Горные машины и оборудование

P

e

p

F с

hс2 F ,

(2.5)

p

1

где с1 и с2 - коэффициенты, имеющие тот же смысл, что и коэффициенты k и

n в формуле (2.3), причем

с

k

;

с

n 1.

(2.6)

2

1

b

Упроф. Кис-

Для физического понимания смысла коэффициентов с1 и с2

лов Н.В. в [7] предлагает использовать зависимость для определения удель-

ного сопротивления резанию в виде

Т

h

с2

Н

e

с

,

(2.7)

p

1

h

1

й

где h1 = 1 м – условная толщина стружки.

Б

виды

Тогда с1 имеет размерность удельного сопротивления резанию и равен

ра

ему при

h h1 1, т. е. при h1 = 1 м.

Несмотря на практическое удобство

спользования формулы (2.7) и

о

возможность оценивать различные

влияния h на удельное сопротивле-

ние резанию (рис.2.5) её применение ог аничивается недостаточным наличи-

т

ем справочных данных для выб

значений коэффициентов с1 и с2.

ep

и

з

C2 > 1

п

C2 = 1

е

о

C2 < 1

C2 < 0

Р

h

Pp dS e p F dS ,

(2.8)

или

dE e p dV ,

тогда

e p

dE

,

(2.9)

dV

У

где Е – энергия, затрачиваемая на разрушение массива резанием;

V – объём разрушаемой породы.

Т

Таким

образом,

удельное

сопротивление резанию численно

равно

Н

удельным затратам энергии на разрушение некоторого объёма массива гор-

ной породы. Если теперь левую и правую части (2.9) разделить на дифферен-

циал времени dt, то получим

Б

e p

dE / dt

N

,

(2.10)

dV / dt

Q

где N – мощность, затрачиваемая на разрушение массива резанием;

и

Q – объёмная производительность.

Это соотношение позволяет

спользовать значение удельного сопро-

различного K2 C2

тивления резанию, как удельных затрат мощностий

на разрушение массива ре-

занием и применять его в

ода энергетических расчётах горных

о

машин. Для реального исп льз вания фо мулы (2.4) предлагается её вариант

в виде

т

под которыми понимаются

e p K1 C1 h

,

(2.11)

условия, в которых определены коэффициенты С1

где К1

и К2

– коэфф ц ен ы, учитывающие соответственно отличие реаль-

ных прочностных свойств горной породы и условий резания от эталонных,

и С2.

зудельного сопротивления резанию в качестве характеристики

п

П

взаим действия резцов с горными породами часто используется величина

альные

со ротивляемостимимо пород резанию,

для определения которой созданы специ-

Р

установки и методики [7].

На основании среднего значения сопротивляемости резанию согласно

ОСТ 12.47.001-73 «Комбайны очистные. Выбор параметров и расчёт сил ре-

зания и подачи на исполнительных органах. Методика» сила сопротивления

резанию углей определяется по формуле

0,3hсp 0,003

1

Pp A

hcp tcp K з K y Kф Kc Kот

,

(2.12)

b

p

h tg K

хр

cos

cp

l p - ширина рабочей кромки резца, м;

hcp ,

tcp - средняя толщина (глубина) и ширина (шаг резания) стружки в

установившемся режиме, м;

- угол развала бороздки, градус;

K xp - коэффициент, учитывающий хрупко-пластические свойства угля;

K з - коэффициент обнажения забоя;

K у - коэффициент, учитывающий влияние угла резания;

Kф - коэффициент влияния формы передней грани резца;

Kс - коэффициент учёта влияния схемы резания;

Kот - коэффициент, учитывающий влияние отжима угля в зоне работы

исполнительного органа.

У

К сожалению, формула (2.12), как и другие зависимости, полученные

Т

на основе обработки экспериментальных данных, справедливы в своём

большинстве лишь для конкретных условий, в которых эти данные получе-

Н

ны. В угольной промышленности созданы специальные установки для опре-

деления средней сопротивляемости резанию. Для этих целей используется

установка ДКС-2 (Рис. 2.6), а также динамометрическиеБсвёрла.

й

и

р

3

4

2

1

о

т

и

з

о

3

2

1

п

е

Р

4

Рисунок 2.6 – Принципиальная схема установки ДКС-2:

1 – распорная стойка;

2 – держатель резца;

3 – резец;

4 – измерительное устройство

т. д. При этом режущие кромки их элементов разрушения совершают самые

У

разнообразные по виду траектории и скоростям резания движения. Эти дви-

жения можно разделить на две большие группы:

Т

- обеспечивающие снятие (отделение) слоя массива горной породы с

постоянной толщиной стружки (постоянной глубиной резания);

Н

- отделение слоя массива горной породы с переменной толщиной

стружки.

К первой группе машин относятся врубовые машины с рабочим орга-

Б

ном в виде цепного бара, щеленарезные машины, экскаваторы непрерывного

чаще всего сложное может включать несколько независимых простых дви-

Независимо

жений, как это отражено в таблице 2.1.

п

т того, из каких движений состоит сложное движение ре-

№

Число простых

Типы простых

Примеры

п/п

движений

движений

1

1

поступательное

Струг, бульдозер

2

2

поступательное +

Ковшовая рама;

поступательное

цепной бар

поступательное +

Шнек-фреза

вращательное

очистного комбайна;

ковш прямой лопаты;

фрезерный барабан

3

3

поступательное +

Планетарно-дисковый

два вращательных

исполнительный орган;

У

дренажно-дисковая машина

вращательное +

Ковшовая рама

два поступательных

веерногоТкопания

4

4

поступательное +

Режущие головки тоннелепроход-

три вращательных

ческой машины

Н

й

При снятии стружки одним простым поступательным движением ее

и

толщина задается или находится из равновесияБили балансовых соотноше-

мых движений и шага установки

езцов в л н и резания. Для ее определения

о

рассмотрим план скоростей ( ис.2.7,б).

Подобные движения

исполнительными органами экскава-

ми и, вообще,

с бар выми исполнительными органами.

машинами

v

а)

з

б)

т

оu

п

v

va

е

λ

u

h

tp

α

Р

α1

v ,

(2.13)

или с учетом того, что t p

u ,

t p

v

.

(2.14)

u

У

Так как

Т

h sin 1 ,

(2.15)

где α -

угол между скоростью v исполнительного органа и абсолютной vа

скоростью резца.

Н

Б

Из плана скоростей имеем

sin 1

u sin

u sin

,

(2.16)

2

2

2

2

u

v

2u v cos

u sin v u cosй

где α - угол между перен сн й и

и

тносительной скоростями.

Формула (2.16)

упрощается при ее использовании в расче-

р

тах реальных машин с исп лни ельными органами типа цепного бара и мно-

гоковшовой рамы. Обычно в

аких машинах v << u и тогда sin

sin , а

о

1

значительно

v

и

h

t p

sin .

(2.17)

u

Если режущиезэлементы исполнительного органа участвуют в поступа-

тельн м и вращательном движениях (рис.2.8), то они снимают слой породы

п р м

толщины. При этом резцы движутся по траекториям, описывае-

нной

мым линиями, которые называются циклоидами (укороченными или удли-

п

н нными) (рис.2.9,б). Обычно в таких случаях различают максимальную,

ср днюю и минимальную толщину стружки.

е

Такую стружку снимают режущие элементы наиболее распространен-

ных исполнительных органов горнодобывающих машин – цилиндрических и

Ршнековых фрез, дисковых фрез торфодобывающих и камнерезных машин и

т.п. (Рис.2.8). В этом случае толщина стружки зависит не только от соотно-

шения переносной v и относительной u скоростей и размеров исполнительно-

ментов фрезы за время ее поворота на угол φ между двумя смежными резца-

ми в линии резания. Это время определяется выражением

t

2

,

(2.18)

1

z

где ω - угловая скорость вращения фрезы;

У

z - число резцов в линии резания.

Т

Н

Б

й

и

р

2.8 – Шнек-фреза очистного комбайна

о

а)

т

v

Рисунок

з

о

λ

ω

п

А

В

е

С

λ

к

Р

Н

R=D/2

hmax

Рисунок 2.9 – Толщина стружки при работе цилиндрической фрезы

За это время фреза перемещается в направлении скорости v на расстоя-

ние

v

2 .

(2.19)

z

Считая, с небольшой погрешностью,

ABC прямоугольным находим

максимальное значение толщины стружки при угле контакта, равном к ,

h

sin

к

v

2

sin

к

.

(2.20)

max

z

Угол контакта фрезы с породой зависит от наружного (по концам рез-

У

цов) диаметра фрезы и мощности H разрабатываемого слоя породы. Значение

sinφк при

к 2 определяется выражением

Т

sin к 2

D H H 2

,

Н

(2.21)

D

Б

которое следует из рис.2.9.

Таким образом,

максимальную

стружки при изменении угла

контакта в пределах 0 к

2 в зав с мости от мощности разрабатываемо-

го слоя породы Н можно определ ть по формулей

2

4

H

толщину

H

H

hmax v

H

4 v

(2.22)

z D

D2

z D

1

.

D

р

Эти формулы справедливыои при H D 2 ,

т.е. при к 2 . Однако в

этом случае, надо уч

, что максимальное значение стружки составляет

2 v

тывать

h

превышении

угла

контакта

значения

2 толщина

max

z

при

стружки уменьшается.

Для

з

ределения среднего значения толщины стружки вычислим пло-

щадь сер

видн й формы сечения стружки (рис 2.11), снимаемой резцом и

о

о р д лим её площадь через её среднее значение.

п

λ

v

ω

е

А

В

Р

С

φz

φк

Н

R=D/2