автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров коронок и резцов исполнительных органов проходческих комбайнов

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи КРЫЛОВСКИЙ Игорь Леопольдович

УДК 622.232.83.23.054 (043.3)

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОРОНОК Н РЕЗЦОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Авторефе par диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель .канд. техн. наук, доц. ЗАИКОВ В. И.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук МУЛЬТАНОВ С. И., канд. техн. наук МОСТАКОВ В. А. '

Ведущее ¡предприятие —'Моо.мегрострой.

Защита диссертации состоится « 1992 г.

в Л ^ час. на заседании специализированного совета

К-053.12.03 в'Московском ордена Трудового Красного Знамени горнем институте ло адресу: 117935, ГСП-1, Москва, В-49, Ленинский шрос-пект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан и%9. » .^мрфяу* , 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, доц. ШЕШКО Е. Е.

; ОБЩАЯ ХАРАКТЕК1СТЖА РАБОТЫ

.Актуальность теш. Расширение области применения котМайковой технологта проведения выработок является одним из ваян йших направлений научно-технического прогрессе и угольной промышленности. На пахтах" стран СНГ имеется около 2200 проходческих комбайнов. Производительность их крайне низка и составляет около 150 м в месяц. По-прежнему остается весьма высокий расход инструмента, составляющий в среднем 0,16 шт/мя разрушенной порода.

В городской подземном строительстве такиз остро стоит проблема мехачизации проведения выработок, в частности коротких забоев н рассечек.

Одшш из основных узлов, в значительной мере определяющих как параметры проходческой машины, так и эффективность ее работы, является коронка, оснащенная резцовым инструментом.

В настоящее время при проектировании коронки определяется лить часть- необходимых геометрических параметров, многие из которых определяттся приблизительно. В шешихсч научных исследованиях по геометрии коронок заложена упрощенные модели резцедержателя с резцом на поверхности коронки, не учитывающие реальные конструктивные формы и размеры резцедержателя с резцом и тела коронки. Это не дает возможности обеспечить рациональные реяимн работы резцов, что приводит к повышенному их износу и заметному повышению энергоемкости разрушения.

Работы в области совершенствования конструкции коронок не исключают необходимости дальнейшего развития конструкции собственно породоразрушаадего шетрукента, поскольку резервы снижения энергоемкости рэзрупенкя порода резцаглг типа РИС, которши осяаизется большинство исполютелышх органов проходческих комбайнов, практически исчерпаны. '

Таким образом, обоснование и выбор параметров коронок и резцов исполнительных органов проходческих комбайнов , обеспечивающие повышение эффективности процесса разрушения горных пород, являются весьма актуальной задачей.

Цель работы - создание математической модели резцовой коронки и установление нагружьяности торцевых ерша: дихся резцов для обоснования и выбора параметров коронок и резцов исполнительных органов проходческих комбайнов , обеспечивающих повшяегаш эффективности процесса разрушения х-орных пород. Идея работы. Точность расчета геометрических параметров коронки, обеспечивающая рациональные режимы работы резцозого " инструмента,

достигается при условии учета конструктивной Форш и размеров кз-ронки, резцедержателя и инструмента при строгом математическое описании их взаимного расположения в пространстве, а снижение удельной энергоемкости процесса разрушения порода достигается за счет создания энергосберегающего инструмента и рациональных параметров размещения инструмента на поверхности коронки.

Научные положения, разработанные лично автором, и новизна:

- математическая модель резцовой коронки, предназначенная для определения ее геометрических Параметров (координат вершил резцов, углов ориентации их осей, величин передних и задних статических и кинематических углов и углов разворота) должна, наряду с геометрическими параметрами резца и тела коронки, учитывать также геометрические параметры ре зцедераателя . и копструктивнуг форму его опорной поверхности;

- методика проектировочного расчета коронки проходческого комбайна с исполнительным органом избирательного действия обеспечивает получение всех геометрических параметров резцовой коронки, включая расчет рабочих углов резца и угла его разворота, вписываемость резцедержателей в форму забоя и проверку их размещаемоети на коронке, а также получение эскизного чертеяа коронки с указанием рекомендуемых мест установка резцедержателей;

- основные закономерности процесса ^разрушения горных пород новым типом инструмента торцевыми вращающимися резцами, и метод расчета их нагруженности.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и ррчомеидаций подтверждаются :

- удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных, по геометрии резцовой коронки;

- представительным объемом экспериментальных исследований;

- сходимость» расчетных и фактических данных по усилиям резания и подачи на резце РГВ; проверкой полученных экспериментально зависимостей по статистическим критериям при уровне значимости 0,05;

- опытом использования предложенной методика проектировочного расчета коронки, реализованной в вида программного обеспечения, в четырех проектных организациях и при разработке проекта комплекса пКЗ-5'6 в МГЙ совместно С СКВ СГО,

Знач&ш^ р^оти. Научное значение раёоты заключается в; - развитии методов аналитического описания резцовой коронки про-ходчбСкой машины;

- разработке итерационных алгоритмов, позволяющих с ^заданной точностью определять геометрические параметры резцовой коронки, что является дальнейшим развитием теории проектирования проходческих машин;

- установлении зависимости усилий, действующих на торцевые вращающиеся резца, и удельной энергоемкости процесса разрушения породы от геометрических параметров этих резцов, углов их разворота, параметров режима резания и прочностных характеристик породы, я также в разработке метода расчета нагруяенностн торцевых вращающихся резцов, что валяется расширением представлений о процессах механического разрушения горних пород.

Практическое значение работы :

- создано прикладное программное обеспечение "КоронКАД" для персонального компьютера типа 1Ш РС АТ, предназначенное для проектировочного расчета резцовой коронки проходческой машины избирательного действия;

- определены рациональные параметры торцевых вращающихся резцов, углов их установки и режима резания;

- разработана конструкция коронки исполнительного органа проходческого комплекса для проведения коротких забоев и рассечек.

Реализация работы :

- разработано Техническое Задание на проектирование проходческого комплекса для проведения коротких забоев и рассечек;

- программное обеспечение "КоронКАД" приобретено и используется четырьмя проектными организациями - ЩШШодзешашеы, Донгипроугде-машеы, ДонУГИ и Ясиновзтским магоаводом им. 60-летия СССР ;

- разработана совместно с ИГД им. А.А.Скочинского и Копейским машиностроительным заводом конструкция коронки для проходческого комбайна КП-20.

Ащобавдм^раОота. Содержание и основные положения работы были доложены:

- на V Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности "Система "Челов« • машина-среда" в горном деле. Настоящее и будущее" (Москна, ГЭЭии

- на VI всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов у голь,, ой промышленности "Системный подход в горном деле. Проблемы, теория, методы." (Москва, 1991).

Пуб.тшкгнщи. По теме диссертации опубликовано 8 научных раб. т.

Объем работа. Диссертация состоит из Евед?ния, трс-х глав и I

юшчвния,-изложенных на 143 страницах машинописного текст?, содержит 71 рисунок, 24 таблицы, список использованной литературы и два приложения. ,,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросами моделирования и расчета резцовых коронок занимались Г.И.Архипов, A.A. Гавриков ,'б.й.ЗайкоЕ, В.П.Колесников, А.В.Локтионов, В.А. Мостаков, H.A. Свиридова, Ю.Г.Храпов, Иштван Шумеге (Венгрия) и другие учение. Их усилиями было сформировано представление о резцовой коронке как о достаточно слояной пространстве1шой системе, геометрическими параметрами которой являются: форма и размеры тела коронки, параметры с хеш набора инструмента, рабочие углы резцов (передние и задние статические и кинематические углы и углы разворота резцов), параметра размещения резцедержателей на теле коронки.

Ключевым вопросом в геометрической модели резцовой коронки является формализованное описание расположения, и ориентации отдельного резца на коронке. На этой основе шжно получить информацию о рабочих углах резца и остальных геометрических параметрах коронки. В существующих иагеыатических моделях коронки считаются заданными координаты вершины резца и ориентация его оси в пространстве, либо (Что эквивалентно) координаты вершины резца и еще одной точки на его оси. Мспользоъать такие иодели затруднительно, поскольку получить указанные параметры на стадии проектирования невозиокно: резцедержатель с закрепленным ..в нем резцом можно рассматривать, как тьердое тело и при задании его положения в пространстве лишь двумя точками остается неопределенной одна степень свободы,

В изучении процессов разрушения горных пород применительно к ра-Оотс проходческих комбайнов большой вклад- внесли Л.И.Барон, Н.А.Ьрекнер, Е.К.Гуоеиков, В.Л.Долгов, с.Л.Загорский, В.И.Зайков, З.Ш.Кекелидзе, М.Г.Краиявин, Д.И.Малиоьанов, С.И.Мультанов, В.И.Со-лид, ШЛ'.Храпов и другие ученые. iUui были разработаны теоретические представления о процессе резания порода и' установлены основные закономерности, характеризуете процесс разрушения породного ыассиЕа HfirtoiäOpoTHUioi и поворотными резцами.

Значительный интерес представляет вопрос о возможности создания инструмента, оолидащбго достонистваш как поворотных резцов (высо-кС'й износостойкостью), та« и неповоротних резцов (меньшими усилиями и-' теикп^ски ocrp.>u резце). Таким инструментом могут явиться

резцы, названные торцевыми вращающимися резцами (РТВ) и представляющие собой круглый стержень с вогнутой передней поверхность» и с реяущей частью, выполненной в виде твердосплавного кольца. Анализ патентных материалов и литература показал, что такая конструкция предлагалась, но никем не испытывалась.

В соответствии с поставленной целью на основании литературных источников и результатов ранее проведенных исследований были сформулированы следующие задачи работа :

- разработать обобщенную математическую модель резцовой коронки, учитывавши с заданной точность» конструктивную форму и размеры тела коронки и резцедержателей с резцами;

- разработать основанную на такой математической модели методику проектировочного расчета резцовой коронки, пригодную для реализации в виде программного обеспечения для ЭВМ;

- разработать энергосберегающую конструкцию резцового инструмента для проходческих машин;

- определить зависимость нагрухенности такого резца и энергоемкости процесса разрушения порода от конструктивных и регимных параметров и прочностных характеристик порода, а также установить рациональные значения конструктивных и режимных параметров;

- разработать методику расчета нагруяегаюсти нового инструмента.

В разработанной математической модели положение резцедержателя

с резцом в пространстве задано тремя точками. Поскольку резцедержатель, как твердое тело, находящееся в состоягаш устойчивого равновесия на поверхности тела коронки, контактирует с ней в трех точках, не лежащих на одной прямой, для задания расположения резце-деряателя с резцом в пространстве были выбраны именно эти три том ¡и контакта. Типичная конструкция опорной поверхности резцедержателя, рассчитанная на установку резцедержателя на произвольной выпуклой поверхности, всегда позволяет определить такие три точки (рисЛ). Координата вершины резца А связана с координатами опорных точек в,с и о через конструктивные размеры резцедержателя с резцом. Ми получили геометрическую модель резцедержателя с резцом в саде тетраэдра АЕСО, которая однозначно и точно описывает расположение резцедержателя с резцом в пространстве и отражает при отсм наличие контакта опорной поверхности резцедержателя с поверхностью тела коронки. Место расположения резцедержателя с резцом на теле -коронки удобно задавать координатой У точки Е, лежащей на поверхности тела коронки посередине мезду передними опорным« точками В и О. и углом

Рис I Реиец на коронке: а-вид сбоку б - ввд сниау ь -геометрический иидель резца и резцедержателе на поверхности коронки

Г

!..». У ЫИ1, 11'>лД

: « ......

¡Г-

. . х. -X у ;

ню

¿00

300

500

КоЧ'Дниа'ра У уетшювки кулака

7 кип,град

Рш. V ЧоИИо.Ыклп'Ь С1а>)1>№<.КМ< (> и

1С1Шб!к-1'|*ЧесКИХ (/ ЬШ!) ОаДЦИХ углов Р*:> цои от координаты У кутка (ьсмбайн 1...Л))

разворота резцедержателя р\

Для задания координат ХД и 1 пяти точек А,В.С,О и Е требуется 15 уравнений. Они задают расстояния между вершинами тетраэдра, условия расположения опоршх точек тетраэдра и точки Е на поверхности тела коронки (при этом форма профиля тела коронки может быть задана функщей вида !?Су>), разворот резцедержателя на угол (3', положение точки Е в тетраэдре и координата У текущего положения точки £ (УЕ1). Добавлено также 16-е уравнение, задающее поворот коронки. Система уравнений, описывающая математическую модель резцедержателя с резцом на теле коронки, имеет следующий вид :

+«д-2В>2 = АВ2 (I)

«в~х/ + ав'у(9г +сгБ-гсэ2 = ВС2 (2)

СХд-х/ + (Уд-Ус)2 +(2д-гс>2 = АС2 (3)

«д-х/ + (Уд-У^2 №о>2 = АО2 (4)

С Хв-Хо>2 + СУв-Уо)2 кг^/ = ВО2 (5)

СХс-Хр)2 + СУс-У^2 = СО'1 (6)

Хв2 + 2ъг = Й2(УВ> (7)

хс2 + 10г = (3)

р р ? хо * Ч = О)

хв2 + гЕ2 = в;2суе> Хл (Ю)

С08(8') = -- О (11)

/^хгхс,)г+(уЕ-Уу,)г+(г1;-гс,)г ХЕ = О, (12)

УЕ = УЕ1 (13)

<хв-хЕ>2 + сув-уе)2+ <.гь-г$г = ев2 . (14)

схс-х/ + <ус-у/+ = ВС2^2 (15)

схП-хЕ>г + <^0-Уе)2+ С2ц-2е>2 = тг <1о)

Общее аналитическое решение данной системы уравнений отсутствует, поскольку функция, описывающая произвольную форму тела коронки, не всегда может быть задана в виде аналитической зависимости. Поэтому данную систему уравнений следует решать с использованием

численных методой. Бил разработан алгоритм, позволяющий получить численное решение данной система уравнений с заданной степенью точности. Форма осевого сочипия тела коронки при этом задается сплайн аппроксимацией ооразулицей тела коронки с достаточно малым шагом. Для получения численного решения используется метод бисе-кции. Алгоритм имеет три урсыш. На нижнем уровне, исходя из полу-чшшой с верхнего >ровня координата ''' точки Е, вычисляются с заданной точностью координаты опорных точек и D. На втором уровне производится корректировка расстояний ЕВ и ED, с тем чтобы рас-стоятю между точками в и D соответствовало заданному с заданной точностью. Затем на этом уровне производится точный расчет координат точки A, lia верхнем уровне производится проверка соответствия координаты y вершина резца а значению, получешюму из схемы набора резцов суммированием магов резания в предыдущих линиях за вычетом вылета первого резца за ьершину коронки. Если полученная ошибка на атом уровне превосходит заданную точность, проводится корректировка координаты У точки Е установки резцедернателя. Исходное значение Yî. может быть задано рааиш половине длины коронки, а граница поиска по координате у на верхнем уровне - от нуля до длины коронки:. Сходимость алгоритма на всех трех уровнях обеспечивается адекватным выбором границ для поиск« половинным делением.

Для определении положения оси резца в пространств в модель реэцедеркателя с резцоы добаи«летен точка F, лежащая на оси резца на расстоянииi равном рчсстоннщ!, АС, от его вершины А. . Угол мевду осью резца к ребром ас тегрьчдра можно измерить на соорочнэи чертеже резцедйр*т-елн с резцом. Для получения координат точки F методами, известными из аналитической геометрии, производится поворот точки С, координаты которой к этому времени уке вычислена, и» угол в систииз коордаиот, связанной с резцов. Затем мрожшодаТ" сн \шр«ход в систему координат, связанную с коронкой. Прямое в обратное преобразование координат достигается серия» Пдолед&ыгселшм полорото» octîî ц параллелью;» переносов системы координат.

Результатом описанного вычислительного процесса ныич.кя определение с заданной точцоеад> змачекий ксорвдеат иерьшш реэца. и оиоршх точек резцедержатели, а тает» оряейтациа оси резни и пространстве -

Известно, что для достижения рационального ре*имч работы рйзцй большое значение иыеит величины «го переднего и ¡.'-щиего угнш. Нч««чина переднего угла влияет на нагрухниность резца, а величиша

задного угла - из интенсивность изнашивания. Известно также, что при величине заднего угла менее 5...8 "град интенсивность изнашивания резца типа РКС резко возрастает. Значения переднего и заднего углов резца типа РКС достаточно просто определить с использовз1мем описанной выше модели. С учетом' угла заострешм керна резца 0 передний и задний кинематические углы резца равга соответственно:

1С

"кин

(17)

Ткин = Ф - 0,5 « 0. (18)

где ф - угол атаки резца :

VW * VW + VW

<р » 1t - асов

/v| ♦ + v| АГ <*»

где Vx,Vy,Vz -составляплсие скорости вершины резца.

В результате вычислений по описанным вшле формулам были получены зависимости заднего статического и кинематического углов от геометрии тела коронки, места установки резцедержателя и угла его разворота, длина стрелы комбайна к величины подачи (для кинематического заднего угла). Отмечено, что величина заднего угла существенно снижается с увеличением радиуса установки резцедержателя. Угол разворота резцедержателя тоге влияет на величину заднего утла, причем на конической части коронки зта зависимость имеет минимум вблизи угла разворота 5 град на забой (точное полотше этого минимума зависит от радиуса установка резцедержателя). Получен результат, не совпадающий с выводами некоторых работ по моделированию резповой коронки: величина кинематического заднего угла резца на продольно-осевой коронке практически не зависит от д.таны стрелы. Это .происходит потому, что Y-составляющая скорости вершины резца, обусловленная вращением стрелы, на 2 порядка меньше скорости боковой подачи коронки и на 3 порядка меньше составляющей скорости вершины резца, обусловленной вращением коронки.

На рис.2 дан график зависимости задних статических и кинематических углов резцов FKC-2 от места размещения резцедержателя на коронке комбайна К-20. Качественно подобные

зависимости имеют место и на других коронках.

Как известно, утол райворота резца (3 существенно влияет на интенсивность вращения поворотного резца, которая в значительной

проектировании коронки конструктором принимаемся неявное допущение , что угол разворота резца ргвен углу разворота резцедержателя на коронке. Точное значение угла разворота резна можно определить в плоскости, касательной в вероине данного резца к поверхности вращения, определяемой траекториями вершин резцов при вращении коронки, как угол мевду проекциями на эту плоскость оси резца А Г' и вектором скорости вершны резка :

, Результаты вычислений но величины угла разворота резца показывают, что он не равен углу разворота резцедержателя, а зависит еще и от геометрии тела коронки в месте установки резцедержателя. Так, например, на модернизированном коронке комбайна 4Ш2М при развороте резиздеряателя на 6 град в сторону забоя на различных, участках коронки можно полутать значения углов разворота резца от 2 град в сторону забоя до 5 град от забоя (рис.3)..

При разработке нового типа резцового инструмента ваяно заранее оценить вписываеиость его резцедержателя в поверхность забоя. Особенно остро этот вопрос стоит для торцевых вращающихся резцов, имеюцих малый, по сравнению с резцами РКС, угол атаки. Вшсываемость резцедержателя определяется наличием трех характерных просветов между резцедержателей и поверхность® забоя - переднего, заднего и бокового. В работе приведены расчетные зависимости для определения величин этих просветов и сформулированы условия вписываемое™ резцедержателя.

До настоящего времени в конструкторских бюро разиещаеыость резцедержателей на поверхности тела коронки проверяется на полноразмерном деревянной макете коронки. С использованием описанной выше математической модели можно получить координаты вершин проекции многоугольной области контакта резцедержателя с коронкой на выбранную.плоскость. Получив такие проекции для всех резцедержателей , можно визуально контролировать размещаемость резцедержателей данного набора резцов.

степени определяет его износостойкость. Как правило.

при

сооф) •

(20)

Координата У установки кулака

-а р= 0 -»- 8

РисЗ Углы раьворота А резцов РКС2 на иодорниаироаашгой коронке 1ПП2М при различных углах раяворота кулака

С учетом проведеншх аналитических исследований и опыта проектирования Лило разработана иетодика проектировочного расчета резцовой коронки, реализованная в виде специально разработашюго программного комплекса "КоронКАД" для персональных компьютеров типа 1ВМ/ДТ.

Исходными данными для расчета являются : тип резцового инструмента; конструкция его резцедержателя' параметры привода и исходный профииь тела коронки, заданный в виде массива радиусов профиля с достаточно малым шагом по длине коронки. Программа "КоронКАД" позволяет конструктору - пользователю, задав в качестве начального приближения какой - либо исходный набор, определить область применении коронки (выбрать подачу при различных прочностных характеристиках породи), скорректировать шаги резания на .рабочей - части коронки с учетом предполагаемой величины боковой подачи и хрупко-пластических свойств породы; разместить резцедержатели в зоне забурника, скорректировав углы установки резцов, шаги резания и углы разворота резцедержателей для достижения размещаемое™ резцедеряа-.телей на теле коронки; рассчитать значения статических и кинематических задних углов резцов и при слишком малых их значениях скорректировать конструкцию резцедержателей или форму тела коронки; рассчитать значения углов разворота резцов и в случае их нерациональных значений скорректировать величины углов разворота резцедержателей; рассчитать значения шагов резания при зарубке коронки и скорректировать при необходимости ваги резания в рабочем движении коронки. Далее на-основе расчета динамической нагрукенности коронки, учитывающего реальные плещади сгруа«к, полученные при построении схемы стружкообразовакия, пользователь может оптимизировать метапараметры (количество заходов и шаг спирали, угловой сдвиг части набора) или параметры (угловые координаты отдельных, резцов) схема набора резцов на рабочей части коронки, а также выя- вить те лиши резания, в которых размещены резцы, существенно ухудшающие неравномерность нагруиенноети коронки. При этем контролируется раз-иещаемость резцедержателей на рабочей части коронки. В итоге работы программы пользователь получает эскизный чертеж резцовой коронки с указанием всех размеров, необходимых для установки резцедержателей.

Следующим разделом работы являлась разработка конструкции торцевого вращающегося резца и экспериментальное исследование процесса разрушения порода этим инструментом, проведенное на специально оборудовагаюм стевде.

Резец РТВ предстапллет собой кругльй стер««пь с погнутой передний поверхность». нмикяцой унрочплыцу»» фаску, и кольцевой рияууей кромкой (рис.4).

Испытания разной ГШ Сияк прои^д«ш на девяти нородннх слоких различной прочности, l'oai'iiiiü npoai.подалось по последовательной с*.-.: -не ь установившемся режим«. Сримютмыилг испытания резцоь IT!) л резцов типа ГКО гнжызами что усшшя ропаиия и энергоемкость разрушения порода резцами ни ¿H3S иеимпч, чем резцом ГК(М, и па 40я меньше но сравнению с раз дом ÍKC--, а усилия подача - mi *>U иы<и~ ше. ч«ы на ргэцв ГКО--!, и на ьбж ывнши, чс:« на разце РКС-2.

Анзчиз фракционного состава разрушенной породы понизил, что го ср&ьнйнмю с резцом FKC-1 продукты pai'.pywumwi резном I'1'Н штс' ьнв чительно болылую до.'ш Соли« крупных. Фракций. что соотиетстлуит более низкой энергоемкости процесса p:iL;pyiü«tum породы. Кроют того, оыло отмечено, что и отличло от резца !'!СС резон СТО почти но даот при работе витающей фракции (пили).

Исследование зависимости аыр/sctjiiüoi:ти резца ГШ от диаметра режущей части при фиксированы« значиимнк рукаыних параметров дало неожиданный результат: увеличений в определенен* пряд^лах дтметра р.нущуй части приводит к снижении усилий резания и подачи. Это объясняется ниличиан двух режаиов работы резца MU, В оптимальном ре-iii'w, когда радиус p&aytüCñ часта ье:ш1:.чого неньиа глубины резания, •■!ро.!\нте ризруветш" свободно удолавтея на зона розшма. При иэиызпи ридиусах рекущой часта резеиае пр(.цпходнт в кмоитимальном режиме; при этом вогнутая передняя поверхность P'jam MU либиьается спрес-•,:обзннш1 раарутекчим матврнэлои, и розакие ведется уплотненным ядро.:. которое ииблвдалось при выход« резца за границу породного блоки; усалиа.ни рлзца d этой случае резко увеличиваются. После доетн-«и'ыя оптяйлльного рвдмма дальнейшее увеличение диьмитра режущей часта ми дает существенного эффекта.

Дг.я новииания прочности ре&ущей кромки на передней поверхности резца РГИ hjíuutch упрочукация' фаска. Устаноьлено, что фаска небольшой шрш'л (до 1,5 ам) увеличивает усилия реззния и подачи незначи • У« Л!., но.

Hccj;t:,noiiatme зависимости усилий на резца РГВ от угла его разво-Г»-Т!| и сторону нерьзрушишюгб массива (обеслечиьаадего работу в подрезном решме) показало, что усилие реэашш имеет слабо in'pasen • ими мииинум при развороте ни 10 град, а усилие подачи - при улзьо-р»те ни 5 град. Р^зйорот ризца 1*РВ в иротивоиолоану« сторону Ни

рекомендуется по условию вписываемости резцедержателя.

Исследованиями установлено, что зависимость абсолютной величины интенсивности вращения резца РГВ от угла его разворота имеет близкий к кули минимум при величине угла разворота 5 град; при развороте на 10 град он вращается в в раз интенсивнее резца PKCI, и это вращение устойчиво; при дальнейшем увеличении угла разворота интенсивность вращении резца FTB возрастает очень резко - до более чем одного оборота на метр при развороте на 20 град.

Исследование зависимости усилий на резце РТВ и энергоемкости процесса разрупекия породы от шага резания показало, что с увеличением шага резания до величины диаметра режущей части усилия резания и подачи увеличиваются линейно, а затем начинается более резкий нелинейный рост. При этом минимум энергоемкости процесса разрушения породы наблюдается при величине шага резания, близкой к величине диаметра режуцей части.

Исследование зависимости усилий на резце РТВ и энергоемкости процесса разрушения породы от толщины стружки показало, что усилия резания и подачи возрастают практически линейно с увеличением толщины стружки (до определенного предела). При этом энергоемкость процесса разрушения породы снижается с увеличением толщины стружки до величины, равной радиусу режущей части, затеи снижение энергоемкости замедляется и, по-видимому, с дальнейшим увеличением толшны стружки она должна увеличивается в связи с переходом в заведомо неоптимэльный режим. Таким образом, минимум энергоемкости процесса разрушения породы достигается при величине толщины струкки, ненамного превышающий величину радиуса режущей части.

Исследование зависимости усилий, на резце РТВ от прочностных характеристик породы, проведенное в достаточно широком их диапазоне, показало, что усилия резания и подачи практически линейно зависят от предела прочности породы при одноосном сжатии, предела прочности порода при растяжении и усилия статического откалывания. При этом наиболее тесная корреляция усилий на резце PIB получена с пределом прочности порода.при одноосном сжатии.

С учетом результатов описанных выше однофакторных экспериментов была разработана методика расчета нагруженности технически острых резцов РТВ, учитывающая прочность разр/ыаемой породы, геометрические параметры резца, параметры его установки и ре.дша резакия. Усилия резания и подачи на резце РТВ описываются следующими зависимостями :

Р„ =()..„ К. К, К. <34.ОЮ.ииНО,11 и!)

\-г

ру = ''га кау к|1у (-'."Поп¡то,и (га)

где -предел прочности породи при одноосной 'ия'тиь^нолучешшй на образцах полуправилыюй формы;

и - коэффициенты, уштынаищие влияние диаиктра ¡имущий

масти на усилч.ч резания и подачи соотьетотвенно;

к к

Д2 и Лу •■ коэффициента, учитииашдо влияние ширины уирочия

»лдей фаски на режущей части на усилия резания и шу.гни соот

ьететевнно;

К к

Р2 и ( у - коэффициента, учитывающие ьлняиив yi-j.ii разворота резца на усилия резания и подач:I соответственно;

I - шаг резания,мм;

И - толщина стружки,им.

• Используемые в формулах (21), (22) поправочные коэффициента определяются по полученный в работе уравнениям репрессии. Формулы (21), (22) справедливы для режимов работы резца РТВ, близких к оптимальным.

ЗАКЛЮЧЕНИИ

В диссертационной работе дано но^ое решение актуальной научной ¿адачи обоснования и выбора парам ров коронок и резцов исполни-тклышх органов проходческих комбайнов, обеспечивамцих повышение уффектйьности процесса разрушения горных пород. ^

Результаты теоретических и экспериментальных исследований поз-ыи;илн сделать следующие ьиводы.

1. Точность расчета геометрических параметров резцовой коронки |.'0(=1;печивайтса разработанной .тематической моделью, описывающей геометрию резцовой короьки С учетом конструктивной формы и размеров

коронки и резцедержателей с резцами, при этом адекватность модели достигается описанием контакта опорной поверхности резцедержателя с поверхностью тела коронки по трем определенным точкам и описанием инструмента с резцедержателей в виде тетраэдра, три вершины которого соответствуют точкам контакта, а четвертая - вершине рвзца.

2. к использованием разработанных алгоритмов и прог ммы дли им рекомендуется; определять геометрические параметры резцовой коротки, ькиючан передние и задние септические и кинематические угли резцов, а также углы их разворота и величины вылета резцов;

проверять вписываеыость резцедержателей; получать схему размещаемое™ резцедержателей и эскизный чертеж резцовой коронки с указанием размеров, необходимых для установки резцедержателей.

3. Существенное и ранее не учитываемое влияние конструктивных параметров резцедержателя с резцом,формы тела коронки в месте установки резцедержателя и утла разворота резце держателя на теле коронки на величины вылета резца,переднего и заднего статических и кинематических углов,а также утла разворота резца следует определять на основе предложенных алгоритмов и аналитических зависимостей.

4. Сравнительные стендовые испытания торцевых вращающихся резцов (РТВ) показали, что усилие резания и энергоемкость процесса разрушения порода резцами РТВ на 28SS меньше, чем резцом PKC-I, и на 403S меньше, чей резцом РКС-2, а усилие подачи - на 61% меньше, чем резцом PKC-I, и на 68% меньше, чем резцом РКС-2; при этом резцы РТВ вращаются значительно интенсивнее.

5.. Усилия, действующие на резцы , РТВ при разрушении горных пород, следует определять по разработанному методу расчета, учитывающему прочность разрушаемой породы, конструктивные параметры резца (диаметр режущей части и ширину упрочняющей фаски), угол разворота резца и параметры режима разрушения (шаг и глубину резания).

6. Рекомендованы следующие рациональные значения конструктивных и режимных параметров, а также параметров установки резца типа РТВ:

- диаметр режущей части 28...32 мм;

- размер упрочняющей фаски на передней поверхности режущей части 0,5..Л мм;

- угол атаки 20 град;

- угол разворота резца 10 град в сторону неразрушенного массива;

- средняя толщина стружки 15...20 мм;

- шаг резания 30...35 мм.

V. Программное обеспечение "КоронКАД" , предназначенное дли проектировочного расчета коронки проходческого комбайна, передано институтам ЦШШПодзеимаш, Донгипроуглемат, ДонУГИ и Ясиноватскому маизаводу им. 60-летия CCCF. Расчетный годовой экономический зйакт от использования программного обеспечения ''КоронКАД" в институте ЦНШПодземмаш составляет 5 тыс.руб. (в ценах 1951 года).

Программа "КоронКАД" использована Копейсккм машзаводом при проектировании радиальной коронки проходческого комбпйко КП-20 и Московским горным институтом при проектировании коронш для проходчес-

кого комплекса ККЗ-5/6,

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих опубликованных работах:

1. Крыловсний И.Л. Получение схем стружкообразования и размещения резцов на коронке проходческой машкы с применением эш. - В сб.: Вычислительный эксперимент и его применение в исследованиях при разработке высокопроизводительных и экологически чистых технологий добычи угля: Тез. докл. IV Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов угольной промышленности. М., 1989. С.47-48.

2. Крило&ский И.Л. Автоматизированная система проектирования коронки проходческого коабайла. - В сб.: Система "Человек-машина-среда" в горном деле. Настоящее и будущее: Тез. докл. V Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов угольной промышленности. М., 1990. С.20-21.

3. СафроноЪ А.П., Хаяешин В .И., Тилохова Р. Л.,Приложений 11. Л. Комплекс для проходки коротких забоев в условиях Мосметростроя.-В сб.: Механизация и электрификация горних работ.- М.:МГИ,19Э0,С.4-Э.

4. Криловсний И.Л. Программа "CoronCAD" для проектировочного расчета коронок проходческих комбайнов. - В сб.: Меадународная межвузовская научно-практическая конференция "Надежность и качество горных машин и оборудования". М., 1991, С. 72-73.

5. Крьсюбский K.J. Исследование зависимости усилиа на торцевых вращаюздася резцах Ьт диаметра режущей части. Деп. в ЦНИЭИУголь, N 5279, 5.05.91.

6. Проходческий агрегат. Зайков В.И..Богданов В.Б., Кантович Л.И.,Григорьев С.М.,Дроноь В.А..Крыловсккй II.Л..Крутилин М.В. Реше-1Шо Государственной научно-технической экспертизы изобретения по заявке М 4722943/31-03(101385j о выдаче авторского свидетельства от 26 января 1990 г.

7. Резец для горных машин. Бешенков Г.И., Гиршович Г.д., Зайков

B.И.. Козлов Ю.Н., Крыловский И.Л., Свешников И.А., Скуров А.Г., Трубицын Е.Д. Решение Патентной экспертизы по заявке И 4829910/03-(037969) о выдаче авторского свидетельства от 26 августа 1991 г.

В. Крыловский И.Л. Обоснование рациональных параметров исполнительного органа проходческого комплекса для проведения коротких забоев и рассечек. - В сб.: Системный подход в горном дела. Проблемы, теория, методы: Тез. докл. VI Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов угольной промышленности. М., 1991,

C.20-2С,