Федоров Олег Васильович. Обгрунтування параметрів ріжучого інструмента з робочою боковою гранню для очисних комбайнів

Краткое описание

Федоров Олег Васильович. Обгрунтування параметрів ріжучого інструмента з робочою боковою гранню для очисних комбайнів : Дис... канд. наук: 05.05.06 2002

Федоров О. В. Обгрунтування раціональних параметрів ріжучого інструмента з робочою боковою гранню для очисних комбайнів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 — гірничі машини. — Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2002.
Дисертація присвячена обгрунтуванню параметрів нового типу ріжучого інструмента для очисних комбайнів — різця з робочою боковою гранню — який руйнує пласт комбінованим способом, за рахунок створення в ньому здебільшого напружень зсуву. В роботі дається нове рішення технічної проблеми, що має важливе значення для економіки України. Встановлено, що різці з робочою боковою гранню більш ефективні, ніж різці існуючих конструкцій. Розроблено методики і визначено параметри різців з робочою боковою гранню і схем їхнього набору на виконавчому органі, що забезпечують зниження на 2030% питомих енерговитрат руйнування пласта, значне поліпшення гранулометричного складу добутого вугілля і підвищення в 1,3 1,5 разів продуктивності очисних комбайнів.
Основні результати роботи знайшли застосування при проектуванні, виготовленні та випробуваннях різців з робочою боковою гранню типів ЗРБ2-80Л та ЗРБ2-80П.

В дисертаційній роботі надане нове рішення науково-технічної задачі, яка має важливе народногосподарське значення, і полягає в визначенні характеру взаємодії ріжучого інструмента з робочою боковою гранню з пластом, що руйнується, розробці математичних моделей сил, що формуються на його гранях, як багатопараметричних випадкових функцій, і на їхній основі — методик визначення раціональних параметрів різців з робочою боковою гранню і схем їхнього набору на виконавчих органах очисних комбайнів, які дозволяють знизити на 2030% питомі енерговитрати руйнування пласта, покращити гранулометричний склад видобутого вугілля — знизити в 1,31,5 рази вміст дрібної фракції (штибу), і збільшити в 1,52 рази вихід великих фракцій, — а також підвищити в 1,31,5 рази продуктивність комбайна.
За результатами роботи можна зробити такі висновки:
1. Ріжучий інструмент з робочою боковою гранню руйнує пласт, створюючи в ньому комбінований напружений стан, при якому робоча бокова грань створює здебільшого напруження зсуву, а передня грань — напруження стиску. Такий спосіб руйнування є більш ефективним у порівнянні зі способом руйнування пласта існуючим ріжучим інструментом, що дозволяє знизити на 2030% питомі енерговитрати руйнування пласта, значно покращити гранулометричний склад видобутого вугілля і підвищити в 1,31,5 рази продуктивність комбайна.
2. Аналітичні і експериментальні тензометричні дослідження руйнування масиву різцем з робочою боковою гранню дозволили встановити наступне:
2.1 Руйнування пласта різцями з робочою боковою гранню відбувається шляхом сколювання окремостей (відколів) як передньою, так і робочою боковою гранями, розподіл імовірностей довжин яких (відколів) не суперечить закону Вейбула.
2.2 Сила, що формується на робочій боковій грані різця при руйнуванні ним пласта, є багатопараметричною випадковою функцією, величина і випадковий характер якої зумовлені величиною і випадковим характером довжин відколів масиву означеною гранню (з розподілом імовірностей, не суперечним закону Вейбула), опірності вугілля різанню (з розподілом імовірностей за нормальним законом), а також товщиною і шириною стружки і параметрами різця — шириною і кутом нахилу робочої бокової грані.
2.3 Математичне очікування зусилля, що формується на робочій боковій грані при руйнуванні міжщілинового цілика:
— пропорційно величині опірності вугілля різанню та ефективній площі перерізу міжщілинового цілика;
—залежить від ширини робочої бокової грані обернено;
— нелінійно залежить від кута нахилу робочої бокової грані, досягаючи мінімуму при значеннях кута в інтервалі 3040.
2.4 Гарантоване руйнування міжщілинового цілика різцем з робочою боковою гранню відбувається при відношенні ширини частини цілика, яка вільно сколюється, до товщини стружки, яке не перевищує 2.
3. Вперше розроблені в дисертації математичні моделі миттєвих зусиль, що формуються на різці з робочою боковою гранню при руйнуванні пласта і при зустрічі з твердим включенням, дозволили встановити:
3.1 Питомі енерговитрати руйнування пласта знижуються зі збільшенням ширини зрізу. Різець з робочою боковою гранню здатний працювати з шириною стружки до 90 мм, що дозволяє знизити на 3045% питомі енерговитрати руйнування пласта одиничним різцем у порівнянні з питомими енерговитратами руйнування пласта ріжучими інструментами існуючих конструкцій. При цьому питомі енерговитрати руйнування пласта виконавчим органом знижуються на 2030%.
3.2 Збільшення площі перерізу стружки і зниження питомих енерговитрат руйнування пласта дозволяють істотно покращити гранулометричний склад видобутого вугілля — вміст дрібних фракцій (06 мм) зменшується в 1,31,5 рази, а вміст великих фракцій (більше 50 мм) збільшується в 1,52 рази.
3.3 При зустрічі ріжучого інструмента з нездоланним твердим включенням він підпадає під значні навантаження (до 160 кН), які перевищують межу згинальної міцності державок різців існуючих типів. Це зумовлює значну частку поломок різців існуючих конструкцій в загальному числі їхніх відмов.
4. Методики визначення раціональних параметрів різців з робочою боковою гранню і схем їхнього набору на виконавчих органах очисних комбайнів, основані на розробленій математичній моделі миттєвих зусиль, що формуються на різці з робочою боковою гранню при руйнуванні пласта, дозволяють на стадії проектування ріжучого інструмента та виконавчих органів, оснащених такими різцями, визначати раціональні значення основних параметрів відповідно різців, виконавчих органів і режимних параметрів руйнування ними вугільного пласта, що забезпечують зниження на 3045% питомих енерговитрат руйнування пласта, істотне поліпшення гранулометричного складу видобутого вугілля (зниження в 1,31,5 рази вмісту штибу і збільшення в 1,52 рази виходу великих фракцій), підвищення в 1,31,5 рази продуктивності комбайна, а також зниження (приблизно в 5 раз) осьової неврівноваженості виконавчого органу і зменшення в 1,8 рази витрат різців.
5. У якості раціональних значень параметрів, отриманих у відповідності з розробленими методиками, рекомендуються:
5.1 Кут нахилу і ширина робочої бокової грані, які дорівнюють відповідно 35 і 3540 мм, що забезпечує зниження на 3045% питомих енерговитрат руйнування пласта і забезпечення контакту з масивом по всій ширині робочої бокової грані.
5.2 Висота робочої бокової грані повинна складати не менше 35 мм для забезпечення контакту з масивом по всій її висоті.
5.3 Кут установлення твердої вставки в корпусі різця в інтервалі 4553, що підвищує міцність і довговічність різця.
5.4 Конструктивні кут різання і задній кут — відповідно в інтервалах 8085 і 1113, що забезпечує достатню міцність твердої вставки і роботу різця з величиною кінематичного заднього кута не менше 8.
5.5 Ширина передньої грані і кут її нахилу відповідно 1012 мм і 5355, що забезпечує як зниження на 812% питомих енерговитрат руйнування пласта, так і зменшення осьової неврівноваженості виконавчого органу — осьове зусилля знижується приблизно в 5 раз.
5.6 Режим роботи різця з робочою боковою гранню по руйнуванню пласта — по послідовній схемі з шириною зрізу, яка дорівнює 8090 мм, і середньою товщиною зрізу не менше 2 см, забезпечує зниження на 3045% питомих енерговитрат руйнування пласта і гарантоване руйнування міжщілинового цілика.
6. Рекомендовані параметри різців з робочою боковою гранню і схем їхнього набору на виконавчих органах очисних комбайнів слід застосовувати при наступних обмеженнях: робота комбайна по пласту з опірністю вугілля різанню до 360 кН/м, з незначною кількістю твердих включень, при незначній потужності порідних прошарків і присічок бокових порід.
7. Результати дисертаційної роботи використані при виготовленні ріжучого інструмента для очисних комбайнів, відновленні і ремонті шнеків виконавчих органів комбайнів типів 1К-101, К-103 та ГШ-68.
8. Очікуваний економічний ефект від використання результатів дисертаційної роботи складає приблизно 4,6 млн. грн. на одну лаву за рік.