автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Выбор и обоснование параметров гидромеханического исполнительного органа проходческого комбайна избирательного действия с встроенным источником гидравлической мощности для эффективного разрушения крепких горных пород

Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический

ВЫБОР. И' ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОГ.ЕХАШИЕСМШ ИСШШППЕЛЬНОГб ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО 'КОМБАЙНА ИЗБИРАТЕЛЬНОЮ ДЕЛсТЙЙ С ВСТРОЕННЫМ ИСТОЧНИКОМ ПЩРАШИЕСЕОЙ МОЩЮСТИ ДЛЯ ЭШКТИЁЧОГО РАЗРУШЕНИЯ КРЕПКИХ 1ШШХ ПОРОД '

Специальность 05.05.06 - Горные машины

институт

На правах рукописи

ПУШ.РЕВ- Александр Евгеньевич

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула - 1591

Работа выполнена в Тульском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, лауреат Государственной премии. СССР, доктор технических наук, профессор Бреннер В. А.

Официальные оппонента: доктор технических наук,• профессор

Кузьмич И.А,;

кандидат-технических наук, доцент Казак Ю.Н..

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательский и

проектяо-конструкторский институт горних 1?аа;ш в комплексов для угольной, горной промннленностп й подземного строительства

Защита диссертации состоится "J^7 "1992 г. в /ty часов на заседании специализированного совета К 063.47.0-1 Тульского ордена'Трудового Красного Знамени политехнического института по адресу: 300600, г.Тула, пр.Ленина, 92, 9 учебный корпус, ауд.101.

С диссертацией мо;шо ознакомиться в библиотеке Тульского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института.

Автореферат разослан "¿¿_" .1991 г.

Учений секретарь спЕциалпзироЕанного совета '^^'^IföoiqrKOD О.Ы.

•"j.' •' • • - 3 - •

...(L J -ОНцАЯ ..ХАРШЕШСТИКА РАБОТЫ

д к т у a д ь tj рот ь работы. В настоящее .врёмй одним из главных, направлений технического прогресса в области механизации горнопроходческих работ является повышение уровня комбайновой проводки выработок. Расширение области применения комбайнов избирательного действия на более крепкие породы достигается путем повышения мощности_привода и-создания нового инструмента, в частности' реализации гидромеханического способа разрушения пород.

Институтом ЦНИИПодземМаш совместно с Тульским политехническим институтом предложен вариант гидромеханического исполнительного органа стреловидного типа, оснащенного механогидравли-ческими резцами, в котором источник гидравлической мощности встроен в корпус разрушающей коронки. Такая схема компоновки позволила значительно повысить энерговооруженность исполнйтель-

• ного органа практически•без увеличения массы комбайна, а исследования процесса разрушения пород механогидравлическими резцами .

• установили их эффективность tío сравнению с механическими резцами и резцами, работающими -о опережающей струей воды. Были йолученн расчетные зависимости для определения силовых показателей процесса разрушения пород механогияравлическими резгами в блокированном и установившемся режиме» Однако.отсутствие исследований по' изучению влияния величины гидравлической мощности, затрачиваемой при разрушении пород,на изменение рациональных параметров разру-

• сепия, а тarate расчет последних бе'з учета скорости' резания и особенностей работы исполнительных органов с встроенный источником гидравлической мощности сдерживает их практическое применение я определяет актуальность работы. ...

■ • . рабйта выполнилась в соответствии с тематическими планами НИР. й ОКР ЦНИИПодйеммаш й по теме.НИР ТулПИ (№ гос.per. 0Í860084676). ' ' . • . ..".' .

. . Ц е ft ь работ»: Обоснование рациональных. параМетров гидромеханического исполнительного органа с встроенным. источником гидравлической мощности, на .основании выявленных эа-.' нбяомерностей взаимодействия ;гехаЯогидравлического режущего инструмента с массивом, обеспечивающих эффективное разрушение крепких горных пород. ' "-..-..

И доя- работ, ы: Паштете эсй>ектттссгй разруие-ния крепких горных пород проходчсскйми комбайнами избирательного

действия, оснащенными механогвдравлическиш резцами, достигается за счет обеспечения рациональных параметров взаимодействия инструмента с массивом с учетом особенностей компоновки источника гидравлической мощности.

Метод исследования - . комплексный, включающий научный анализ й обобщение результатов-ранее выполненных работ по механическому и твдромеханйёскому'разрупенго rpjmrt пород, опита эксплуатации проходческих комбайнов с гидромеханическими псполштелышмл органа:.!!;; зкспериизнтальные исслойорсшия процесса разрушения пассива иеханогпдравлическими резца;,;:! и гидромеханическим исполнительным органом стреловидного .типа; обработку экспериментальных данних с применением методов теории вероятностей, математической статистики и 'ЭВМ.

Научные лодокення, " разработанные лично соискателем, и- йх новизна:.' - на основании взаимосвязи прочностных-свойств пород, параметров разрушения, скорости резания и гидравлических- характеристик инструмента с силовыми и. энергетическими показателям процесса разрушения выявлены области ттщашшх уделышх полных энергозатрат, что позволило установить рациональные значения относительного иага резания Для Исполнительного органа проходческого комбайна, избирательного действия с встроенным источником гидравлической мощности;

- получены'зависимости, отражающие влияние скорости рзза-. ния на формирование нагрузок на механогидравлических резцах в-установившемся релшме, обеспечивающие обоснование силовых и энергетических параметров исполнительного органа и уточняющие методику его расчета; . : ; '.

- установлена закономерности изменения силовых т? энергетических показателей процесса разрушения масейва исйблйит&льннм' органом с встроенным источником гидравлической мшщости, орна-иенным мехайогвдравлическими резца;,®, А заДОсимбсти-от прочности пород и гидравлических.параметров инструмента в'дйаггазонё-изменения давления воды до 150 МШи ' . •

достоверность и а у ч iru х ii о л q ж е н и й, выводов; и ,р е к о м е н д а, ц в' й

г -5 -

подтверждается:

' '".'• - прелстаБИтельним объемом экспериментальных дашшх, по-' лученных а стендовых .условиях с применением. современных средств

изменений; '

- ->о'рпектнмм применением методов математической статистики и теории- вероятностей при ойрабоТк'е экспериментальных дашшх с применением ЭШ; ;'

- удовлетворительной сходимостью расчеттх дашшх с результатами экспериментальных исследований (отклонение.не превышает 18,8 %).' .." • "

II а у ч'н о е значение работы заключается'л установлении закономерностей изменения силовых и энергетических' показателей работы 'гидромеханического' исполнительного органа с встроенным "источником гидравлической мощности: в^ зависимости от параметров разрушения, скорости' резания,' Прочности пород и гидравлических характеристик инструмента, обеспечивающих научно обоснованный выбор рациональных параметров гидромеханического исполнительного органа с встроемшм исгочпиком гидравлической мощности для эффективного разрушения крепких горных пород.

Практич-еакое 'значение работы:

- получены расчетные зависимости для определения рациональных параметров резанйя при разрушении породного массива в установившемся режиме; обеспечивающих минимум'удельных полных энергозатрат; ,..''.

- уточнены расчетные зависимости для определения нагрузок на механогидравлических резцах; •

- экспериментально доказана эффективность разрушения горных пород-исполнительным органом с встроенным источником гидравлической мощности,' оснащедшм мехапбгидравлическими резцами; по сравнению с органами оснацешшии механическими резцами и резцами, работающими с опережающей струей вода;- ■ • . - .

- разработана "Методика расчета схемы размещения инструмента на режущей коронке с.встроенным источником гидравлической мощности; расчета режимных', силовых, энергетических параметров гидромеханического'исполнительного органа и производительности проходческого комбайна избирательного действия". ' .

Реализация' :р а з у ль т. а' т о в '

работы:

- "Методика расчета схемы размещения инструмента -на режущей коронке с встроенным источником'гидравлической мощности;' \ расчета режимных, силовых, энергетических параметров гидромеханического исполнительного органа и производительности проходческого комбайна избирательного действия" нр(ШЯта п.Чс'титутом ЦНИИ-Подзеклаи; - . '.-' .

- основные результаты работа использованы институтом ЦНШПодземмаш при разработке механопздравлических резцов -п гидромеханического исполнительного органа с встроенным источником, гидравлической мощности 'для проходческого комбайна 1ШКС.

Ожидавши экономический эффект от применения: комбайна 1ГПКС с .гидромеханическим исполнительным органом с встроенным источником гидравлической модности составит ¿5022 руб. Доля автора 10 %илп-650о руб. , "

Апробация работы. - Основное содержание работы докладывалось на ХХУ-ХШ научно-технических конференциях профессорско-преподаватедьского' состава Тульского политехнического института (Т.Тула, I289-I99I гг.); на П семинаре по- угольному ^а!лпксстрс~н,;:о Кузбасса (г.Еемерово, 1591'г.); на международной конференции "Росме^аника-Э!" (г.Сстрава, ЧСФР, IS9I г.).

IT " б и х а- ц и и. Но результата:,! диссертационной габотп саублл^оаапо ;; научны:; работ. .

СП.сн работы. Диссертация состоит из нведе-i¡на, 5 iv.aa сак^-кония, изйокенжге па 114 страницах -г/лшнопьс-•;crc Tí-:--,; г л, -19. рисунков, 30 таблиц, оппоок иоиольэс-

::aníiDÍ! ns 37 ;:a::íb:;qian;:ii, 3 приложения.

cojíeííaííis работы

. _с,у;.:лагы советских ученых А.А. АрЕемьева,

-:,It,:.^.;TaüLCí:i, П^.Е-яи^роусго, Е,А.Ербшюрз, с.А.Гольдуна, ■■•„V. З'т.сигто, :i:T.V¿rjirH Г.Г.М^иидооз, 'и.А^Йузьшча, В.Г.'-Мер-з-•--.кс^а. Г.и.:.,::ю'юва, В.С.Фрс;,о;а u др. показали,' что реализация

.".;:aui:-;;-cKoro Сп^сба ^азруывкии ь исполнительных органах ";го::г.т-;гскзх «жив явак«угся одним из перспективных'" направлении ¿аспипепяя области их г-;4ект;тя0хо применения-для разрушения ирепкпх горных"пород. •

Работы в этом направлении, выполненные В.А.Бреннером, А.Б.ЯабиныМ; М.М.Миллером, М.М.Щеголевским и др. показали, что схема гидромеханического разрушения, при которой подвод воды высокого давления осуществляется через механический инструмент непосредственно в зону его контакта с массивом, по сравнению с другими существующими схемами взаимного расположения резца и струи вода обладает наибольшим эффэктом от использования высоконапорной вода, выразившимся в значительном снижении нагрузок на резцах и энергоемкости процесса разруиения. Однако отсутствие исследований по изучению влияния затрат гидравлической мощности при разрушении пород на изменение рациональных параметров разрушения, а также определение последних без учета влияния скорости резания но позволяет дать обоснованные рекомендации по шбору схемы размещения механогидравлических резцов на режущей коронке. Кроме того, ограниченность исследований изучением процесса разрушения массива только одиночным, инструментом не учитывает осо-' бенностей работы исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия.

Анализ зарубежного и отечественного опыта создания и применения гидромеханических исполнительных органов в конструкциях проходческих комбайнов позволил.определить круг вопросов, решение которых сдергивает иирокое использование такой техники, В первую очередь - это проблемы, связанные с созданием высоконапорной вдкоотн, ее подводом к подвижным (вращающимся) элементам конструкций комбайна и распределением на рабочем инструменте.

Одной из попыток реиения этих .вопросов является создание гидромеханического исполнительного органа проходческого комбайна по схеме, предложенной В.В.Айтиповым, В.А.Бреннером и др. отличительной особенностью которой является размещение источника води высокого давления внутри р&хущей коронки. При этом подвод гидравлической мощности к исполнительному органу, зонная подача шсоконапорной води.-осуществляется на участке гидросистемы относительно . низкого давления (до 30 МПа). Это позволяет использовать э машине оборудование и конструктивные узлы, имеющие широкое применение в различных гидравлических системах. Распределение высоконапорпой йидкости на разрушавшем инструменте производится посредством коллекторов н.а отдельную группу резцов, что сокращает число элементов гидросистемы высокого давления до

минимума. Такая схема источника высоконапорной жидкости не имеет принципиальных ограничений величины давления, однако отсутствуют рекомендации по выбору величины.давления и. расхода воды, определяющих эффективность приложения гидравлической мощности и» в конечном счете, производительность комбайна. Кроме того, анализ существующих нормативных документов для расчета гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов показал, что они не могут быть использованы для расчета гидромеханического исполнительного органа о встроенным источником гидравлической мощности, так как не содержат обоснованных рекомендаций по выбору рациональной схемы разрушения с учетом затрат гидравлической мощности и скорости резания, а'такие не позволяют'рассчитать для этой схемы силы' резания и подачи, величину расходуемой мощности и производительность проходческого комбайна.

В соответствии с изложенным были поставлены следующие задачи исследований: ■ • ■

- установить основные параметры и закономерности, определяющие процесс взаимодействия с массивом мехайогидравлических резцов и гидромеханического исполнительного органа с встроенным источником гидравлической мощности; .. . :

- получить расчетные зависимости для определения рацио- , нальных параметров схемы разрушения при изменении гидравлических параметров инструмента (давления и расхода воды), скорости резания, толщины стружки и прочности пород; . ■ '

- уточнить влияние скорости резания"мехайогидравлических резцов на усилия резания и подачи; -''■.'

- определить эффективность исполнительного органа с встро-•енным источником гидравлической мощности, оснащенного, механо-гидравлическими резцами, по сравнению с органами, оснащенными ' механическими резцами в резцами,.работающими.ло схеме с опережающей струей воды; '. . V '

- установить влияние, величины подводимой гидравлической мощности, давления и расхода высоконапорной жидкости на сидовые, энергетические показатели процесса разрушения забоя.гидромеханическим исполнительным органом с встроенным источником гидравлической мощности и производительность комбайна; -

- разработать методику расчета схемы размещения мёхано- . гидравлических резцов на коронке; расчета.рекданых, силовых, энергетических параметров и производительности исполнительного

органа с встроенным источником гидравлической мощности, оснащенного механогидравлическими резцами.

Анализ результатов исследований процесса разрушения горных пород механогидравлиЧеским инструментом и гидромеханическими исполнительными органами-проходческих комбайнов избирательного действия показывает, что основными факторами, определяющими процесс разрушения,,являются параметры разрушения - шаг t и величина стружки h '. гидравлические'параметры инструмента -давление воды Р0 и диаметр канала резца d0 (расход воды 0.о); скорость резания lip и физико-технические свойства горных пород.

- в качестве силовых показателей процесса разрушения пород приняты:. V.

- для механогидравлических резцов - усилие резания Р2 и усилие .подачи Ps ; ; '; •'.'.''.

- для гидромеханического исполнительного органа - усилие подачи.стрелы комбайна Роа .и потребляемая.мощность силовой установки комбайна а/ (реализуемый на исполнительном органе Крутящий момент" М ) .

■ Кроме сйлошх показателей в качестве основных критериев, характеризующих процесс'разрушения, приняты показатели удельной полной энергоемкости процесса разрушения пород одиночными резцами . £Го ; л исполнительным органом Е[0 , равные суше удельных затрат н& механическое Hw и Hw , и гидравлическое Ег и .' Ер., разрушение резцами и испо.лнителышм органом соответственно. ■'

Производительность комбайна с гидромеханическим исполнительным органом с встроенншг источником гидравлической мощности Оу, принкта-для качественной оценки зффёктивности использования подводимой К- исполнительному органу гидравлической мощности Л/г• "-' '•

- • Экспериментальные исследования.процесса разрушения пород механогидравлическими резцами■проводились на специальном стенде. По-принципу действия стенд аналогичен строгальному станку с усилиями'-резания до 1280 к!1 и подачи до 1200 кН. в качестве источника воды высокого 'давления:использовался гидромультиплика-т.ор с максимальный рабочим давлением 150 Ша и расходом

100 л/мин. На■подвижном столе стенда крепились породные блоки размером 0,7Вх1,07х1,1г с различными физико-техническими свойст-

вами. •'.'.,'■'

Усилия резания и подачи, скорость резания, давление высоконапорной жидкости, фиксировались измерительной системой стенда, состоящей из тензодинамоадетра,' тензошнсйетМ, датчика перемещения, блока питания-."Агат", усилителя !'Топаз-3" и светолучёвого . осциллографа H-II7/I.

Для изучения закономерностей процесса разрушения.массива при участил автора разработан гидромеханический исполнительный', орган проходческого комбайна стреловидного'типа-с встроенным источником гидравлической мощности» обеспечивающим создание давления вода до 150 МПа при расходе до 45 дДяа. Конструкция режущей коронки предусматривала возможность-использования трех ш--риантов резцов: механических типа РКС-2, механсгадразлических и резцов, работавших с опережающей струей вода. При ?тсм в каждой линии резания располагалось.по одному резцу. '/,

Регистрация усилия подачи и потребляемой мощности производилась' измерительной .системой^ вкдючающей тензомагюметр, преос разователь напряжения ПО22, .тепзоусилптель' "Гоназ-3" '• и светолуч« вой осциллограф H-II7/I. Для получения искомых значений исслрдус шх параметров осциллрграммы преобразовывали'-прибором ф-018 в числовой массив с "последующей обработкой, по специально состаялш ш.м программам на ЭВМ С;.Ы600. '-■ ;'"' •. .

Для определена« рациональных. параметров разрушения массива механогидравлическими резцами ьуяоянени исследования влияния относительного шага .резания 4/b .на показатели процесса разрушения Р2 Hw , Ег {< £р при разрушении породных блоков резцами с геометрическими параметрами режущей части, соответствующей ре'зцам РКС-3. : ' • ,

Ёлияние Vh на показатели процесса разруаенля пород, в зависимости от давления воды- - Р0 в канале резца изучалось' при разрушении блока песчаника о у 1810 МШ, резцами.с dp = 0,8 мл, при толще стружки- h =".Iü да «"скорости резания ^ = 0,5 и/о. ' :'. -'•. ; . ' ':'. .. -'. ■':•;'

Эксперименты показали, что -при увеличении относительного шага резания Vh от I до 4 и давления воды/ Р0 от 20 до , 100 МПа усилие резания Рг линейно возрастает а 3,7-4>5 раза, при этом удельные энергозатраты на механическое разрушение Я vi изменяются, по параболической зависимости, а удедьяиё-гидравлические энергозатраты. Ег гиперболически уменьшаются. Удельна?

полная энергоемкость процесса Еа изменяется по параболической зависимости и имеет минимум в точке, соответствующей рациональному соотношению ( Vh )р • Причем с увеличением R, возрастает величина (Vh )р.

Исследование яолученых зависимостей E0 = }(Vli)p на экстремум и .йгата^иёская обработка результатов позволили получить уравнение, отражающее связь между величиной рационального относительного шага резания'и давлением воды в канале резца:

1%)9--г;1Ы » 0,007 р„. ш

Влияние на показатели процесса разрушения в зави-

симости от диаметра канала резца d0 , определяющего расход вода че|)ез механбгидравдичеокий реэец Q0 при заданной величине давления, изучалось . при разрушении, песчаника с р = I8IO МПа при давлении вода Р0. = 66 МПа, скорости резания = 0,5 м/с, толщине струнки . h =10 мм и dp =¡ 0,45; 0,6; 0,8; 1,0 Мм.

•Установлено, что при увеличении Vh от I до 4 усилие резания Ре линейно возрастает в 3,9-4,9 раза, причем с увеличением do значение P¿ уменьшается во всем интервале изменения

' ' Удельная полная энергоемкость Е„ для всех значений d0 с увеличением ' Vh изменялась па параболической зависимости, а область рационального отношения ( Vh \> соответствующего минимальной величине Ё"0 ' j-для (больших значений диаметра da определялась.большими значениями ( Vh )р.

В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость .для. определения рационального относительного шага разрушения,' учитывающая влияние диаметра канала механогидравли-ческото-инструмента:

2,5^ 0,&'ldo (2)

. • Исс ледования .по определению влияния Vh на показатели процесса разрушения а зависимости от толщины струяни h , прово. дались прй разрушении блока песчаника с контактной прочностью /'• - 2215Mffii при давлений вода . Ро =.100 МПа резцами с диаметром канала -d„ = 0,8-км-'и скорости резакия V? = 0,5 м/с. Толщина стружки принимала значения ,5, 10 и 15 мм. ,"

Получено, что с увеличением Vh от I Д° 4 величина P¿ линейно, возрастает в 2,7-3,5 раза. Причем большей толщине стружки

h соответствуют и большие значения Р2 во всем диапазоне изменения Vh ;

Выявлено, что для каждого значения h существует рациональное отношение ( t/h ) ,. при котором разрушение происходит с наименьшей полной энергоемкостью Е0 . С увеличением толщины струнки h происходит уменьшение значений { Vh\ )р.

Обработка экспериментальши данных.позволила получить зависимость рационального относительного.шага разрушения от.толщины стружки: '•• ■ • ; '

(Vh)p=3,332 - 0.006 h. \ . (3)

Оценка влияния Vh на показатели процесса разрушения в зависимости от скорости .резания Т/рпроводилась.при разрушении блока песчаника с р^ = IÖI0 МПа, резцами с-диаметром канала ' d0 = 0,8 мм, яри давлении Р0 = IGOlffia, толщине стружки h =10 мм. Скорость резания составляла 0,3-; 0,5 ц 1,0 м/с.

В результате исследований получейо, что с увеличением Vh от I до 4 усилие резания Р2 линейно растет в 3,7.-4,1 раза, причем при большей скорости резания- 1/р 'принимает большие значения во всем интервале изменения Vh . .

Эксперименты показали, что удельная-полная энергоемкость' процесса разрушения с увеличением Vh изменяется по параболической зависимости и.для каздого значения скорости резания су- ■ шествует рациональное отношение ( \ )р ,■ при котором энергоемкость процесса.минимальна, причем с увеличением ' "Up умень-•шается ( 4h )р.

Статистическая обработка результатов экспериментов позволила получить зависимость рщиональяого относительного шага разрушения от скорости резания: ..;'...'

Определение влияния. Vh на.показатели процесса разрушения для пород.различной прочности проводилось-при. разрушений блоков песчаника с р^ = Щ0; 2215 и 3840 МПа, резцами с' d0 =■;' 0,8 км, при давлений Р? =100 Ша, скорости резания .'1/Р = 0,5 м/с и'толщине-стружки h =-10 мм. ■'. .

Установлено, что рост Vh 9Т I Д°'4 приводит, к -линейному увеличению Р2 в 1,7-2,1 раза, причем более крепким породил соответствуют и большие значения усилия резания, '' Pz а удельная полная энергоемкость процесса Е0 изменялась по закону, '

близкому к параболическому, с наличием минимума, соответствующего рациональному отношению ( t/h )р.

В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость для определения рационального относительного шага разрушения, учитывающая влияние прочности разрушаемых пород.

'(Vh)p=3.W- 0,000H-pK. (5)

Методом множественной линейной регрессии получена расчетная зависимость для определения рационального относительного йага резания:

(Vhlp =307435'l0JPn+р75И0-1,8-Ючрг0,0 Il5h - 0,6061/р (6)

Проверка уравнения (6) по критерию Фишера при уровне значимости <£- =0,05 показала,- что'оно хорошо согласуется с экспериментальными данными, а проверка, коэффициентов регрессии по критерию, Стьюдента указывает на их статистическую значимость.

' Коэффициент вариации', характеризующий отклонение экспериментальных данных от рассчитанных по формуле (б), составил 14,6 %.

Для определения влияния скорости резания на силовые показатели процесса разрушения пород мёханогидравлическими резцами проведены экспериментальные исследования на блоках песчаника с контактной прочностью 465; 1610; 22Г0 Ша при толщине стружки 10; 15; 25 км и ш'аге рёзанйя 20; 30 й 50 мм. Давление вода принималась равным'80, 100 и IIÖ МПа, а диаметр канала - 0,45; 0,6; 0,8 мм. Скорость резания менялась от 0,04 до 1,0 м/с. При этом , для каждой' схемы разрушения во всем диапазоне изменения прочности определялись значения силовых показателей механического разрушения, которые при анализе использовались как предельные значения усилий резания и подачи, возникших в процессе разрушения пород механогидрав^ческим!! . резцами. В результате обработки экспериментальных данных получены расчетные формула для коэффициентов и • k-i^y , -учитывающих влияние скорости резания на усилия Р2 и ^

• kVp2=4,35-0,54-едрЫ 1/р-0,0056)], (7)

^4u-UO-exp£-(i/p + 0,009)]. ' (8)

Статистические оценки оказались следующими: для зависимости (7) индекс корреляции Т.' = 0,83, коэффициент вариации кц, =

= 9,1 %, для зависимости ( 8 ) Г = 0,86; кьПр = 10,4

Исследования процессаразрушения массива исполнительным органом с встроенным источником.гидравлической мощности при оснащении его ыеханогидравлическими резцами, механическими резцами и резцами, работающими по схеме с опережающей струей вода, проводились на породном блоке известняка с контактной' прочностью р^ = 468,0 и 640,0 МПа. Величина заглубления коронки составляла 325 мм. Скорость подачи li^ задавалась равной 10 мм/сек. Подводимая к исполнительному органу гидравлическая мощность Л/г изменялась от 28 до ПО кВт, при этом давление высоконапорной воды на инструменте возрастало от 70 до 150 Ша. Диаметр канала резцов и насадок принимался равным 0,4 мм, шаг резания - 25 мм, а расстояние от среза насадки до кромки резца, расположенного в той же линии резания, составляло 45 мм (для схемы инструмента с опережающей на 4 мм струей воды).

Результаты эксперимеЕггов показали, что во всем диапазоне изменения /S|r и р^ усилия подачи Роу и потребляемая мощность ДI силовой установки комбайна с исполнительным органом, оснащенным механогидравличёски'ми резцами, были ншке, чем для резцов, работающих с опережающей струей воды ( Роу в 1,2-1,6 раза; А/ в 1,3-1,7 раза) и для механического инструмента ( Роу в 1,4-2,0 раза; Л/ в 1,5-2,0 раза). .

Влияние величины гидравлической-мощности, подводимой к исполнительному органу, на показатели процесса оценивалось при разрушении блока известняка с р^' = 468 Ша. Глубина зарубки коронки при 14 линиях резания составллла 325'мм, а скорость по- ■ дачи TJn задавалась равной 10 мм/сек. Подводимая гидравлическая мощность /v/r изменялась .от 28 до ПО кВт.

В первой серии опытов для резцов с диаметрами каналов d0 = 0,4 мм изменение Ыг приводило к росту давления.' высоконапорной воды от 70 до 150 МПа. Во второй серии опытов задавалось постоянное давление Р0 = 70 Ща,.а прирост подводимой гидравлической мощности достигался увеличением расхода через.'резни, при этом использовались комплекты инструмента с диаметрами каналов d0= 0,4; 0,6; 0,8 мм.

Установлено, что при с!0 = 0.4 ш увеличение давления от 70 до .150 Ша привело к снижению усилия подачи- f^y в 1,7- ' 2,0 раза, а потребляемая мощность силовой установки комбайна W.

в 1,6-2,0 раза, при этом подводимая гидравлическая мощность возросяа'до 71 кВт. В то же'время, увеличение диаметра канала резцов о? 0,4 до 0,8 мм при давлении воды 70 МПА приводит к увеличен!® подводимой гидравлической мощности до ПО кВт, а усилие подачи отсек.] а потребляемая мощность силовой установки комбайна с1Г'.::-'угсл только в 1,7-1,8 и 1,6-1,7 раза соответственно. Сяедоваа^льпо, увеличивая величину, подводимой к инструменту гидравя><-?сско'; модности, предпочтительнее .повышать давление лоды в кагал« --33151 при неизменной величине его диаметра.

"сежа влидошя величины гидравлической нежности N¡- , яодвоцпмой к кеполиптечьпему органу, на производительность Цт комбайн? i иегголнателышм органом с встроенным источником гидравлической мощности'проводилась при'разрушении породного блока известняка ( 468;- 640; 006 .и IÓI6 Ша). Коронка'оснащалась мехппогнпрадллчесфшп резцами с d„ = 0,4 и 0,6 мм. Среднее усилие по.т-.чп составляло 24,7 кН, величина подводимой гидравлической мощности изменялась от 23 до .110 кВт, а давление высоконапорной 'вода Ро - от. 70.до 150 (Ша.

- Результат исследований.показали (рис.1), что с увеличением подсодамой гидравлической мощности- Nr до 110 кВт производительность Цт комбайна с исполнительным органом с встроенным источником гидравлической мощности возрастала в 1,8-2,2 раза tjo' г:сем диапазоне изменения "контактной прочности разрушаемых пород, причем на породах .с р.< = 468...640 Ша комбайна с лвпоянателышм органом,;осяацеинын мехавогидравя'аческимя резца-мз, э 2,3-2,4 раза ввез прсизводптельвости комбайна с механическим пзяолнятельнйгл рргднем.

В то ке.время нагрузки, •возникезсте на исполнительном органе, оснащенном ¿механическими резцами, при разрушении пород с

Pit. = 806... 1016 Ша"нриЕод'плп •:■; опрокщщватго згектродвигате-ля стрелы комбайна. • (

' Удельная полная энергоемкость Е о процесса разрушения массива исполнительным оргакс-м,' оонащеиганд мехшюгадравлическшза резцами, в зависимости от волпчши подводимой гидравлической мощности Д/г изменялась по закону-близкому к параболическому с наличием области минимальных .значений.

Статистическая обработка экспериментальных данных позволила определить область рациональных значений ( A¡r )р,при которых удельная полная энергоемкость процесса разрушения была минималь-

ной. Анализ полученных зависимостей (Xf от позволял опре-

делить скорость подачи tfn. стрелы комбайна для значений .( л/г )Р, а следовательно, и оценить, среднюю толщину стручка h разру- • ваемой каждым резцом за'оборот коронки.'Отношения - .'Vh дл#. pär циональных значений ( д/г )р. при сравнении с величинами ( t/h )р, рассчитанными.по формуле (6), покарали достаточно высока сходимость (коэффициент, вариации, составил 1.8,8 '%) .■ - '

ча • ■ т

г

<оо ; уа>

• -

рис.1. Зависимости производительности комбайна от величины подводимой гидравлической ' Мощности на породах различной, прочности

На основании результатов, проведенных исследований разработана "Методика"расчета рхемы.размещения инструмента на режущей короле с встроенным'ис.т.очШ1коу гидравйи^еЬйой мощйос'ти; расчета режимных, риловых, энергетических--параметров гидромеханического'

пополнительного органа. и .'производительности проходческого комбайна избирательного действия".' • '.. Расчет, "Ецподненше на основе методики, показывают, что размещение мехачогвдравлатеских резцов на разрушающей коронке комбайна 1ГПКС а шагом резания, рассчиташшм из условия штат ильной удельной полной энергоемкоо?.7 процесса разрушения, с учетом скорости ре занял кскдого резца и особенностей ксг.тпоновхц встроенного источника гидравлвчеокоЗ мсцносги (120 кВт), обеспсчива-' ет разрусешю пород с контактной прочность« до 650 !,Ла с теоретической. провзводахельностго 0,28 ир/гсц, что позволит зодшзть более тякёяцй'и дерогоотожза хшбаРй 41Ш-2М с гтохоизчоекк« пс-прлнетельпь'м органом. СкздаеиаЗ эксножгческпП эйтект от шюдрс-1шя одного комбайна 1ПЖС с • гадрогтехшшчзо'кпм пепошетелыши 'органе;,!, cc!iaite;n,!KM мвхаяогвдрав;пч8скпш резца:.:и; составляет 65062 руб. Доля автора - 10 % или 65QS руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ'.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научней задачи, заклвчааягйся в зре?ановлеивп савпсикостей рацио- налмпх параметров разруценкя кассет механогидравлическю.л резцами от их гидравлических характеристик, скорости резания, тол. папга стружа и прЬчиосгги пород с учетон полных удельных энерго-' затрат и особенностей работы аспояштешшх органов с встроенши псточйя'ком'гвдрав'лпчеохюй шцяоети, позвояящях научно обосновать выбор силовах п резитк параметров проходческих.комбайнов пзбн-' рателвного действия, обеспечивающих эффективное разрушение крепких горных пород. •. •'■ i

Основные вывода,. научные и практические результаты иссле-." даваний .заклбчаюТбя В1 следующем: ■ • ■

■ ■ 1» 'На основании взаимосвязи прочностных свойств пород, 'параметров разрушения, скорости резания b гидравлических характеристик, инструмента с сцловши и энергетическими показателями процесса': разрушения выявлены области, мийшлалвкнх удельных полных энергозатрат. для гПдромзхаппч'еского 'исполнительного органа с встройпшм во'тоянй'Ком гидравлической, мощности, ■ оснащенного меха-йогидравлидескик;! 'рездай!г. ', . .

Z. Уточнен метод .' расчета нагрузок ип иеханогкдрааяпчес-

ких резцах, б учетом влияний скорости резгйия в установившемся режиме. • '' ,'.;'

3. Экспериментально -установлена эффективность цспойьзода-ния механогидравяических.резцов на ирлоявительннх органах проходческих комбайнов избирательного действия, при этом показано, что усилие подачи стрелы в 1,2-1,6 и 1,4-2,0 раза меньше, а потребляемая мощность силовой установки комбайнй в 1,3-1,7 и.

1.5-2,0 раза меньше, чем прй использовании, механических резцов и резцов, работающих, с опережающей Струей вода-;

4. Установлено, что реализация гидравлической мощности на исполнительном öpräHei оснащенном'механогидравАическими'резцами, более-аффективна за счет'увеличения давления высоко.напорной воды. Так, при разрушении известняка с контактной прочностью 468 МИа повышение давления воды до 150 Ша привело к снижению усилия подачи стрелы и потребляемой мощности силовой установки комбайна i .

1.6-2,0 раза. _.'.-.

Экспериментально доказано,' что оснащение , проходческих комбайнов избирательного действия исполнительными органами с встроенным источником гидравлической йощнбсти и механогидрайли-ческими резцами,-позволяет расширить область- применения таких машин на породы с' контактной' прочностью до "МООМПа, а на породах средней крепости ( р^ = 468-640 ВДа) обеспечивает увеличение • производительности комбайна в 2,3-2,4 доза.-

6. Разработана "Методика расчета схема размещения "инструмента на режущей коронке с встроенном источником Гидравлической мощности; расчёта "режимных! силовых, энергетических .параметров гидромеханического -исполнительного органа й производительности проходческого комбайна избирательного действия". Методика'-внедрена в институте ЩШШодземках.." " • "'■-.- -._'-.

Ожидаемый екоЕюмяческай^аффект от внедрения .¿езуль Фатов диссертационной работы составляет 65-062 Щб. на один шлбайн в

год. ' ' ' ;'.. .. '■;■'■ -'.•;'/ '-:-' '"

Основные положения диссертаций опубликованы в следующих- : . работах: ■ . ' -' - .'' ' .

I. Актинов В.В., Брепнер В.Д., ЗЙабин А.Б., Лупкарев А.З. -Проходческий комплекс Для проведения выработок по крепким поро- • дам //Подземное и шахтное строительство - 1991, й 12.'- С. 63-71.

. 2. Лнт-ипов-Б.В. ,/Пуикарев А.Е.Пугикаре'ва Н.Е. Комплекс

измерительной 'аппаратуры для регистрации параметров механогид-равлических систем //Радиопромышленность - 1991. - 10. - С.48-49. ' . ■ /

. 3. Адтипов В,В., Пушкарев А.Е. Источник высоконапорной ¿шдксоти для гидромеханических исполнительных органов горных машин //Механизация горн.работ на угол.шахтах: Сб.науч.работ / ТУлПИ - Тула. - 1991. - C.I32-I39.

4. Антипов В.Б., Глбяп A.B., Пушкарев А.Е., Катагаров H.H. Определение рациональных параметров.исполнительного, органа проходческого комбайна, оснашейного механогидравлическимя резцами //Совершенствование горных машин, и оборудования: Тез.докл. П семинара по угольному масшностроеш® Кузбасса. - Кемерово. - 1991. - C.4S.

5. Пушкарев А.Е. Влияние скорости резания на усилия, дейст-■jjyjomue на иеханогидравлический резец прп разрушении ropimx пород //Ночстсрыо актуальные пробдсш преподааанпя вузовской науки.:

Сб.тр. АГОЛ. - Майкоп. - IS9I. - С.178-183.

Подписано к печати" 26.12.91. Форма? о'уыаги 60x84 I/I6. Бумага тппогр. й 2. 'Ogcer.печ. Усл.печ. л.1,09. Уч.-изд.л.0,95. Тирап I0Ö экз. ' Заказ ü III2. Бесплатно.

Издано в Тульском ордена Трудового Красного Знамени поинехническои институте. Тула,ул.Бслдп1-а, 151. Отпечатано на-ротапринте в ТуяШ.