих реализацию выявленных резервов, в разработке новых породоразрушающих инструментов и исполнительных органов стругового типа с клиновыми дисками; повышение эффективности работы существующих серийных - за счет улучшения их внутренней структуры, уменьшения остаточных термических напряжений , повышения ресурса и надежности методом электромагнитного и термодинамического способов управления неравновесной структурой вещества.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Методика определения прочностных характеристик смерзшегося угля и параметров его разрушения, использована ОАО "Прочность" при проектировании технических средств разрушения смерзшегося угля для

ТЭЦ.

Методика экспериментальных исследований в камере высокого давления физико-механических свойств горных пород использована институтом ВНИПИОКЕАНМАШ при проектировании технических средств для подводной добычи полезных ископаемых со дна океана.

Технология магнитного упрочнения бурового инструмента и технические средства для ее осуществления, использованы Кузнецким машиностроительным заводом, г. Новокузнецк, для повышения ресурса серийных буровых коронок, а также ОАО "Таганрогский металлургический завод" для повышения ресурса валов редукционного стана и пильгерных, оправок,прошивок.

Методика определения прочностных параметров горных пород по параметрам разрушения отрывом, использована ННЦ РФ ИГД им. A.A. Скочинского и НПО "Буровая техника" ВНИИБТ.

Методика расчета характеристик прочности поворотных резцов с твердосплавным элементом, закрепленным диффузионной сваркой использована ИГД им. A.A. Скочинского.

Апробация работы.

Всесоюзная научная конференция по физике горных пород и процессов, г. Москва, 10 января-2февраля 1967 г; Научно-техническое совещание по новым способам разрушения горного массива, ведущим к снижению пылеобразования. г. Москва, 29-30 ноября 1972 г; Всесоюзная научная конференция ВУЗов СССР с участием научно-исследовательских институтов "Физика горных пород и процессов", 30 января-1февраля 1974 г., МГИ г. Москва; I Всесоюзная конференция "Динамические процессы в горных машинах и стационарных установках". 24-27 октября 1989 г. г. Тбилиси.; Всесоюзная научная конференция ВУЗов СССР г. Москва, МГИ 1977 г; Всесоюзный научный семинар по проблеме "Новые процессы и способы производства работ в горном деле", 1978 г. ИГД им. A.A. Скочинского;Всесоюзная научная конференция по механике горных пород 20-22 мая 1985 г., г. Тбилиси. Научный совет АН СССР по физико-техническим проблемам разработки месторождений полезных ископаемых;

VII республиканская научно-техническая конференция молодых специалистов и ученых "Вопросы совершенствования технологии и комплексной механизации добычи и переработки горючих сланцев", г. Кохтла-Ярве 5-6 июня 1986 г;1 Всесоюзный семинар "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья", г. Фрунзе 1719 октября 1987 г.;1Х Республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев", г. Кохтла-Ярве, 18-19 мая 1989 г. Международная межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и инженеров "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации" 19-23 октября 1992 г. г. Москва;Междупародпая научно-практический семинар "Проблемы повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий", 11-15 октября 1993 г., г. Москва, МГГУ. Международный семинар "Проблемы и перспективы развития горной техники", секция "Горные машины и оборудование", 11-13 октября 1994 г., г. Москва;Международный симпозиум "Горная техника на пороге XXI века, 17-19 октября 1995 г. МГГУ г. Москва; VI Научно-практическая конференция по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин, г. Новокузнецк, 1997 г.; Научный симпозиум "Неделя горняка-98", 2-6 февраля 1998 г., г. Москва, МГГУ;.VII Научно-практическая конференция по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин, г. Новокузнецк, 1998 г;. Научный симпозиум "Неделя горняка-. 99", 25-29 января 1999 г., г. Москва, МГГУ.

1. Проблема и задачи исследований.

Введение.

На протяжение всех этапов разработки месторождений полезных ископаемых за довольно-таки длительный исторический период все технологические процессы начинались с отделения горных пород от массива и разрушения на куски заданных размеров.

В настоящее время принцип действия всех выемочных машин (очистные и проходческие машины, угольные струги, буровые машины ) основан на механическом способе разрушения массива горных пород режущими инструментами, клиновыми дисками, буровыми коронками и т.п.

В силу неоспоримых преимуществ (относительно низкая энергоемкость,высокая производительность) перед любыми другими способами разрушения (физическими, электрическими, термическими, гидравлическими и т.пр.) механический способ разрушения останется главенствующим и в дальнейшем.

Главным элементом любой выемочной машины является ее исполнительный орган (орган разрушения), осуществляющий отделение угля или породы от массива, а также, в большинстве случаев, частичную или полную погрузку разрушенной массы на конвейер.

Поэтому, определение оптимальных параметров и режимов механического разрушения горных пород имеет важное значение, поскольку работа в оптимальном режиме позволяет при одной и той-же мощности машины достигать максимальной производительности при минимальной энергоемкости и минимальных расходах материалов и инструмента.

В.В. Ржевский в своих работах [1, 2] совершенно справедливо отмечает, что правильно спроектированной машиной считается такая, параметры которой соответствуют физико-механическим параметрам' горных пород.

Исследованиями, направленными на повышение эффективности работы выемочных машин и их рабочих органов, занимались коллективы ученых и специалистов ИГД им.А.А. Скочинского, ГИПРОУГЛЕМАША, ДНИИПО Д 3 ЕММАША, ВНИПТУГЛЕМАША, ПНИУИ,

МОСБАСГИПРОГОРМАША (ГПКТИПТМ), ШАХТНИУИ, ВНИИБТ, МГИ, МГГУ, ТПИ, НПИ, ЛГИ, КПУ, СвГИ и многих других организаций.

Большой вклад в развитие этой области знаний внесли академики Ржевский В.В., Шемякин И.И., доктора технических наук Алыниц Я.И.,

Барон Л.И., Берон А.И., Бреннер В.А., Бойко Н.Г., Берстель В.Н., Белов В.И., Гетопанов В.Н., Глатман Л.Б., Гуляев В.Г., Дворников В.И., Демидов H.H., Кантович Л.И., Картавый Н.Г., Карленков A.A., Кичигин

A.Ф., Крапивин М.Г., Красников Ю.Д., Коршунов А.Н., Герике Б.Л., Нестеров В.И., Коровкин Ю.А., Мышляев Б.К., Мерзляков В.Г., Морозов

B.И., МультановС.И., Линник Ю.А., Леванковский И.И., Солод В.И., Солод Г.И., Солод C.B., Позин Е.З., Подэрни Р.Ю., Протодьяконов М.М., Пастоев И.Л., Сысоев Н.И., Радкевич Я.М., Рачек В.М., Слободкин М.И., Топчиев A.B., Ушаков Л.С., кандидты технических наук Артемьев H.A., Зайков В.И., Чувилин A.M., Бурыгин А.Г., Павельев В.Б., Лемешко М.А., Карабанов М.Г., Тон В.В., Козлов Ю.Н. Грабский A.A., Казак Ю.Н., и многие другие, труды которых явились исходной базой для проведения настоящих исследований.

Систематизируя исследования рабочих органов и инструментов очистных комбайнов и стругов, следует выделить следующие их направления.

Первое - изучение и оценка физико-механических свойств углей и горных пород как сред, разрушаемых рабочими органами горных выемочных машин и оказывающих наибольшее влияние на технико-экономические показатели их работы.

Основы научных знаний о физических параметрах внешней среды горных машин были заложены в ИГД АН СССР, ВУГИ, ИГД АН УССР, МГИ научными школами Терпигорева A.M., Протодьяконова М.М., Берона А.И., Барона Л.И., Топчиева A.B., Глатмана Л.Б., Солода В.И., Позина Е.З.

Отличительной особенностью этих методов является то, что они были направлены на интегральную оценку свойств горных пород, оценивающих не только их физико-механические характеристики, но и инструмент разрушения.

Второе направление было связано с разработкой экспериментально-статистической теории резания углей и горных пород, изучением основных закономерностей процесса разрушения, созданием и совершенствованием новых типов породоразрушающих инструментов и повышением их эффективности и надежности.

При этом, в качестве характеристики разрушаемых сред-углей принята сопротивляемость резанию А, численно равная приращению силы резания на единицу толщины стружки при резании в стандартном режиме эталонным резцом ДКС.

Z ►

А = —, где А - приращение силы резания; h

Z - сила резания; h - толщина стружки;

А для оценки сопротивляемости горных пород применительно к работе проходческих комбайнов используют специализированный показатель - контактную прочность горных пород, которая определяется путем вдавливания цилиндрического штампа с плоским основанием в естественную (нешлифованную) поверхность образца [ 6 ]. Величина

ZP контактной прочности вычисляется по формуле: Р = —-, nSiu где Р - нагрузка в момент хрупкого разрушения - выкола лунки; il- число опытов на одном образце породы; Siu - площадь основания штампа;

Результатами этих исследований явилось создание методов расчета нагрузок на рабочих инструментах и органах разрушения выемочных машин [3, 4, 5]. Кроме того, эти исследования послужили научной базой совершенствования и создания новых типов режущего инструмента.

Работы велись в направлении совершенствования геометрических параметров резцов, повышения прочности и надежности державок резцов и разработке методов расчета их на прочность, изыскания более прочных и долговечных марок твердого сплава, расширение области их эффективного применения[7, 8, 9,10,11,12, 78].

Отличительной особенностью всех проведенных исследований явилось то, что они не учитывали физико-механические параметры горных пород, а пользовались интегральными показателями, хзрШ<тёрш"ующими наряду с прочностью тот или иной технологический процесс. Вследствие этого, в зависимости от применяемых машин, одна и

-- t-:-———-———----——--—:----—---—-— таже порода могла характеризоваться сопротивляемостью резанию,

II .-.ir-n—^жув**.*,-----Г|ТГ—.,H.|„|,„I .M.mu. „ . r-------0.ХЦ|| U.H.'n.,,^,Г.ПГT.,, контактной прочностью, бурим остью и ТЖТхотя^физико-механические najjaMemfeui^^ оставались неизменными.

Вопросом определения физико-механических параметров горных пород посвящено большое число исследований [1, 2, 17, 18, 19, 22], как и попыток создания теорий разрушения [14, 15, 16, 21], базирующихся на этих показателях. Вся сложность состояла в том, что такие важнейшие характеристики как предел прочности на растяжение и сдвиг, не могли раньше и не могут до сих пор экспериментально определить.

Поэтому исследователи вынуждены были разрабатывать другие критерии для оценки свойств внешней среды и на их основе создавать инженерные методы расчета нагрузок и выбора параметров разрушения горных пород применительно к исполнительным органам очистных и проходческих комбайнов, угольных стругов. Наибольший вклад в теорию и практику в этом направлении внесли научные школы проф. Позина Е.З. и Глатмана Л.Б.

Рассматривая разрушение с практической стороны, следует отметить, что на разрушение тратится энергия, причем чем больше затрачено энергии, тем больший объем будет отделен от массива. При дроблении или измельчении кусков породы большим затратам энергии соответствует куски меньших размеров, но большого количества.

При любом виде разрушения результаты оценивают удельными затратами энергии. Лучшим способом разрушения и оптимальным режимом разрушения считают такой, который обеспечивает минимальную энергоемкость, поскольку при этом достигается максимальная производительность. С точки зрения затрат энергии необходимо менять режим и параметры разрушения так, чтобы достичь минимума энергоемкости разрушения.

Поскольку физико-механические параметры внешней среды при ее разрушении определяются, с одной стороны, энергией связи минералов в породе, а с другой, - энергией, затрачиваемой на преодоление и разрыв связей, то целесообразно для описания этих процессов применять энергетическую теорию разрушения твердых тел, основанную на законе сохранения энергии, т.е. определить ту часть введенной в породу энергии, которая расходуется на разрыв связей.

Таким образом, в каждом случае необходимо 'знать не только общую, затраченную на разрушение породы энергию, но и ту долю энергии, которая расходуется на разрыв связей, т.е. так называемую собственную удельную энергоемкость породы или ее энергетическую характеристику сопротивляемости разрушению. *

При этом следует иметь в виду, что при любых способах воздействия на породу происходит отделение или отрыв ог массива отдельных единичных элементов. Причем, каждый раз от массива отделяется ровно столько, сколько позволяют ею физико-механические свойства, что находит отражение в параметрах и форме разрушения.

Поэтому по параметрам и форме разрушения могут быть, определены и физико-механические параметры внешней среды-горных пород. В качестве обобщенного показателя сопротивляемости разрушению горных пород может быть принята сопротивляемость отрыву при движении пуансона в сторону свободной поверхности образца породы [2.4,25].

Существенной особенностью сопротивляемости горных пород разрушению отрывом является физическая аналогия с основным рабочим процессом горных машин - резанием, и логическая связь этого процесса с физико-механическими свойствами горных пород с учетом условий их нагружения.

Поскольку известные параметры физико-механических характеристик горных пород определяются в условиях одноосного напряженного состояниям разрушение пород происходит в условиях трехосного напряженного состояния, то для оценки параметров внешней среды требуются другие показатели, характеризующие реальные условия работы органов разрушения.

Наличие таких показателей позволит определить на стадии проектирования коэффициент совершенства разрушения горных пород рабочими органами, повысить качество их взаимодействия с разрушаемым массивом и обосновать выбор новых технических решений, обеспечивающих существенное повышение его уровня.

Анализ исследований, проведенных различными авторами позволяет констатировать:

1. В начальный период развития науки о разрушении углей и пород инструментами горных машин исследователями изучались главным образом усилия резания. Они рассматривали преимущественно вопрос о силах, действующих на резец и элементы стружки. Такие факторы как износ инструмента и режим работы машины не учитывались.

Позже, особенно с выходом работы М.М. Протодьяконова (1936 г.), начали изучать и другие факторы работы машины: скорость резания и подачи, качество и состояние рабочего инструмента в зависимости от физико-механических свойств разрушаемой породы. Причем, под физико-механическими свойствами подразумевался коэффициент крепости или предел прочности на сжатие.

2. Несмотря на многочисленные опыты, проведенные различными исследователями, до сих пор теоретически не решен вопрос определения усилий, действующих на рабочем инструменте. Полученные для одних условий по соответствующим формулам усилия имеют большое расхождение не только у авторов, придерживающихся различных гипотез о процессе разрушения, но и у авторов одной и той же гипотезы.

Так, например, разница между величинами усилия резания, полученными по формуле проф. В.И.Белова и П.Н.Демидова составляет более 200 %, ПН.Демидова и П.С.Кучерова - более 250 %, П.С.Кучерова и В.Н.Берстеля - более 600 %, А.И.Берона и П.С.Кучерова - более 400 %, М.И.Слободкина и М.М. Протодьяконова - более 300 % и т. д .

Такое расхождение у различных авторов может быть объяснено, прежде всего, отсутствием единой гипотезы о процессе разрушения горных пород и различием условий проведения экспериментов, а также отсутствием единого критерия для оценки сопротивляемости пород разрушению и характеризующих их физико-механических свойств.

Последнее обстоятельство чрезвычайно затрудняет создание единой теории разрушения горных пород, поскольку мы не имеем объективной информации о физико - механических параметрах внешней среды горных пород, тем более в условиях их естественного залегания.

Однако, этому вопросу до сих пор не уделяется должного внимания как со стороны исследователей - горняков, так и со стороны специалистов твердого тела.

Выводы.

Проведенные исследования по применению технологии магнитно-импульсной обработки (МИО) горного породоразрушающего инструмента и деталей горных машин позволяют сделать следующие выводы:

1. МИО - представляет собой быстрый, экологически чистый и легко осуществимый способ, не требующий никакой специальной подготовки материалов перед его использованием и позволяющий существенно в 1,5-2,0 и более раз поднять ресурс породоразрушающего инструмента горных машин - стержневые и поворотные резцы очистных комбайнов и проходческих комбайнов, буровые коронки любых типоразмеров и назначений, шарошечные долота, резцы дорожных машин, инструмент камнеобрабатывающих машин - бучарды, хвостовики и т.пр., а также металлообрабатывающий и деревообрабатывающий инструмент и любые другие изделия машиностроения.

2. Разработаны и внедрены на Кузнецком машиностроительном заводе технология и технические средства для магнитно-импульсного упрочнения буровых коронок и режущего инструмента, выпускаемого заводом. Промышленные испытания буровых коронок с МИО, проведенные на шахте "Шерегешская" показали, что ресурс их вырос в 1,9 раза по сравнению с серийными.

3. Экспериментально разработано и изготовлено несколько типов переносных магнитно-импульсных установок с соленоидами, адаптированными к серийно выпускаемым заводами изделиям (цилиндрические индукторы, соленоиды градиентного поля, с вращающимся магнитным полем, с гибкими магнитопроводами и др.), что позволяет оперативно обрабатывать любой инструмент, детали машин, сборочные единицы, приборы, конструкции и т.пр.

4. При МИО материал детали изменяет свои физические и механические свойства, что достигается за счет направленной ориентации свободных

276 электронов вещества внешним полем. При этом сопротивление усталости, временные сопротивления на растяжение, предел прочности на изгиб возрастают не менее, чем на 15-20%, теплопроводность твердых сплавов типа ВК или ТК повышается не менее чем на 10%, а временные сопротивления на изгиб на 15-20%, что уменьшает выкрашивание зерен из режущей кромки инструмента, значительно в 1,3-1,8 раза снижает коэффициент трения скольжения.

5. Технология магнитно-импульсной обработки может быть рекомендована к применению на всех шахтах и рудниках, заводах по ремонту горношахтного оборудования, в других отраслях, выпускающих машины и механизмы для работы на горных предприятиях, в том числе на нефте- и газодобыче.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны научные положения, совокупность которых представляет собой решение крупной научной проблемы заключающейся в разработке математических моделей, позволивших установить новые закономерности разрушения горных пород рабочими органами машин и на этой основе выбрать параметры и критерии взаимодействия системы " горная порода - горные машины " , позволяющих добиться существенного улучшения показателей их работы за счет выбора эффективных схем и технических средств разрушения забоя , обеспечивающих минимум энергозатрат и более высокую эффективность в эксплуатации .

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При разрушении горных пород отрывом пуансоном, движущимся в сторону свободной поверхности массива, от последнего отделяются крупные элементы в форме усеченного конуса с криволинейной образующей в виде четверги эллипса, полуосями которого являются линейные размеры отделившегося элемента, отношения которых при критической глубине отрыва не зависят от геометрических параметров инструмента и являются постоянными величинами, числено равными отношению физико-механических характеристик горных пород, а коэффициенты этих отношений являются критериями,'связывающими физико-механические свойства горных пород с параметрами схемы их разрушения рабочими инструментами горных машин, и характеризующие упругие и хрупко-пластичные свойства.

2. Физико-механические параметры горных пород, определенные в условиях одноосного напряженного состояния, каждый в отдельноеги, не могут быть мерой и критерием их разрушаемое™ при взаимодействии с рабочим инструментом в условиях объемного напряженного состояния, физической характеристикой которого является полученные нами показатель несущей способности породы, т.е. ее способности сопротивляться, не разрушаясь, действию концентрации напряжений в условиях трехмерного пространства и определяющей контактные нагрузки на инструменте .

3. Установлено, что при критической высоте отрыва удельные энергозатраты на разрушение не зависят от геометрических параметров инструмента и характеризуют полезную работу по разрыву связей в породах при отделении от них крупных элементов, названную нами собственной удельной энергоемкостью (|(> и являющейся энергетической характеристикой сопротивляемости разрушению при взаимодействии с горными машинами.

4.Физическими параметрами взаимодействия системы "горная порода-горные машины " являются собственная удельная энергоемкость и несущая способность породы, критериями взаимодействия являются коэффициенты С, С] и С2,численно равные отношению прочностных характеристик горных пород и параметров их разрушения, а также коэффициент эффективности разрушения.

5. Критерием эффективности разрушения горных пород и других твердых материалов различными способами является отношение собственной энергоемкости к удельным энергозатратам на разрушение конкретным рабочим органом, например, шпеком, стругом.

Проведенная в связи с этим оценка разрушения углей 79 типами рабочих органов очистных комбайнов показала на отсутствие ярко выраженного прогресса в их совершенствовании за почти тридцатилетний период, и только применение на рабочих органах новых технических решений в виде свободно-вращающихся клиновых дисков позволило поднять к.п.д. рабочего органа почти в 1,5 раза.

Для струговых исполнительных органов к.п.д. разрушения забоя составилТ| = 0.138(стержневые резцы), Ц = 0.22(тангенциальные дисковые резцы), г| = 0.575 (групповая симультанная схема с дисковыми резцами).

6. Коэффициент полезного действия рабочего органа горной машины по разрушению породы может быть повышен за счет сокращения числа рабочих инструментов, снижения потерь на их трение о забой и абразивного износа ,при выборе симультанной схемы обработки забоя с свободно-вращающимися клиновыми дисками, обеспечивающими на струговых установках снижение удельных затрат на 20-30%, потребляемой мощности на 30-40%.

7.Установлено, что прочность горных пород и характер их разрушения (сдвиг или отрыв) определяется не столько значением единичных показателей прочностных параметров, сколько их соотношениями и условиями нагружения .

8.Разработана методика определения прочности горных пород но параметрам разрушения как в условиях одноосного напряженного состояния, так и трехосного, отличающегося тем, что образцы для проведения опытов заранее не заготавливают, а определяют усилие отрыва и геометрические параметры отделяющегося элемента, что дает V возможность одновременного определения пределов прочности на сжатие, растяжение, сдвиг, несущей способности, усилия статического откола, контактной прочности, угла внутреннего фения, собственной удельной энергоемкости породы как в лабораторных условиях, так и в производственных.

Методика пригодна для определения прочностных параметров строительных материалов, смерзшегося грунта и углей, свойств горных пород в условиях внешнего гидростатического давления, выбора оптимальных параметров разрушения, параметров самого разрушающего инструмента, построения паспорта прочности горных пород и т.п.

9.По результатам исследований математических моделей разработаны способы разрушения забоя и конструкции исполнительных органов, оснащенных симультанными режущими органами, обеспечивающими существенное повышение эффективности работы струговых установок, их устойчивости за счет снижения напорных усилий, улучшения сортности продуктов разрушения посредством увеличения геометрических параметров разрушения забоя, глубины и, особенно, шага разрушения.

10. На основании разработанной математической модели напряженно-деформированного состояния зоны паянного соединения державки с твердосплавным керном определены наиболее оптимальные ее формы и параметры, как геометрические, так и физико-механические, при которых в 3-4 раза повышается прочность соединения и практически полностью исключает выдавливание пластичной прослойки из зазора соединения путем введения в припой твердых включений.

11. Установлено, что наиболее эффективным и дешевым способом повышения ресурса горного породоразрушающего инструмента любог о назначения, равно как и деталей горных машин и самих машин в целом, является сочетание электромагнитного и термодинамического способов управления неравновесной структурой вещества, при котором улучшаются механические, технологические и эксплуатационные свойства материалов деталей машин, а также происходит снижение остаточных термических и усталостных напряжений в деталях и конструкциях.

На разработанных промышленных мобильных установках тина "Магнитрон" проведены экспериментальные работы по упрочнению инструмента и деталей машин, которые показали, что после обработки стойкость горного и бурового инструмента повышается в 1,5-3,5 раза, а деталей машин в 1,3-2,8 раза. Технология и технические средства внедрены на Кузнецком машиностроительном заводе г. Новокузнецк и на ОАО "Таганрогский металлургический завод."

1. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: Учебник для вузов.-4-е изд., перераб. и доп.-М.:Недра, 1984.-359 с.

2. Ржевский В.В. Физико-механические параметры горных пород. М., Наука, 1975.

3. З.ОСТ 12.47.001-73. Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика.-М.: МУП СССР, 1973.

4. ОСТ 12.44.093-77. Комбайны очистные. Расчет максимальных нагрузок. Методика.-М.: МКП СССР, 1977.

5. ОСТ 12.44.109-79. Комбайны очистные. Выбор спектров эксплуатационной нагруженности трансмиссии. Методика.-М.: МУП СССР, 1979.

6. Глатман Л.Б. Контактная прочность как критерий сопротивляемости горных пород разрушению механическими способам и.-"Науч. сообщ. ИГД им. A.A. Скочинского", вып. 106, "Разрушение горных пород", М.,1973.

7. Исследования удельного расхода резцов при "работе узкозахватных комбайнов на шахтах Кузбасса //М.С. Сафохин, А.Н. Коршунов, В.И. Великанов и др.// Горные машины и автоматика.-!967.-№>6,-с. 10-12.

8. Казанский A.C., Романенко Е.С. Рациональная геометрия горнорежущего инструмента.// Горные машины и автоматика.-1968,-№7.

9. Позин Е.З., Тон В.В. Методические основы расчета режущего инструмента на прочность.// Науч. сообщ. ИГД им. A.A. Скочинского.-М.:1972,-вып.92.

10. Тон В.В. Результаты изысканий новых материалов для формирования режущих инструментов.// Разрушение углей и горных пород.// ИГД им. A.A. Скочинского,-М.Т 985.-е. 10-17.

11. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Разрушение агрегированными инструментами. Коллективная монография., Наука, 1977, с. 1-160. '

12. Глатман Л.Б., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Инструмент очистных и проходческих комбайнов.-В кн.: Горное и нефтепромысловое машиностроение. М., ВИНИТИ АН СССР, 1978, Т.5.

13. Позин Е.З. Сопротивляемость углей разрушению режущими инструментами. М., Щука, 1972.

14. Резание угля.//Д.И. Барон, A.C. Казанский, Б.М. Лейбов, Е.З. Позин. М., Госгортехцздат, 1962.

15. Протасов Ю.И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.:Недра, 1985.-242 с.

16. М.И. Слободкин Основы аналитической теории резания углей.-Сб. "Разрушение углей и пород". Углетехиздат, 1947.

17. М.М. Протодьяконов. Исследование хрупкости и пластичностиуглей.-Сб."Разрушение углей и пород". Углетехиздат, 1958

18. Глатман Л.Б., Яшина Л.С. Методика испытания горных пород на статическое откалывание. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1980.

19. Исследования некоторых физических свойств горных пород. Под ред. В.В. Ржевского. М., Недра, 1967.

20. Износ'инструмента при резании горных пород. Л.И. Барон, Л.Б. Глагман. Изд-во "Недра", 1969.

21. Гетопанов В.Н., Казак Ю.Н., Солод В.И. Механизм разрушения пород инструментом выемочных горных машин. Сб. труд. МГИ №17, 1956, с.59-67.

22. Ильницкая Е.И. и др. Свойства горных пород и методы их определения. М.:Недра, 1969, с. 392.

23. A.B. Докукин, А.Г. Фролов, Е.З. Позин. Выбор параметров горных машин. М."Наука", 1976, с. 144.

24. В.И. Солод, В.И. Зайков, K.M. Первов. Разрушение горных пород отрывом. В сб. Исследования некоторых физических свойств горных пород. М.:Недра, 1967, с. 18-25.

25. Первов K.M. Исследования процесса разрушения горных пород отрывом. Канд. диссерт. М.: 1967.

26. Ильницкая Е.И. Определение сопротивляемости углей сдвигу и разрыву. Тр. ИГД АН СССР, т. 1 .Изд-во АН СССР, 1954.

27. Ильницкая Е.И. Определение сопротивляемости угля отрыву от целика забоя. Тр. ИГД. АН СССР, т.Н. М., Изд-во АН СССР, 1955.

28. Л.Н. Джиоев. Экспериментальные исследования анкерных креплений. Гидротехническое строительство, №9, Госэнергоиздат, 1956.

29. Пир Ю. Определение начальной прочности набрызгбетона по методу Кайндля-Мейко. Глкжауф (русс, перевод), 1986, №20, с. 28-30.

30. Людковский И.Г., Шарстук В.И. Прогрессивные методы крепления оборудования к фундаментам. М., Стройиздат, 1978, 115 с.

31. С.П. Бряков Определение прочности массива методом отрыва. Тр. ВНИМИ,Л„ 1974.

32. С.П. Бряков. Исследования деформаций и устойчивости бортов карьеров при комбинированном способе разработки. Канд. диссерт., Л., 1975.

33. М.М. Фрохт Фотоупругость. т.1 и 2. ОГИЗ, 1948-1950.

34. Р.И. Хаимова-Малькова. Методическое руководство по исследованию напряжений оптическим методом. ИГД им. A.A. Скочинского, 1963. ' "

35. И.С, Бабенков, К.И. Иванов, Г.Л. Хесин. Исследование взаимодействия бурового инструмента и породы методом фотоупругости. М., "Недра", 1970.

36. Г.Л. Хесии, И.С. Бабенков, К.И. Иванов. Распределение напряжений в буровом инструменте и породе. М., ЦНИИТЭИуголь, 1963.

37. Докукин A.B., Фролов А.Г. Совершенствование машин для добычи угля на основе положений кинетической теории прочности.//Науч.тр. //ИГД им. A.A. Скочисиского,-1967.Вып. 149.-е,33-41.

38. Оберт Л. Хрупкое разрушение горных пород.//Разрушение:т.7:ч.1.тл.2.-М. :МИР, 1973.

39. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. Изд. 2-е, т. Г, Изд-во "Красное знамя", 1973.

40. Журков С.Н. Физические основы прочности.// Наука и человечество.-М. .'Знание, 1937.

41. Позин Е.З. Исследование процессов разрушения углей механическими способами в ИГД им. A.A. Скочинского.// Уголь.-.1992.12.-е. 60-61.

42. Миронов Е.И. Новые методы разрушения горных пород при скоростной проходке горных выработок в США.// Горный журнал.-1978-№3.-с. 69-73.

43. Зицер И.С., Бескровный В.Т. Экономическая оценка и пути снижения затрат на крепление выработок в Кривбассе.// Горный журнал. 1984.-№1.-с. 38-40.

44. Экспериментальные проходки горизонтальных горных выработок комбайновым способом на шахтах Донбасса./Г.М. Алексеев, Л.Н. Макашев, M B. Равцов и др.//Горный журнал.-1980.-№9.-с. 34-35.

45. Развитие подземной разработки рудных месторождений СССР до 2000 года.-М.: АН СССР, ИГЖОН, 1984,- с.125.

46. Проблемы создания и внедрения горных машин с ударными исполнительными элементами.: Информационное сообщение о Всесоюзной научной конференции.-Караганда: КарПТИ.-1985.-с.58

47. Федулов А.И., Архипенко А.П. Анализ показателей гидроударных устройств.//ФТПРИ.-1986.-№4.-с. 58-69.

48. Hermann А. ShlagKopf-Vashinen. Wünschen und Hersteller-VoglichKeiten. Bergbau, 4, 1981, p. 169-174.

49. Горное дело: словарь.-2-е изд.-М.:Недра, 1974.-е. 503.

50. Позин Е.З., Меламед В.В., Тон В.В. Разрушение углей выемочными машинами.-М.:Недра, 1984.-е. 288.

51. Позин Е.З. Предпосылки развития научных основ разрушения угольных пластов для создания новых поколений выемочных машин.// Изв./ИГД им. A.A. Скочинского, 1991 .-№1 -с. 126-129.

52. Барон Л.И., Логунцов Б.М. Анализ различных способов разрушения горных пород применительно к созданию породопроходческих комбайнов: Отчет о НИР/ИГД им. A.A. Скочинского.-1968.-с.25.

53. Емелин М.А., Морозов В.Н., Новиков Н.П. Новые методы разрушения горных пород.-М.:Недра, 1990 -с. 240.

54. Фролов А.Г. К методике решения задачи увеличения выхода крупных классов и уменьшения пылеобразования при добыче угля.// Науч. сообщ./ИГД им. A.A. Скочинского, 1972-вып. 100,- с. 152-161.

55. Аналитические исследования взаимодействия шарошечного инструмента с породой. Краткий научный отчет. ИГД им. A.A. Скочинского, 1964.- с.44.

56. Посыльный В.Я., Шип-Стафурин В.В. Антрациты Восточного Донбасса (физико-механические свойства), Росиздат, 1971.

57. Ужик Г.В. Сопротивляемость отрыву и прочность металлов. Изд. АН СССР, М.-Л., 1950.-е. 255.

58. Зеленин А.Н. Резание грунтов. Изд. АН СССР, 1959.

59. Давидеиков H.H. Динамические испытания металлов. ОПТИ, 1936.

60. Иоффе А.Ф., Кирпичева М., Левицкий М., 1924.

61. Цытович H.A.Механика грунтов.М.,Высшая школа, 1973

62. Вобликов B.C. Исследования горных пород при высоком всестороннем давлении. Научный отчет. ИГД АН СССР, 1955.

63. Цытович Н.А.Исследование упругих и пластических деформаций мерзлых грунтов.Труды КОВМ,т.Х,1940.

64. Ильюшин A.A. Пластичность., 1948.

65. Солод В.И., Первов K.M. Некоторые новые закономерности процесса разрушения твердых материалов. Сб. тр. МГИ? 1974.

66. Солод В.И., Первов- K.M. Изыскание эффективных схем и средств разрушения забоя. М.: МГИ, 1976,-с.46.

67. Азерская К.Ф. Исследование основных факторов режима разрушения горных пород тангенциальными дисковыми шарошками. Автореферат канд. диссерт. М., 1974, с. 17.

68. Протасов Ю.И. Механическое разрушение, дробление и измельчение горных пород. Учебное пособие.М., МГИ, 1977, с.82.

69. Айзенберг Т.Б., Воронцов И.М., Осецкий В.М. Руководство к решению задач по теоретической механике. М.:Высшая школа, 1968, с.419. „

70. Воронков И.М. Курс теоретической механики. М/.Наука, 1965, с.595.

71. Мучник М.И. Анализ взаимодействия тангенциального дискового резца с угольным массивом. В сб. "Научные основы создания выеокопроизв. компл. механиз. и авгоматиз. шахт". М.:, 1980, с. 52-54.

72. Мучник М.И. Определение углов установки тангенциальных свободно-вращающихся дисковых резцов на исполнительных органах фронтального агрегата Ф-1. В сб. "Науч. основы созд выеокопроизв. компл. мех. и автоматиз. шахт". М.:МГИ, 1980, с. 73-75.

73. Крапивин М.Г. Горные инструмента.М.Недра, 1979, с.263.

74. Нестеров В.И. Экспериментально-теоретические основы повышения качества процесса взаимодействия рабочих органов очистных коибайнов с разрушаемым массивом.Диссерг.на соискание учен, степени док.техн.наук Кемерово,!989.

75. Карабанов М.Г., Калиниченко В.В., Шилов A.C. Исследование геометрических параметров дисковых шарошек. В сб. "Технология и техника струговой выемки антрацитов". Шахты, ШАХТНИУИ, 1978, с. 80-85.

76. Лемешко М.А. Исследование и установление рабочих параметров стругового режущего инструмента для разрушения крепких углей. Автореф. канд. диссерт. М.: 1980, 18 с.

77. Лозовский И.И. Исследование эффективности разрушения угля клинодисковым органом применительно к струговым установкам. Автореферат канд. диссерт., Донецк, 1969, с. 19.

78. Лозовский И.И. Угольный струг. A.C. СССР, №231484 от 05.04.60.

79. Субеханколов С.З., Лозовский И.И. и др. Угольный струг. A.C. № 350953 от 30.01.70.

80. Щрвов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.И. Исследование работы дисковых резцов на исполнительных органах стругового типа. Экспресс-информация. М., ЦНИЭИуголь, 1979, вып.7.(115), с. 19.

81. Коваль П.В., Первое K.M., Мучник М.И. Аналитические исследования внедрения клинового диска в угольный массив. Экспресс-информация. М., ЦНИЭИуголь, 1980, вып.4 (102), с.4.

82. Отчет: "Создать режущий инструмент струговых установок, обеспечивающих повышение стойкости в 1,3-1,5 раза в сравнении с скерийными". Шахты, ШАХТНИУИ, 1978, с. 67.

83. Солод В.И., Зайков В.И., Первов K.M. Горные машины и автоматизированные комплексы.Учебник для вузов.-М.,Недра, 1984, с.503.

84. Мучник М.И. Исследование и выбор параметров разрушения забоя струговым исполнительным органом фронтального агрегата, оснащенного свободновращающимеся дисковыми резцами. Кан. диссерт., М., МГИ, 1983

85. Малов А.И. Общетехнический справочник. М., Машиностроение, 1971, с. 462.

86. Определение боковых усилий на оси дисковой шарошки при разрушении твердых включений/А.Н. Коршунов, В.И. Нестеров, A.A. Силкин, A.A. Хорешок// Механизация горных работ :Межвуз. сб. науч. тр./КузПИ.-Кемерово, 1980,-с.3-8.

87. Определение пути трения лезвия дисковой шарошки/А.Н. Коршунов, В.И. Нестеров, A.A. Силкин, Б.Л. Герике// Механизация горных работ:Межвуз. сб. науч. тр./КузПИ.-Кемерово, 1978.-Вып.2.с. 3-7.

88. Ригель В.Р., Слуцкер Л.И., Томашевский Э.И. Кинетическая природа прочности твердых тел. М., Наука, 1974.

89. Журков С.Н. К вопросу о физической основе прочности.-Физика твердого тела.т.22, вып. 10, 1980, с. 13-15.

90. Первов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.И. Исследование работы дисковых резцов на исполнительном органе стругового типа. (Рукопись деп. в ЦНИИЭуголь 30.03.79, № 1437), 12 с.

91. Отчет: "Исследование работы исполнительных органов выемочных машин с клановыми дисками" , М., МЩ 1979, Номер Г.Р. 74055127.

92. Программа обработки графической информации с помощью установки "Силуэт" и ЭВМ "Минск-32", Шахты, ШАХТНИУИ, 1974, с. 52.

93. Инструкция по парному корреляционному анализу многомерных массивов. Шахты, ШАХТНИУИ, 1974, с. 49.

94. Отчет:"Создать и освоить автоматизированный струговый агрегат типа Ф-1 для выемки пластов угля мощностью 1,6-2,25 м. с углами падения до 18° с производительностью 6000-7500 т/сутки. М., МГИ, 1979, с. 93.

95. Механическое разрушение крепких горных пород/ Логов А.Б., Герике Б.Л., Раскин А.Б .- Новосибирске: Наука. Сиб. отд-ие, 1989, с. 141.

96. Коршунов А.Н.,Дергунов Д.М. Сравнительные испытания дисковой шарошки и радиального резца в лабораторных условияхУ/Вопросы механизации горных работ:Сб.паучлр./КузПИ.-Кемерово, 1972.-вып.2-с.204-218.

97. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.Машиностроение, 1977, с. 278.

98. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М. Машиностроение, 1977, с. 423.

99. Теория пластической деформации металлов. ЕЛ. У иксов, У. Джонсон, В.Л. Колмогоров и др. /Под ред. Е.П. Уиксова, А.Г. Овчинникова. М. Машиностроение, 1983, с. 598.

100. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983, с. 200.

101. Овчинников А.Г., Хабаров A.B. Прямое выдавливание цилиндрических стаканов.-В кн.: Совершенствование процессов объемной штамповки. М.: МДНТП,, 1980, с. 103-108.

102. Семенов Е.И., Овчинников А.Г., Дмитриев А.М. Исследование процесса обратного выдавливания. Изв. вузов. Машиностроение, 1975, №12, с. 121-126.

103. Теория пластичности. Аркулис Г.В., Дорогобид В.Г. Учебное пособие для вузов. М.Металлургия, 1987, с. 352.

104. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973.

105. Закономерность ползучести и длительной прочности: Справочникпод ред. С.А. Шестерикова.-М : Машиностроение, 1981, с.

106. Янженик К.П. Технология пайки твердосплавного металлообрабатывающего инструмента. М.: 1961, ВНИИ.

107. Хомяк Б.С. Твердосплавный инструмент для холодной высадки и выдавливания. М.: Машиностроение, 1981, с. 184.

108. Кузнецов O.A., Почалов А.И. Прочность паяных соединений. М.Машиностроение, 1987, с. 112.

109. Мороз Л.С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. Л.: Машиностроение, 1984, с. 224.

110. Обработка импульсным магнитным полем (метод и техника). Материалы IV научно-технического семинара с международным участием по нетрадиционным технологиям в машиностроении. София-Горький, 1989.

111. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин.-М.:Машш10строение, 1989, с. 112.

112. Преображенский A.A. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М.:Выешая школа, 1972, с. 460.

113. Берштейн М.Л., Пустовой В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. М.Машиностроение, 1987, с. 256.

114. Винтер Э.К. Магнитное резание в металлах. М.:МИР, 1976, с. 486.

115. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: МИР, 1982, с. 520.

116. Крагельский Н.В., Мухин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1984, с. 280.

117. Гузенков П.Г. Детали машин. М.: Высшая школа, 1986, с. 490.

118. Есин А.П., Пашкович В.И. Магнитно-импульсная обработка металлов. НИИМАШ. Вып. 14 (108), с. 42-49.

119. Способы испытания металлов и сплавов. Справочник./Под ред. Н.ЕЗ. Крагельского. М.: Машиностроение, 1983, с. 320.

120. Барон Ю.М., Сенчило И. А. Изменение эксплуатационных характеристик поверхностей инструментов из быстрорежущих сталей в результате их перемагничивания.// Труды Ленинградского политехнического института, вып. 109, 1980, с. 177-181.

121. Гаркунов Д.Н., Суранов Г.И., Коптяева Г.Б. О природе повышения износостойкости деталей и инструмента магнитной обработкой.// Трение и износ, 1982, №2, с. 496-498.

122. Постников C.H. Электрические явления при трении и резании.-Горький: Волго-Вят. изд-во, 1975, с. 280.

123. Дистлер Г.И., Каневский В.М., Москвин В В., Постников С.Н., Рябинин Л.А., Сидоров В.П., Шнырев Г.Д. О влиянии слабого импульсного магнитного поля на реальную структуру твердых тел.// ДАН,-1982, т. 268, с. 591-593.

124. Солод В.И., Зайков В.И., Первов K.M. Исследования процесса разрушения материалов отрывом. Горный журнал. Известия ВУЗов. 1966, №7.

125. Солод В.И., Зайков В.И., Первов K.M. Разрушение горных пород отрывом. Сб. научн. тр. МГИ "Исследования разрушения горных пород", М„ МГИ, 1967.

126. Солод В.И., Первов K.M. Результаты исследования напряжений в плоских и объемных моделях. Сб. докладов конференции по физике горных пород. М., МГИ, 1967.

127. Солод В.И., Первов K.M., Зайков В.И., Вержанский П.М. Резервы повышения производительности комбайнов с буроскалывающим исполнительным органом. Сб. науч. тр. МГИ. М., МГИ, 1968.

128. Солод В.И., Первов K.M. Влияние формы передней грани рабочего инструмента на процесс разрушения. Сб. науч. тр. МГИ, М., МГИ, 1968.

129. Солод В.И., Первов K.M. Исследования напряжений, возникающих при динамическом развитии трещины. Сб. науч. тр. МГИ. М., МГИ, 1968.

130. Гетопанов В.Н., Первов K.M., Рачек В.М., Ревский Д.Ф. Удельная энергоемкость процесса разрушения песчано-глинистых руд комбайнами КШ-1КГ, 1К70. Угольное и : горно-рудное машиностроение. 2-70-3, 1970.

131. Гетопанов В.Н., Первов K.M., Рачек В.М., Ревский Д.Ф. Результаты испытаний комбайна 1К70 на песчано-глинистом блоке. Горнометаллургическая промышленность. №2, 1970.

132. Первов K.M., Гетопанов В Н., Рачек В.М. Исследования процесса разрушения песчано-глинистых руд. Горно-металлургическая промышленность. №4, 1971.

133. Первов K.M., Рачек В.М., Вержанский П.М., Косорыгин Л.В. Исследования физико-механических свойств песчано-глинистых руд. Горно-металлургическая промышленность. №4, 1971.

134. Первов K.M., Рачек В.М., Вержанский П.М. Экспериментальная установка для определения сопротивляемости резанию в забое. Угольное и горнорудное машиностроение. 2-71-7, 1971.

135. Первов K.M., Ревский Д.Ф., Гетопанов В.Н. и др. Исследование процесса разрушения песчано-глинистых руд в действующих забоях комплекесно-механизированных лав с помощью специальной установки. Горно-металлургическая промышленность. №7, 1971.

136. Солод В.И., Первов K.M. Общие вопросы исследования очистных комплексов и выемочных агрегатов. Сб. науч. тр. МГИ-ТГШ "Исследования и совершенствование очистных комплексов". Тула, ТПИ, 1973.

137. Ш.Ревский Д.Ф., Первое K.M., Костин А.К.,-Вержанский П.М. К вопросу определения обощенности показателя сопротивляемости разрушению песчано-глинистых руд. Горно-металлургическая промышленность. № 12, 1973.

138. Солод В.И., Первое K.M. К вопросу уменьшения пылеобразования при работе выемочных машин. Докл. науч.-техн. совещ. ИГД им. A.A. Скочинского., 1972.

139. Солод В.И., Первов K.M., Баранов Ю.Л., Яковлев К.Н. Результаты испытаний резца со свободно-вращающимеся клиновыми дисками. Горно-металлургическая промышленность. №6, 1974.

140. Солод В.И., Первов K.M. Нектороые новые закономерности процесса разрушения твердых материалов. Сб. науч. тр. МГИ по проблеме "Научные основы создания высокопроизводительных комплексно-механизированных шахт". М., МГИ, 1974.

141. Сол од В. И., Первов K.M., Буй Нгок Куэ, К вопросу об элементарном цикле резания горных пород. Сб. науч. тр. МГИ по проблеме "Научные основы создания высокопроизводительных комплексно-механизированных шахт" М., МГИ, 1974.

142. Солод В.И. Первов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.М. Шахтные испытания стругового исполнительного органа, оснащенного дисковыми резцами. Сб. Подземная разработка тонких и средней мощности пластов.-Тула, ТПИ, 1978, с. 13-19.

143. Первов K.M., Лемешко М.А., Баранов Ю.А. К вопросу о новых схемах и способах разрушения угля струговыми исполнительными органами. Тезисы докладов всес. науч. конф. ВУЗов СССР, М., МГИ,1972.

144. Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А. Исследование процесса разрушения крепких углей дисковыми режущими инструментами Материалы научного Совета по проблеме: "Новые способыпроизводства работ в горном деле". М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1978.

145. Первов K.M., Лемешко М.А., Мучник М.И. Исследования работы дисковых резцов на исполнительных органах стругового типа. Деп. в ЦНИЭИуголь, № 437, 1979.

146. Коваль П.В., Первов K.M., Бурыгин А.Г. Методы и средства исследования параметров горных машин. М., МГИ, 1981.

147. Первов K.M., Кулев И.В. Определение области применения резцового инструмента проходческих комбайнов. Деп. в ЦНИЭИуголь, №2920, 1984.

148. Первов K.M., Грабский A.A. Выбор и обоснование параметров поворотныз резцов для разрушения крепких горных пород. Тезисы доклада VIII Республ. науч.-техн. конф. молодых спец. и ученых. Кохтла-Ярве, 1986, с. 12.

149. Первов K.M., Кантович Л.И., Грабский A.A. Определение физико-механических свойств горных пород по параметрам разрушения. В сб. Комплексн. исслед. физич. св-в горн, пород и процессов: Тезисы доклада IX Всес. науч.-техн. конф. М., 1987,- с. 11.

150. Первов K.M. Условия прочности и параметры разрушения горных пород. Тезисы докл. I Всес. семинара "Проблемы разраб. полезных ископаемых в условиях высокогорья". Фрунзе, 1987.

151. Первов K.M., Мусабеков Д.Х. Разработка износостойких режущих инструментов на основе композиционных материалов. IX Респ. конф. "Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев''., Кохтла-Ярве, 1989.

152. Первов K.M., Куликов Ю.Н. Методика определения класса прочности материалов. М., МГИ, 1988.

153. Первов K.M. Об энергетическом показателе для оценки качества горных машин. В сб.: Повышение качества горного оборудования. МГИ, 1988, с. 57-60.

154. Первов K.M. Определение прочностных и деформационных свойств горных пород по параметрам разрушения. В е.: Способы воздействия на массив горных пород для экономичной и безопасной отработки угольных пластов.-М.:МГИ, 1985, с.51-54.

155. Артемьев H.A., Первов K.M., Симдянов А.И. О распределении напряжений в горной породе под действием перемещающейся струи жидкости. Сб. науч. тр. КузГШ.-Кемерово, 1985, с.27-31.

156. Нестеров В.И.Экспериментальные и теоретические основы повышения качества процесса взаимодействия рабочих органов очистных комбайнов с разрушаемым массивом.Автореферат докт. диссертации, 1989.

157. Первов K.M. Физико-технические основы выбора параметров горных машин. Сб. науч. тр. Механизация горных работ на угольных шахтах.-Тула:ТуПИ, 1989, с. 120-126.

158. Первов K.M., Капитонов Г.Н., Мусабеков Д.Х. Физико-механические основы повышения ресурса проходческих резцов. Механизация горных работ: Межвуз. сб. науч.тр. Кузбасс, политех. ин-т.-Кемерово, 1990.-C.72074.

159. Первов K.M., Артемьев H.A. Анализ напряженно-деформированного состояния соединения твердосплавного керна в резцах и долотах.

160. Международный симп. "Горная техника на пороге XXI века", 17-19 октября 1995 г.-М.:МГГУ, 1996., с. 152-154.

161. Konstantin Perwow, Wladimir Morozovv, Stanislaw Mikula. Wykorzystanie pola magnetycznego dla popravvy trwaloci elementow maszyn gorniczych. V Konferencja naukowo-teclmiczna. Ustron-Zawodzie, 13-15 Listopada 1996.

162. Первов K.M.,Бурыгин А.Г.Интегральный показатель сопротивляемости горных пород разрушению. Сб. "Управление состоянием угленосной толщи".М.,Изд.МГИ, 1982,с.35-37.

163. Solod V.l., K.M. Pervov, A.G. Burigin, M.A. Lemeshko. Jovesztogerek teljesitmenyigenyenele szamitasa laboratoriumi vizsgalat alapjan/ NME Kozlemenyei, Miskolc, I. Sorozat, Bariyaszat, 30 (1982) Kotet, 3-4, fuzet, 235-240.

164. А.С. № 732529 СССР.Угольный струг/Солод В.И., Первов K.M., Карабанов М.Г. и др./ опубл. 05.05.80. Б.И. №17,1980.

165. А.с.№ 800362 СССР. Исполнительный орган фронтального агрегата./Первов K.M., Мучник М.И., Бурыгин А.Г. и др./Опубл. 30.01.81. Б.И. №4, 1981.

166. А.с.№ 785484 СССР. Породоразрушающий инсгрумеит./Первов K.M., Мучник М.И., Лемешко М.А. и др./Опубл. Б.И. № 45, 1980.

167. А.с.№ 838455 СССР. Устройство для измерения сил резания./Солод В И., Первов K.M., Карабанов М.Г. и др./Опубл. 15.06.81. Б.И. №22,1981.

168. А.с.№ 787642 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Карабанов М.Г., Первов K.M. и др./Онубл. 15.12.80. Б.И. № 46, 1980.

169. А.с.№ 926272 СССР. Породоразрушающий инструмеит./Первов K.M., Павельев В.Б., Бурыгин А.Г. и др./Опубл. 07.05.82. Б.И. № 17,1982.

170. А.С. № 541985 СССР. Струговая установка./Солод В.И., Картавый Н.Г., Первов K.M. и др./Опубл. 05.01.77. Б.И. № 1,1977.

171. А.с.№ 608927 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Первов K.M., Коленцев М.Т. и др./Опубл. 30.05.78. Б.И. №20, 1978.

172. А.с. №605961 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И, Первов K.M., Баранов Ю.А. и др./Опубл. Б.И. №17, 1978.

173. A.c. № 318687 СССР. Инструмент для разрушения горных пород и угля./Солод В.И., Гетопанов В.Н., Первов K.M. и др./Опубл. 28.10.1971. Б.И. №32, 1971. • .

174. А.с. № 318693 СССР. Инструмент для разрушения горных пород./Солод В.И., Первов K.M., Рачек В.М. и др./Опубл. 28.10.1971. Б.И. № 32, 1971.

175. A.c. № 376653 СССР. Струговый резец./Солод В.И., Первов K.M., Картавый Н.Г.'.и др./Опубл. 05.04.1973. Б.И. № 17, 1973.

176. A.c. № 473930 СССР. Способ определения прочностных характеристик горных пород./Солод В.И., Первов K.M., Шахова К.И. и др./Опубл. 14.06.1975. Б.И. №22, 1975.

177. A.c. № 474615 СССР. Стенд для исследования рабочих параметров струговых агрегатов/Солод В.И., Первов K.M., Рачек В.М. и др./Опубл. 05.07.1979. Б.И. № 25, 1979.

178. A.c. № 718601 СССР. Исполнительный орган фронтального агрегата./Солод В.И., Первов K.M., Лемешко М.А. и др./Опубл. 28.02.80. Б.И. №8, 1980.

179. А.С. № 711284 СССР. Вращающийся резец./Солод В.И., Первое K.M., Капырин В.И. и др./Опубл. 25.01.80. Б.И. №3, 1980.

180. A.c. № 717328 СССР. Породоразрушающий инструмент /Солод В.И., Первое K.M., Лемешко М.А. и др./Опубл. 25.02.80. Б.И. № 7, 1980.

181. A.c. № 1704518 СССР. Резец для горных машин./Кантович Л.И., Первов K.M., Антонов В.П. и др./Д.С.П.

182. А.С. № 785484 СССР. Породоразрушающий инструмент./Первов K.M., Мучник М.И., Лемешко М.А. и др./Опубл. 07.12.1980. Б.И. № 45,1980.

183. А.с.№ 1097786 СССР. Режущий орган горных машин./Лавилов А.Г., Потураев В.Н., Солод В.И., Первов K.M. и др./Опубл. 15.06.1984. Б.И. №22,1984.

184. A.C. № 1528906 СССР. Исполнительный орган фронтальног агрегата./Гетопанов В.Н., Рачек В.М., Первов K.M. и др./Опубл. 15.12.1989. Б.И. №46, 1989.

185. А.с.№ 605961 СССР. Струговый исполнительный орган./Солод В.И., Первов K.M. Баранов Ю.А. и др./Опубл. 05.05.1978. Б.И. № 17, 1978.

186. А.с.№ 1814260 СССР. Припой для пайки керамических композиционных материалов./Капитонов Г.Н., Мусабеков Д.Х., Первов К.М. и др./ 11.10.1992. Д.СП.

187. Патент № 2064620 РФ. Реверсивный привод./Малхасьян Р.В., Александров В.Е., Первов K.M./ Опубл. 27.07.1996. Бюл. № 21.

188. Патент № 2153006 РФ.Способ магнитной обработки инструмента, деталей машин и сборочных единиц./Малыгин Б.В.,Первов А.К.,Первов K.M.,Первов В.К. и др./ Опубл. 20.07.2000.Бюл.№ 20.2951. ШриU/ожеше W

189. Московский государственный горный университет1. Утверждаю:

190. Ген. директор НПП "Прочность"ский Г.П.2000 г.1. Утверждаю:ор МГГУ по аботеов C.B.июля^ООО г.1. Методикаопределения прочностных характеристик смерзшегося угля и параметров его разрушения.

191. Разработал: Доцент кафедры Горные машины и оборудование, к.т.н. Первов K.M.1. Москва-2000 г.

192. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМЕРЗШЕГОСЯ УГЛЯ.11. Назначение методики.

193. Отличительной особенностью данной методики является то, что все названные прочностные характеристики определяются одновременно на одном образце.

194. Таким образом, значительно повышается информативность исследования за счет того, что результаты получают на одном образце.

195. Это повышает достоверность сведений о свойствах пород и делает результаты расчете конструкций более точными.

196. В целом методика ощутимо сокращает время исследования материалов, снижает трудоемкость исследований и их стоимость.12.Научная основа методики.

197. Рр ^ ^ОСЖ . У о ^ ^осж . Рр ^ ^ О ^ <*п ^ор <*„ 1 Т ' Но 2 <*оргде Бо, с1п, Но - параметры отделяющегося элемента: верхнее основание, нижнее основание и высота отрыва. аосж, аор, т - предел прочности соответственно на сжатие, растяжение и сдвиг.

198. С, С., С2 коэффициенты, характеризующие хрупкопластичные свойства твердых материалов.

199. Доказано, что криволинейная образующая отделяющегося элемента является частью эллипса, полуосями которого служат параметры разрушения:а = (2)21. Ь=Н0 (3)

200. В соответствии с этим можно написать уравнение эллипса, которое. будет иметь вид:а

201. Решая это уравнение относительно X, получим:а пг2-21. Х = У (5)2 Ъ

202. Подставляя Значения а и Ь из выражения (2) и (3), преобразуем уравнение (5) в следующее:х °' - "2 2Н0

203. Аналогично уравнением эллипса описывается кривая, выражающая зависимость размеров -больших оснований Б элементов (рис. 1.2.), отделяющихся от массивов, от глубины отделения 1т

204. Решая это уравнение относительно Б, получим:

205. Р = а1,+(Ро-ал|1-(11н*°)2 дао

206. Последнее уравнение дает возможность, пользуясь, одним пуансоном диаметром с!п и производя отрывы с двух различных глубин И меньших Но, получить два уравнения с двумя неизвестными Бо и Но.

207. Решая эти последние уравнения при экспериментально полученных значениях Б и Ъ, определяем максимальные параметры отделяющегося элемента Бо и Но, а по последним, используя формулу (1), определяем коэффициенты:1. С = —С, = —С, = —(9) ^ Н0

208. Таким образом, если известен один какой-либо из пределов прочности, то по соотношениям (1) можно определить и все остальные:аосжСаор' аосж = С^; т = С2аор (Ю)

209. Предел прочности на растяжение <70р определяется по формуле:4Ра0Р= /IV (П)где Р нагрузка на пуансоне в момент отрыва.

210. Несущая способность породы определяется по формуле:н.с.=^ор(С2-1) (12)

211. Угол внутреннего трения р определяетяся по полученным значениям параметра разрушения Бо и ёп; (—- = —, аналогичноп ^орпостроению огибающих к кругам напряжений в диаграмме Мора (рис. 1.З.).

212. Проведенными иследованиями также установлено, что величина, обратная коэффициенту С\, есть коэффициент Пуассона,устанавливающий связь между поперечными (с1п) и продольными (Но) параметрами разрушения, т.е.:1 т\1 (13)с, Н0 а0с жгде коэффициент Пуассона.

213. Методикой предусмотрено проведение опытов с применением пуансонов с плоским основанием, на образцах материалов выровненной свободной поверхность, получающейся при заливке в обойму с целью предотвращения развала образца при нагружении на отрыв.

214. При этом для испытания пригодны образцы в виде круга или квадрата. Текущее значение высоты Ъ устанавливается путемпросверливания отверстия, соответствующего диаметру пуансона ёп. Следует установить две высоты отрыва:1. Ь, =<*„; ь2 = 2с!п

215. Порядок приготовления образца.

216. Для приготовления образца необходимо иметь полую металлическую обойму диаметром 100 мм. и высотой 70 мм., имеющую в верхней и нижней части внутреннюю проточку для лучшего сцепления с замороженной массой, (рис. 1.4.).

217. Кольцевую обойму ! необходимо поставить на поддон 2 в центре которого имеется полированная металлическая вставка 3.

218. Образец погружают в воду на 10-15 минут, а затем ставят в холодильную камеру и замораживают до необходимой температуры.

219. Аппаратура и оборудование.

220. Пресс обеспечивает плавное нагружения. При проыведении опытов должны использоваться цилиндрические инденторы. Верхнее основание такого индентора должно быть ровным, не иметь повреждений и сколов кромки.

221. Инденгор должен вставляться в патрон, головка которого снабжена резьбой, и зажимается при помощи наклонной гайки. Схема опытов показана на рис. 1.4.

222. Число исследуемых образцов.

223. Число образцов Н>бР, которое нужно исследовать, зависит от требуемого числа единичных испытаний Пиш, а последнее от заданных точностей и надежности определения, с одной стороны, и от вариации искомой характеристики у материалов данной группы с другой.

224. В качестве расчетной используется обычная формула математической статистики:1. П = (14)1. ДОП

225. Величину нормированного отклонения принимают в зависимости от задаваемой надежности Риад.(табл.1.)табл. 1,

226. Задаваемая надежность 0,68 0,70 0,75 0,8 0,85 0,9 0,90 0,995 0,990 0,997 0,999

227. Нормир-ое отклонение ',0 1,04 1,15 1,28 1,44 1,65 1,96 2,0 2,58 3,0 4,0

228. Для исследовательских работ величину допускаемой относительной ошибки Кдоп можно принимать в пределах 8-12%.

229. Рекомендуется ориентироватся на следующие минимальныезначения надежности Рпад и соответствующие им величины 1Юрм (табл. 2.)табл.2.

230. Цель исследований р г над ^иорм

231. Для определения в прямых производственных 0,8 1,28целях

232. Для производственно-исследовательских работ 0,9 1,65

233. Для специальных лабораторных исследований 0,95 1,96физико-технического контроля 16. Порядок испытаний.

234. В соответствии с вышеизложенным рекомендуется следующий порядок испытаний материалов:

235. Используя данные табл.2, и формулы 14, определяют число исследуемых образцов и изготавливают их, руководствуясь указаниями раздела 2 по выбору размера и толщины образцов.

236. В назначенные для испытаний сроки образцы испытывают, продавливая инденторы выбранного диаметра и фиксируя разрушающую нагрузку Р. На каждое испытание используют два образца с высверленными отверстиями глубиной Ь1=с1п и 112=2^.

237. Замеряются размеры О большего основания отрываемого элемента, отделенного с глубины Ь. и Ъ2 расчитываются величины Эо и Но решением системы уравнений, составленной на основании уравнения (8).

238. На основании уравнения (1) определяются величины коэффициентов С, Сь С , характеризующих хрупкопластичные свойства материалов.

239. На основании формулы (11) расчитывается величина Сор, а затем, используя формулы (10) и (12), величины Т, |И и анс

240. Таким образом, нагрузка на любом инструменте определяется площадью его контакта с породой и ее контактной прочностью.

241. Последнее положение дает возможность определить нагрузки на режущем инструменте (реи.2.4.).

242. Давление на переднюю грань инструмента будет равно:1. Р = Р Яп к п.г.где 8п.г. --площадь контакта по передней грани. Давление на заднюю грань:1. РА,

243. Соответственно на боковые:1. Р Р Ч1 б ~ 1 к б .г.

244. Где 8, ,. и 8б.г соответственно представляют собой площади затупления резца по задней и боковой граням. Высота проекции площадки контакта Ьс на основании (7) определяется по формуле:ьгде Ъ глубина резания.

245. Определение оптимальных параметров разрушения.

246. Оптимальными параметрами разрушения применительно к режущему инструменту шаг I и глубина Ь резания будет такая, которым соответствует минимальные затраты энергии.

247. При этом следует иметь ввиду, что существует два режима резания: блокированный и полублокированный.

248. Поэтому следует в первую очередь определить оптимальную глубину резания в блокированном режиме, а затем оптимальный шаг резания.

249. На основании проведенных в МГИ исследований зависимость (2) полностью соответствует режиму блокированного резания, т.е.:303н„ Ъ16)ьгде 11 оптимальная глубина резания для резца шириной Ь. Отсюда находим:1. Ь0 = ЬС, (17)

250. Как следует из рисунка 2.3. оптимальный шаг имеет место при расстоянии между резцами:- I.= (»8)где В ширина развала (аналог Оо). На основании (3) можем записать:15.с.1. Тогда получим: Iо„т=С2Ь +и19)

251. Таким образом, для любого резца по формулам (17) и (18) можемопределить оптимальную глубину и шаг ^пт резания.

252. Причем, эти параметры могут быть определены двумя путями:а) по геометрическим параметрам разрушения (8).б) по известным значениям физико-механических характеристик горных пород (16).

253. Рис. 1.2. Зависимость размеров основания элементов от глубиныотделения.

254. Рис.1.4. Схема проведения опыта.306

255. Разработал : Доцент кафедры Горные машины и оборудование, к/г.н. Первов К.М.1. Москва-2000 г.

256. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД.11. Назначение методики.

257. Отличительной особенностью данной методики является то, что все названные прочностные характеристики определяются одновременно на одном образце.

258. Таким образом, значительно повышается информативность исследования за счет того, что результаты получают на одном образце.

259. Это повышает достоверность сведений о свойствах пород и делает результаты расчете конструкций более точными.

260. В целом методика ощутимо сокращает время исследования материалов, снижает трудоемкость исследований и их стоимость.12.Научная основа методики.

261. С, Сь С2 коэффициенты, характеризующие хрупкопластичные свойства твердых материалов.

262. Доказано, что криволинейная образующая отделяющегося элемента является частью эллипса, полуосями которого служат параметры разрушения:а = —2-(2)21. Ь = П 0 (3)

263. В соответствии с этим можно написать уравнение эллипса, которое будет иметь вид:1. Х~Т} У21 (4) .а В

264. Решая это уравнение относительно X, получим:1. D0 ахл/В2"У2 (5)2 Ь

265. Подставляя значения а и b из выражения (2) и (3), преобразуем уравнение (5) в следующее:х=Г)" п- "dWJ>- (6)2 2НО

266. Аналогично уравнением эллипса описывается кривая, выражающая зависимость размеров больших оснований D элементов (рис. 1.2.), отделяющихся от массивов, от глубины отделения h.

267. Решая это уравнение относительно !), получим:1. GOp=-——— (И)

268. D = da + (D0-da)Jl-(hH"o)2 (8)

269. Последнее уравнение дает возможность, пользуясь, одним пуансоном диаметром du и производя отрывы с двух различных глубин h меньших Но, получить два уравнения с двумя неизвестными Do и Но.

270. Решая эти последние уравнения при экспериментально полученных значениях D и h, определяем максимальные параметры отделяющегося элемента Do и Но, а по последним, используя формулу (1), определяем коэффициенты:1. С = —С, = С, = (9)d„ d„ Н0

271. Таким образом, если известен один какой-либо из пределов прочности, то по соотношениям (1) можно определить и все остальные:аосж = * = с2аор до)

272. Предел прочности на растяжение <Jop определяется по формуле:4Pгде Р -нагрузка на пуансоне в момент отрыва.

273. Несущая способность породы определяется по формуле:5.„,.=°ор(С2-1) 02)

274. Угол внутреннего трения р определяетяся по полученнымзначениям параметра разрушения Do и dn; (—- — —аналогично^орпостроению огибающих к кругам напряжений в диаграмме Мора (рис. 1.З.). ; .

275. Методикой предусмотрено проведение опытов с применением пуансонов с плоским основанием, на образцах материалов выровненнойсвободной поверхность, получающейся при заливке в обойму с целью предотвращения развала образца при нагружении на отрыв.

276. При этом для испытания пригодны образцы в виде круга или квадрата. Текущее значение высоты Ь устанавливается путемпросверливания отверстия, соответствующего диаметру пуансона ¿п. Следует установить две высоты отрыва:1. Ь2=2<Зп

277. Порядок приготовления образца.

278. Методикой предусмотрено проведение опытов с применением пуансонов с плоским основанием, на образцах материалов с выравненной свободной поверхностью.

279. При этом для испытаний пригодны образцы в виде круга или квадрата. Текущее значение высоты отрыва И устанавливается путемпросверливания отверстия, соответствующего диаметру пуансона (1п.

280. Аппаратура и оборудование.

281. Пресс обеспечивает плавное нагружения. При проыведении опытов должны использоваться цилиндрические инденторы. Верхнее основание такого индентора должно быть ровным, не иметь повреждений и сколов кромки.

282. Индентор должен вставляться в патрон, головка которого снабжена резьбой, и зажимается при помощи наклонной гайки. Схема опытов показана на рис. 1.4.

283. Число исследуемых образцов.

284. Число образцов Ы0бР, которое нужно исследовать, зависит оттребуемого числа единичных испытаний 11ИС1Ъ а последнее от заданных точностей и надежности определения, с одной стороны, и от вариации искомой характеристики у материалов данной группы с другой.

285. В качестве расчетной используется обычная формула математической статистики:1. П^12нфм (14)1. Кдоп

286. Величину нормированного отклонения принимают в зависимости от задаваемой надежности Рнад.(табл.1.)табл.1.

287. Задаваемая надежность о;б8 0,70 . .0,75 0,8 . 0,85. 0,9 .0,90. 0,995 0,990 0,997 0,999

288. Нормир-ое отклонение 1,0 1,04 1,15 1,28" 1,44 1,65 1,96 2,0 2,58 3,0 4,0

289. Для исследовательских работ величину допускаемой относительной ошибки Кдоп можно принимать в пределах 8-12%.

290. Рекомендуется ориентироватся на следующие минимальные значения надежности Рнад и соответствующие им величины 1НОрм (табл. 2.)табл. 2.

291. Цель исследований Рнад ^норм

292. Для определения в прямых производственных 0,-8 1,28целях

293. Для производственно-исследовательских работ 0,9 1,65

294. Для специальных лабораторных исследований 0,95 1,96физико-технического контроля 16. Порядок испытаний.

295. В соответствии с вышеизложенным рекомендуется следующий порядок испытаний материалов:

296. Используя данные табл.2, и формулы 14, определяют число исследуемых образцов и изготавливают их, руководствуясь указаниями раздела 2 по выбору размера и толщины образцов.

297. В назначенные для испытаний сроки образцы испытывают, продавливая инденторы выбранного диаметра и фиксируя разрушающую нагрузку Р. На каждое испытание используют два образца с высверленными отверстиями глубиной И^п и Ь2=2с1п.

298. Замеряются размеры Э большего основания отрываемого элемента, отделенного с глубины Ь. и 112 расчитываются величины Бо и Но решением системы уравнений, составленной на основании уравнения (8).

299. На основании уравнения (1) определяются величины коэффициентов-С, Сь С , характеризующих хрупкопластичные свойства материалов.

300. На основании формулы (11) расчитывается величина ОГор, а затем, используя формулы (ТО) и (12), величины Т, р. и СГис.

301. Определение контактных нагрузок на инструменте.

302. Таким образом, нагрузка на любом инструменте определяется площадью его контакта с породой и ее контактной прочностью.

303. Последнее положение дает возможность определить нагрузки на режущем инструменте (реи.2.4.).

304. Давление на переднюю грань инструмента будет равно:1. Р = Р Ч1. П К Л.Г.где 8п.г площадь контакта по передней грани.1. Давление на заднюю ¡рань:

305. Соответственно на боковые:

306. Где 83 г и Эбл. соответственно представляют собой площадизатупления резца по задней и боковой граням.

307. Высота проекции площадки контакта Ик на основании (7) определяется по формуле:ъгде И глубина резания.

308. Определение оптимальных параметров разрушения.

309. Оптимальными параметрами разрушения применительно к режущему инструменту шаг I и глубина 1г резания будет такая, которым соответствует минимальные затраты энергии.

310. При этом следует иметь ввиду, что существует два режима резания: блокированный и полублокированный.

311. Поэтому следует в первую очередь определить оптимальную глубину резания в блокированном режиме, а затем оптимальный шаг резания.

312. На основании проведенных в МГИ исследований зависимость (2) полностью соответствует режимублокированного резания, т.е.:16)а„ ьгде 1т оптимальная глубина резания для резца шириной Ь. Отсюда находим:ь0 = ЪС1 (17)

313. Как следует из рисунка 2.3. оптимальный шаг имеет место при расстоянии между резцами:ьоп,= В+2 (18)где В ширина развала (аналог Бо). На основании (3) можем записать:ь„1. Тогда получим:опт=С2Ь + | (19)

314. Таким образом, для любого резца по формулам (17) и (18) можем определить оптимальную глубину Ь0 и шаг 1;опт резания.

315. Причем, эти параметры могут быть определены двумя путями:а) по геометрическим параметрам разрушения (8).б) по известным значениям физико-механических характеристик горных пород (16).где Ь глубина резания.

316. Определение оптимальных параметров разрушения.

317. Оптимальными параметрами разрушения применительно к режущему инструменту шаг 1 и глубина И резания будет такая, которым соответствует минимальные затраты энергии.

318. При этом следует иметь ввиду, что существует два режима резания: блокированный и полублокированный.

319. Поэтому следует в первую очередь определить оптимальную глубину резания в блокированном режиме, а затем оптимальный шаг резания.

320. На основании проведенных в МГИ исследований зависимость (2) полностью соответствует режиму блокированного резания, т.е.:•-Л-С, (,6)1. Л ьгде И оптимальная глубина резания для резца шириной Ь. Отсюда находим:1. Ь0 = ьс1 (17)

321. Как следует из рисунка 2.3. оптимальный шаг имеет место при расстоянии между резцами:ь1. К+2 08)где В ширина развала (аналог Бо). На основании (3) можем записать:1. Д-с,1. Тогда получим:опт=С2Ь + | (19)

322. Таким образом, для любого резца по формулам (17) и (18) можем определить оптимальную глубину }10 и шаг 10пт резания.

323. Причем, эти параметры могут быть определены двумя путями:а) по геометрическим параметрам разрушения (8).б) по известным значениям физико-механических характеристик горных пород (16).5 1 *• ^ у 0 А

324. Рис. 1.2. Зависимость размеров основания элементов от глубиныотделения.

325. Рис. 1.4. Схема проведения опыта.3171. Т>рижоотклей,

326. Москоский государственный горный университет1. Утверждаю:м.директо1. Утверждаю:ектор МГГУ по ой работетунов С.В.июля.20001. Методикаопределения физико-механических параметров горных пород по параметрам разрушения отрывом.

327. Разработал : Доцент кафедры Горные машины и оборудование, к.т.н. Первов К.М.1. Москва-2000 г.

328. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД.11. Назначение методики.

329. Отличительной особенностью данной методики является то, что все названные прочностные характеристики определяются одновременно на одном образце.

330. Таким образом, значительно повышается информативность исследования за счет того, что результаты получают на одном образце.

331. Это повышает достоверность сведений о свойствах пород и делает результаты расчете конструкций более точными.

332. В целом методика ощутимо сокращает время исследования материалов, снижает трудоемкость исследований и их стоимость.12.Научная основа методики.

333. О ^ ^ОС.Ж . О Q . О £ Т0d„ tfop ' d„ 1 т ' И0 2 CJ0Pгде Оо, с1п, Но - параметры отделяющегося элемента: верхнее основание, нижнее основание и высота отрыва.аосж, (7ор, т предел прочности соответственно на сжатие, растяжение и сдвиг.

334. С, Сь С2 коэффициенты, характеризующие хрупкопластичные свойства твердых материалов.

335. Доказано, что криволинейная образующая отделяющегося элемента является частью эллипса, полуосями которого служат параметры разрушения:а.^"'1" (2)21. Ъ=Н„ (3)

336. В соответствии с этим можно написать уравнение эллипса, которое будет иметь вид:00 24)а2 В2

337. Решая это уравнение относительно X, получим1. О» ах =л/В2-У2 (5)2 Ь

338. Подставляя значения а и Ь из выражения (2) и (3), преобразуем уравнение (5) в следующее:х = (6)2 2НО

339. Аналогично уравнением эллипса описывается кривая, выражающая зависимость размеров больших оснований Б элементов (рис. 1.2.), отделяющихся от массивов, от глубины отделения 1т

340. Решая это уравнение относительно Б, получим:

341. В = с1„ + (00-с1п)л|1-У^А)1 (8)

342. Последнее уравнение дает возможность, пользуясь, одним пуансоном диаметром <1п и производя отрывы с двух различных глубин Ь меньших Но, получить два уравнения с двумя неизвестными Бо и Но.

343. Решая эти последние уравнения при экспериментально полученных значениях Б и Ь, определяем максимальные параметры отделяющегося элемента Бо и Но, а по последним, используя формулу (1), определяем коэффициенты:1. С = (9)1. Л, (!„ Н„

344. Таким образом, если известен один какой-либо из пределов прочности, то по соотношениям (1) можно определить и все остальные:осжСс:ор; ^осж = = С2СГор (10)

345. Предел прочности на растяжение <тор определяется по формуле:4Ра0Р= ^ Л2 ч (п)где Р нагрузка на пуансоне в момент отрыва.

346. Несущая способность породы определяется по формуле:с.=^ор(С2-1) (12)

347. Угол внутреннего трения р определяетяся по полученным значениям параметра разрушения Бо и с!п; (—— ——, аналогичнопостроению огибающих к кругам напряжений в диаграмме Мора (рис. 1.З.).

348. Методикой предусмотрено проведение опытов с применением пуансонов с плоским основанием, на образцах материалов выровненнойсвободной поверхность, получающейся при заливке в обойму с целью предотвращения развала образца при нагружении на отрыв.

349. При этом для испытания пригодны образцы в виде круга или квадрата. Текущее значение высоты И устанавливается путемпросверливания отверстия, соответствующего диаметру пуансона (к. Следует установить две высоты отрыва:= (1„; А = 2<!„

350. Порядок приготовления образца.

351. Методикой предусмотрено проведение опытов с применением пуансонов с плоским основанием, на образцах материалов с выравненной свободной поверхностью.

352. При этом для испытаний пригодны образцы в виде круга или квадрата. Текущее значение высоты отрыва И устанавливается путемпросверливания отверстия, соответствующего диаметру пуансона (Зп.

353. Аппаратура и оборудование.

354. Пресс обеспечивает плавное нагружения. При проыведении опытов должны использоваться цилиндрические инденторы. Верхнее основание такого индентора должно быть ровным, не иметь повреждений и сколов кромки.

355. Индентор должен вставляться в патрон, головка которого снабжена резьбой, и зажимается при помощи наклонной гайки. Схема опытов показана на рис. 1.4.

356. Число исследуемых образцов.

357. Число образцов Мобр, которое нужно исследовать, зависит от требуемого числа единичных испытаний Писп, а последнее от заданных точностей и надежности определения, с одной стороны, и от вариации искомой характеристики у материалов данной группы с другой.

358. В качестве расчетной используется обычная формула математической статистики:1. П = (14)К1. ДОП

359. Величину нормированного отклонения принимают в зависимости от задаваемой надежности Рнад.(табл.1.)табл.1.

360. Задаваемая надежность 0,68 0,70 0,75 0,8 0,85 0,9 0,90 0,995 0,990 0,997 0,999

361. Нормир-ое отклонение 1,0 1,04 1,15 1,28 1,44 1,65 1,96 2,0 2,58 3,0 4,0

362. Для исследовательских работ величину допускаемой относительной ошибки Кдоп можно принимать в пределах 8-12%.

363. Рекомендуется ориентироватся на следующие минимальные значения надежности Ршд и соответствующие им величины ^орм (табл. 2.)табл.2.

364. Цель исследований Рнад ^норм

365. Для определения в прямых производственных 0,8 1,28целях

366. Для производственно-исследовательских работ 0,9 1,65

367. Для специальных лабораторных исследований 0,95 1,96физико-технического контроля 16. Порядок испытаний.

368. В соответствии с вышеизложенным рекомендуется следующий порядок испытаний материалов:

369. Используя данные табл.2, и формулы 14, определяют число исследуемых образцов и изготавливают их, руководствуясь указаниями раздела 2 по выбору размера и толщины образцов.

370. В назначенные для испытаний сроки образцы испытывают, продавливая инденторы выбранного диаметра и фиксируя разрушающую нагрузку Р. На каждое испытание используют два образца с высверленными отверстиями глубиной 1г1=с1п и 112—2<1П.

371. Замеряются размеры Б большего основания отрываемого элемента, отделенного с глубины и Ьг расчитываются величины Бо и Но решением системы уравнений, составленной на основании уравнения (8).

372. На основании уравнения (1) определяются величины коэффициентов С, Си С , характеризующих хрупкопластичные свойства материалов.

373. На основании формулы (11) расчитывается величина Сор, а затем, используя формулы (10) и (12), величины Т, ц и СТп с.

374. Определение контактных нагрузок на инструменте.

375. Таким образом, нагрузка на любом инструменте определяется площадью его контакта с породой и ее контактной прочностью.

376. Последнее положение дает возможность определить нагрузки на режущем инструменте (рси.2.4.).

377. Давление на переднюю грань инструмента будет равно:1.,, =где 8п.г. площадь контакта по передней грани.1. Давление на заднюю грань:1. Рз =

378. Соответственно на боковые:р р о1 б ~ 1 к б.г.

379. Где 8ЗЛ ; и Ббл. соответственно представляют собой площадизатупления резца по задней и боковой граням.

380. Высота проекции площадки контакта Ьк на основании (7) определяется по формуле:и 111. Ьк=— (15)Цгде 1т глубина резания.

381. Рис. 1.2. Зависимость размеров основания элементов от глубиныотделения,

382. Рис. 1.4. Схема проведения опыта.

383. Российская Федерация roe акционерное обществопо производству кварцевого песка

384. РАМЕНСКИЙ Ю-ОБОГАТИТЕЛЬНЫЙ КОМБИНАТ140111, Московская область, Каменский р-н, п.о. Чулково Тт. Авиационная Моск. ж. д. Р/сч 40702810900400140081 ФМАКБ "Возрождение" Бронницы, Московской обл. тел.552-17-64 секретарь

385. О внедрении рекомендаций, разработанных в докторской Диссертации Первова К М, «Обоснование и выбор параметров И критериев взаимодействия системы: Горная порода горные Машины «на ОАО «Раменский горно-обогатительный комбинат»

386. Департамент экономики металлургического комплекса ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

387. ТАГАНРОГСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД»

388. Обоснование и выбор параметров и критериев взаимодействия системы "Горная порода горные машиньГ

389. Валки чугунные редукционного стана в ТПЦ-1 в коп 28 шт для труб ди-л 146 мм.

390. Валки пильгера в ТПЦ-2 ст 55 X калибр 178 в кол 4 шт.

391. ОАО "ТАГМЕТ" готов провести испытания обработанного магнитно-имульсным методом инструмента и подготовить отчет.

392. В результате проведенных работ было получено увеличение стойкости: 2 пильгера на 50 "/.

393. Отрезные резцы в 2 раза механ. мастерская Оправки 215 мм на 50 "Л - 2 шт

394. Резцы из сплава Т 15 К 6 увеличилась стойкость на 15-20 V. Сверла в 2 разагнеральныи директор D0 "ИНТЕРРЕСУРС 3000"1. П.РЕШЕТНИКОВ ^ 2000 г,-ЗР1. АТОВСКИй 2000 г.f о дэ1. Чилоилнш. Л//3 краины

395. Государственная холдинговая компания "СПЕЦШАХТОБУРЕНИЕ"

396. Государственное открытое акционерное общество

397. T0PE3CK0E ШАХТОПРОХОДЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО БУРЕНИЮ СТВОЛОВ М СКВАЖИН"es, Дшкша* обл., ул. Широк» 8. КвдОКПО М1М338оте («154} 3-44-89,3-25-30 (факс), 91-30-97 Р/с 2fi007301«é0lll » ПИБ г. Topen. МФО 334282

398. Нача^^К.ЩСУгЗ треста ^аед^ёстрой''1. Ш^Ш. Аладышев1.йй'1«» .о1-:,1. АКТшахтных испытаний буровых юронок БУ—43, •обработанных магнитно-импульсным шлем на , установке "Магнетрон"

399. Комиссией .1 с» ставе: Рабинович Б.Л. начальник УПР4 Сйтдиков Н.М. - бригадир проходчиков УЛМюлупаев А.И. звеньевой проходчиков УПР-1

400. Сечение выработки в проходке, иР Я)^ , '

401. Крепость пород в почве .пласта, -10-12

402. Количество буримых шпуров в почве пласта,шт.—!6 Крепость пород в кровле пласта, --:7-9"

403. Количество буримых, шпуров в кровле пласт а, шт. £8 и Мощность пласта, м. - 1,1

404. Количество шпуров в пласте угля, шт. -,16 •1. Глубина шпура, м , ; ;

405. Выкрашивания победитового сплава в экспериментальных коронках не наблюдало сь„ г-. .

406. Экономический эффект от применения экпериментальиой -щронки ЕУ-43 на один цикл составил: 20860 руб х 2,7 = 56322 рубля.

407. На основании проведенных исследований можно -сделать следующие выводы: ' ' „•. . .,-„«

408. Технология магнитно-импульсного упрочнения буровых коронок на установках "Магнитрон" является эффективной и позволяет существенно повысить их ресурс.

409. Необходимо разработать рекомендации по применеиию установок "Магнитрон" для упрочнения горнорежущего инструмента и других изнашивающихся элементов бурового оборудования в условиях шахт1. АО "Ростовуголь". ^1. Т " ' . \ ' ' ^1. Подписи:

410. Рабинович Н.М.Ситдиюз А.И.КЬлупаев-П.й.Сухаче^. •г 1 '} ЗДГ'V1. У „ 45 ^1. Л'!1. ЗГ^амлпмл.шлл. /л/ггг.Каменногорек

411. Выборгского р-на Ленинградской обл.

412. После ШО изделия выдерживались для завершения магнитных процессов в течении 24 часов.

413. Все перечисленные изделия испытывались при обработке гранит с характеристиками:- категория крепости пород X- предел прочности на сжатие, МПа 200-360- трещиноват ость, м/м2 0,38-1,2истираемость на круге, г/см2 - 0,Х5г-0,39

414. Бурение шпуров коронками БКПМ 0 42 мм осуществлялось на участках № 1 и № 2 с использованием перфораторов ПП633,

415. Коронки БГ-22 0 22 мм применялись на перфораторе ГШ-36В при разделке блоков в соответствии с заданными размерами.

416. Экспериментальные штангиё * 25 использовались при бурении на участках № I.

417. Хвостовики ХПК-24 применялись непосредственно в цехе при обработке.гранита бучардами БЧГ 16x12, БЧГ 36x7 .

418. Одновременно с экспериментальными изделиями работали серийн: сравнение производилось по числу пробуренных шпуров (или метражу1. Испытания показали;

419. МИО бурового инструмента и оснастки для обработки гранита существенно влияет на их долговечность, повышает надежность и, соответственно, ресурс.

420. Буровые коронки БКПМ; после ШО проходят по 15-18 шпуров , глубиной 0,8, м, вместо. 8-9 для. серийных коронок.

421. Буры БГ-22 при ручной разделке блоков перфораторами ПП 363 / проходят 69-80 шпуров (6,9 8,0 м) против 48-55 шпуров - длсерийных .

422. Буровые штанги 25 после ШО на момент составления протоко поломок не имеет, отработав 4 .смены. Из той же партии серийны штанги в течении смены менялись дважды (два комплекта штанг3.на один уступ).

423. Хвостовики 5ШК-24 после ШО в течении 5 смен (т.е. рабочей недели) не имели отказов. *

424. Средний расход серийных хвостовиков на одного рабочего в неделю составляет 3-4 шт.

425. Технологические параметры ШО являются индивидуальными для каждого вида изделия и зависят от большого количеств факторов: геометриии изделия, режима термообработки, мар стали, характера работы, условий нагружения, квалификащрабочих и т.пр.

426. АО "Каменногорское карьероуправление" заинтересовано в приобретении технологии и установок ШО для применения впроизводственном процессе добычи и обработки гранита.

427. МТУ следует рассмотреть вопрос применения , : . технолог ШО для; шарошек станков СБШ и алмазного отрезного и шлифовального инструмента .1. Выводыгорном

428. Начальник горного цеха Горный мастер: Бригадир кольщиков: Брищадир кольщиков:1. От МГГУ:1. От мСткойкарьермаш"а:г. Москва1. ДЮТ т В.Н1. Пав ель ев В

429. Зеленпрва Луж&нов в.: Каменский 1г Долгопрудный Московская обл.1. Мы, нижеподписавшиеся,

430. Ефимов А.Б. начальник цеха No. 1. Березовский C.B. - старший мастер

431. Алиев A.M. оператор станка для бучардирования "Пеллиргини"

432. Брезгин A.B. оператор станка для бучардирования "Пеллиргини"

433. Бучарды БЧТ-1бх8 изготовлены в цехе No.3 ОАО "МКК".

434. В качестве обрабатываемого материала использовался гранит "Джин-Тау" II группы твердости.

435. Настоящий акт составлен о проведении шахтных испытаний буровых коронок РП 42, обработанных магнитно-импульсным полем, при проведении вентиляционной сбойки запасного выхода из лавы 1019.

436. Испытания проводились 21-22 ноября 1994 г.1. Комиссией в составе:

437. Яроцевич М„А. начальника участка горнокапитальныхработ

438. Перцева Ю»В, горного мастера

439. Смольского Ю.И. бригадира проходчиков1. Первова К Л. доцента МГТУ

440. Для проведения испытаний были отобраны 15 буровых коронок Щ 42,, разбитых на 3 группы по 5 штук в каждой.

441. Каждая группа коронок маркировалась и обрабатывалась с определенным режимом в магнитно-импульсном поле:

442. Время импульса 0,5 с. выдержка - 1с, кол-во импульсовза цикл 9, количество циклов - 5, выдержка между циклами - 2мин,2, 0,7 с I с - 9 импульсов;3„0,7с-2с18 импульсов.

443. Испытания проводились при проведении вентиляционной сбойки по песчанику крепостью ^ = 6-8; с применением колонковых сверл ЭБГП-1, установленных на породо-погрузочной машине»

444. В результате испытания установлено:

445. Испытания проводились на Ярославском шоссе перед эстакадой(у г.Королев) на фрезерной машине "Вирбак-ЮООС".

446. Всего с экспериментальными резцами было пройдено 4 полосы длиной по 160 метров, при этом:

447. Комиссия считает целесообразным применять техняшогию МИО на всех машинах системы "Виртгнет".на I полосе заменили на 2 полосе заменили на 3 полосе заменили на 4 полосе заменили2 резца 4 резца3 резца б резцов1. А.К.Первов1. В.А.Соколовский1. Н.Е.Доброва

448. Б набор входит 5 резцов разной конфигурации, армированных твердосплавными пл'аотинаш ВК-8, припаянными к деркавке латунью ЛвЗ с нагревом ТВЧ.

449. В качестве критериев оценки приняты:1. ЗИирояодка комплекта резцов *- абразивный износ твердосплавных пластин •- разрушение твердого сплава в процессе работы (сколы)• » 1&чество изготовления резцов.

450. АО^Ко^гамраглор", горний цех; западный борт; уступ ¿'¿25,26; (горизонт 221-225 м)>

451. Оборудование: ькашерезная боровая шшшш МКВ-1 производства

452. АООТ Машиностроительного завода ш.{адиншш М.И., звено

453. Испытания нроводались при иарезашш прошшлешшх уступов горизонтальным и продольная резом, продол прочности мрамора при одаоосиш сжатии составлял б*сж»«Ш МГ1а.

454. Наиболее нагрунеш резда они имеют наибольший износ и к повторной заточке оказываются ихмгеддаш около 50р резцов »того тша. ; . V >

455. При отработке комплекта о 50$ резцрв о ШО, установить прей-гдаество того шш иного варианта не удалось из-за недостаточного , объема пп^орвдш*7. Результат испытаний.

456. Иаибояыдую прохожу после первой заточки ползали розщ, подвергнуто МЙ0? с шюстиишли твердого сплава ШШ и ШЮ. После повторной заточки набщдалось существенное сшшоние их стойкости. Везгр, аршровшшыо тверда сплавом серийного проиэN