Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия
Розроблено математичну модель для визначення допустимої величини зносу різального інструменту прохідницького комбайну за критерієм продуктивності. Встановлено, що для забезпечення обумовленої в технічних умовах теоретичної продуктивності прохідницького комбайну КПД, оснащеного різцями типу Р32-70, г...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2012
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57118 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 219-227. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57118 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-571182014-03-04T03:01:25Z Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия Шабаев, О.Е. Розроблено математичну модель для визначення допустимої величини зносу різального інструменту прохідницького комбайну за критерієм продуктивності. Встановлено, що для забезпечення обумовленої в технічних умовах теоретичної продуктивності прохідницького комбайну КПД, оснащеного різцями типу Р32-70, граничним рівнем зносу різального інструменту є значен-ня площадки затуплення порядку 25-35 мм². A mathematical model was developed to determine the allowable wear amount of cutting tools by roadheader performance. It was found that in order to provide the productivity of the roadheader KPD equipped with cutting edges such as P32-70 as discussed in the technical specifications, the ultimate level of wear of the cutting tools should be the value of the site blunting 25-35 mm². 2012 Article Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 219-227. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57118 622.232 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Розроблено математичну модель для визначення допустимої величини зносу різального інструменту прохідницького комбайну за критерієм продуктивності. Встановлено, що для забезпечення обумовленої в технічних умовах теоретичної продуктивності прохідницького комбайну КПД, оснащеного різцями типу Р32-70, граничним рівнем зносу різального інструменту є значен-ня площадки затуплення порядку 25-35 мм². |
| format |
Article |
| author |
Шабаев, О.Е. |
| spellingShingle |
Шабаев, О.Е. Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Шабаев, О.Е. |
| author_sort |
Шабаев, О.Е. |
| title |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| title_short |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| title_full |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| title_fullStr |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| title_full_unstemmed |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| title_sort |
обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57118 |
| citation_txt |
Обоснование предельного уровня износа резцового инструмента проходческого комбайна избирательного действия / О.Е. Шабаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 219-227. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT šabaevoe obosnovaniepredelʹnogourovnâiznosarezcovogoinstrumentaprohodčeskogokombajnaizbiratelʹnogodejstviâ |
| first_indexed |
2025-07-05T08:23:18Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:23:18Z |
| _version_ |
1836794563124002816 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
219
УДК 622.232
ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО УРОВНЯ ИЗНОСА
РЕЗЦОВОГО ИНСТРУМЕНТА ПРОХОДЧЕСКОГО
КОМБАЙНА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Шабаев О. Е.
(ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Розроблено математичну модель для визначення допусти-
мої величини зносу різального інструменту прохідницького ком-
байну за критерієм продуктивності. Встановлено, що для забез-
печення обумовленої в технічних умовах теоретичної продуктив-
ності прохідницького комбайну КПД, оснащеного різцями типу
Р32-70, граничним рівнем зносу різального інструменту є значен-
ня площадки затуплення порядку 25-35 2мм .
A mathematical model was developed to determine the allowable
wear amount of cutting tools by roadheader performance. It was
found that in order to provide the productivity of the roadheader KPD
equipped with cutting edges such as P32-70 as discussed in the tech-
nical specifications, the ultimate level of wear of the cutting tools
should be the value of the site blunting 25-35 mm2.
Проблема и ее связь с научными или практическими за-
дачами. Основой топливно-энергетического комплекса Украины
является каменный уголь, разведанные запасы которого оцени-
ваются в 110 млрд. т.
Современная тенденция добычи угля на Украине, а также в
других технологически развитых угледобывающих странах ха-
рактеризуется всевозрастающей интенсификацией нагрузки на
лаву. Отечественные механизированные очистные комплексы но-
вого технического уровня обеспечивают возможность роста
нагрузки на лаву до 2-х и более тысяч тонн в сутки.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
220
Одним из факторов, наиболее сдерживающих рост нагрузки
на современные добычные комплексы, является отставание в
подготовке нового фронта очистных работ. Эта задача реально
выполнима при проходке горных выработок с темпами 400-
600 м/месяц.
Такие темпы проходки может обеспечить только комбайно-
вая технология проведения выработок, которая наиболее полно
отвечает требованиям экономической эффективности горно-
подготовительных работ.
В настоящее время все более широкое применение на шах-
тах Украины и за рубежом получают проходческие комбайны со
стреловидным исполнительным органом, оснащенные коронками
различной конфигурации.
Прилагаемые в последнее время усилия, направленные на
интенсификацию прохождения горных выработок, а также даль-
нейшее расширение области применения проходческих комбай-
нов избирательного действия на забои с повышенными показате-
лями абразивности и прочности горных пород, обусловливают
существенное возрастание нагруженности исполнительного ор-
гана, а в частности его режущего инструмента.
Согласно опыту эксплуатации проходческих комбайнов,
выход из строя рабочего инструмента в среднем составляет 7-10
резцов в сутки. Кроме того, работа с затупленным инструментом
ведет к повышению нагруженности силовых систем комбайна и
привода исполнительного органа, что является сдерживающим
фактором для дальнейшей интенсификации темпов прохождения
горных выработок.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что
существует потребность отслеживать граничное состояние степе-
ни износа режущего инструмента, для обеспечения рационально-
го использования ресурса машины, и для реализации установ-
ленной заводом-изготовителем минутной производительности.
Анализ исследований и публикаций. Вопросом обоснова-
ния критериев износа резцов посвящены труды многих ученых.
Так авторы статьи [1] предлагают зависимости для определения
мгновенной площадки контакта (площадки затупления) резца с
разрушаемым массивом от износа резца по его длине при различ-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
221
ных значениях толщины стружки. Влияние износа резцов на си-
лы резания подробно изучалось в работе [2]. В работе [3] пред-
ставлены результаты, которые не противоречат предположению о
том, что переизношенные резцы, находящиеся в состоянии пре-
дельного затупления, не оказывают существенного влияния на
формирование нагрузок. Вместе с тем в этих и других известных
нам работах не исследовалось влияния степени затупления рез-
цов на формирования нагрузок на исполнительном органе про-
ходческого комбайна, не приведено обоснование допустимой ве-
личины износа для обеспечения технико-экономических показа-
телей оговоренных техническим заданием на конкретную машину.
Постановка задачи. Таким образом, целью работы является
обоснование предельной величины затупления рабочего инстру-
мента, обеспечивающей требуемую по техническому условию
теоретическую производительность проходческого комбайна из-
бирательного действия.
Изложение материала и результаты.
Математическая модель вектора внешнего возмущения
на аксиальной коронке
Для оценки влияние нагрузки на исполнительном органе
проходческого комбайна в зависимости от степени затупления
рабочего инструмента использовалась математическая модель
вектора внешнего возмущения на аксиальную коронку проходче-
ского комбайна избирательного действия [4]:
Исходными данными определения вектора внешнего воз-
мущения, формируемого на аксиальной коронке при разрушении
массива, являются: вектор параметров разрушения массива рез-
цами лопасти коронки pY ; вектор составляющих усилий резания
на резцах лопасти ,,1,,,{ inininip NiPZPYPXP
ni
== },1 nNn = ;
число лопастей на коронке Nз .
При известной величине m (номера прослойка разрушаемо-
го резцом) значения составляющих усилий резания на резцах
определяются по зависимостям:
)();();(
nininininini
pmpmpm YfzPZYfyPYYfxPX === ,
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
222
где
ninini
PZPYPX ,, – соответственно боковое усилие, сила
подачи и сила резания на i-том резце лопасти при n-том положе-
нии коронки по углу ее поворота;
)(),(),( YpfzYpfyYpfx mmm – зависимости определения со-
ставляющих силы разрушения niPp для прослойка массива, раз-
рушаемого резцом.
Разработанная математическая модель определения вектора
внешнего возмущения, действующего на аксиальную коронку, и
основных его параметров имеет вид:
[
( )
⋅=
====
====
+=
+=+=+=
+=
′+=+=+=+=
+−=
=⋅=
−=
′====
=
====′
⋅=
⋅−⋅−⋅−=
⋅−⋅−⋅−=
⋅−⋅−⋅−=
∑
∑∑∑∑
∑∑∑∑
−
−−−
i
niniп
z
zn
z
y
yn
y
x
xn
x
к
кn
n
nznz
n
nyny
n
nxnx
n
nn
кnnn
кnznznкnynynкnxnxn
n
jnnjznznjynynjxnxn
n
зn
з
nnnznnynnxn
n
i
nin
i
nin
i
nin
i
nin
inini
zzniyznixznini
zyniyynixynini
zxniyxnixxnini
thVQ
F
F
kF
F
F
kF
F
F
kF
М
М
kМ
NFFNFFNFFNМM
MMM
FZFFFYFFFXFF
Nкn
MMMFZFFFYFFFXFF
nкNj
кnNNкк
Nк
MMFZFFYFFXF
Nn
FZFZFYFYFXFXMM
rPZM
nPZnPYnPXFZ
nPZnPYnPXFY
nPZnPYnPXFX
ninini
ninini
ninini
.
;
)max(
;
)max(
;
)max(
;
)max(
;/;/;/;/
;
;;;
;,1
;;;;
;
;,1 ;/
;1,1
;;;;
;,1
;;;;
;
;
;
;
1
111
1
1
11
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
223
где ninini FZFYFX ,, – составляющие усилий разрушения
массива nipP , формируемых на резцах лопасти, в системе коорди-
нат коронки при ее n-ом положении по углу поворота;
),,(),,,(),,,( zzzyzxyzyyyxxzxyxx nnnnnnnnn – составляющие еди-
ничных векторов, соответственно, zyx nиnn , ;
nnnn FZFYFXM ,,,′ – вектор внешнего возмущения, дей-
ствующий на коронку (при ее n-ом положении по углу поворота)
от усилий разрушения массива резцами лопасти, компонентами
которого являются момент сопротивления и составляющая глав-
ного вектора внешних сил в системе координат коронки;
znynxnn FFFM ,,, – вектор внешнего возмущения от разруша-
емого массива, действующий на коронку в n-том положении;
zyx FFFM ,,, – средняя величина составляющих вектора
внешнего возмущения, действующего на коронку от разрушаемо-
го массива за один ее оборот;
zyx kFkFkFkM ,,, – коэффициенты неравномерности со-
ставляющих вектора внешнего возмущения, действующего на
коронку;
Q – теоретическая производительность комбайна;
пV – скорость подачи исполнительного органа на забой;
nih – толщина среза единичным резцом;
nit – ширина среза единичным резцом.
Математическая модель позволяет определить теоретиче-
скую производительность комбайна и параметры вектора внеш-
него возмущения в зависимости от усилия, формирующемся на
единичном резце.
Исследования влияния износа резцов коронки на произво-
дительность проходческого комбайна
В качестве объекта исследования был принят проходческий
комбайн избирательного действия типа КПД, рабочим инстру-
ментом которого является резец Р32-70.
Для определения сил на единичном резце типа Р32-70 были
использованы зависимости ОСТ 12.44.197-81 [5] и эксперимен-
тально полученные в работе [2]. С использованием приведенных
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
224
зависимостей была выполнена оценка степени влияния величины
износа (площадки затупления) резца на средние значения усилий
резания и подачи при разрушении горных пород с различными
физико-механическими свойствами. Влияние площадки затупле-
ния на усилия, формируемые на единичном резце, при разруше-
нии породы крепостью МПасж 100=σ , представлено на рисун-
ке 1.
Рис. 1. Зависимости усилий на резце от размера площадки
затупления (а – по экспериментальным зависимо-
стям, б – по формулам ОСТ 12.44.197-81)
Анализ приведенных зависимостей показывает, что силы
резания и подачи возрастают по линейной зависимости при уве-
личении площадки затупления резца. При этом необходимо отме-
тить, что увеличение площадки затупления до 40 2мм приводит к
значительному (2 – 7) раз росту средних значений усилий на рез-
це, что должно учитываться при определении теоретической про-
изводительности проходческого комбайна в качестве ограничи-
вающего фактора.
Теоретическая производительность проходческого комбайна
избирательного действия является функцией следующих режим-
ных параметров: глубина зарубки В , шага фрезерования Н∆ и
скорость подачи Vp .
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
225
Согласно разработанному плану вычислительных экспери-
ментальных исследований значения максимальной производи-
тельности комбайна ( max),,( →∆ VpHBQ ) для различных крепо-
стей разрушаемого материала определялось путем варьирования
параметров глубины зарубки В , шага фрезерования Н∆ и скоро-
сти подачи Vp с учетом величины затуплености рабочего ин-
струмента и принятых ограничений:
– по устойчивому моменту приводного электродвигателя
MуM ≤ ;
– по предельному давлению в гидроцилиндрах поворота ис-
полнительного органа РпкР ≤ .
Здесь: Mу – устойчивый момент приводного электродвига-
теля привода исполнительного органа;
Рпк – давление настройки предохранительного клапана
гидроцилиндров поворота исполнительного органа комбайна.
Результаты имитационного моделирования рабочего про-
цесса разрушения забоя с крепостью породы МПа100σсж = ис-
полнительным органом проходческого комбайна КПД оснащен-
ным резцами Р32-70 для различных физико-механических
свойств разрушаемой породы представлены на рисунке 2. Там же
горизонтальными линиями приведены значения требуемых ми-
нимальных теоретических производительностей, оговоренные в
техническом условии на комбайн КПД, в зависимости от крепо-
сти разрушаемого материала (см. табл. 1).
Анализ полученных результатов (рис. 2) показывает, теоре-
тическая производительность в значительной мере зависит от ве-
личины износа резцов, допустимая величина которого в свою
очередь зависит от физико-механических свойств разрушаемого
горного массива, типа резца и требуемой минимальной произво-
дительности комбайна. Для обеспечения оговоренной в техниче-
ском условии теоретической (минутной) производительности
проходческого комбайна КПД, оснащенного резцами типа Р32-
70, предельным уровнем износа режущего инструмента является
значение площадки затупление порядка 25-35 мм2. При этом
большее значение необходимо принимать для разрушения горно-
го массива с менее крепкими породами.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
226
Рис. 2. График зависимости максимальной производитель-
ности проходческого комбайна КПД от величины
площадки затупления на резцах (а – по формулам
ОСТ 12.44.197-81, б – по экспериментальным зави-
симостям)
Таблица 1
Минимальная производительность проходческого комбайна КПД
с зависимости от крепости разрушаемых пород
Крепость разрушаемых пород
Значение
производительности,
м3/мин
- по породе МПа100сж ≤σ 0,3
- по породе МПа80сж ≤σ 0,35
-по породе МПа60сж ≤σ 1
Выводы и направление дальнейших исследований
Для оценки предельного уровня износа резцового инстру-
мента проходческого комбайна в общем случае необходимо учи-
тывать следующие параметры: форму и тип исполнительного ор-
гана проходческого комбайна, физико-механические свойства
разрушаемых пород; тип режущего инструмента, минимальную
теоретическую производительность, оговоренную в техническом
условии на комбайн. Направлением дальнейших исследований
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012
227
является обоснование критериев для диагностики степени износа
режущего инструмента и определение времени его замены на ос-
нове мехатронной концепции создания проходческих комбайнов.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Разрушение углей и горных пород: Науч. сообщ. / Ин-т горн.
дела им. А.А. Скочинского. – М., 1988. – 80 с.
2. Костенко А. П. Установление рациональных режимов разру-
шения сильвинитовых пластов барабанными очистными ком-
байнами Дис. канд. техн. наук. – Донецк, 1992. – 193 с.
3. Разрушение углей и горных пород: Науч. сообщ. / Ин-т горн.
дела им. А.А. Скочинского. – М., 1988. – 80 с.
4. Математическая модель формирования вектора внешнего во-
змущения на аксиальной коронке мехатронного проходческо-
го комбайна / А.К. Семенченко, О.Е. Шабаев, Н.В. Хиценко,
Е.Ю. Степаненко // Наукові праці Донецького нац. техн. ун-
ту. Вип. 18(172), серія гірничо-електромеханічна. – Донецьк:
ДонНТУ, 2010. – С. 3 – 12.
5. ОСТ 12.44.197-81. Комбайны проходческие со стреловидным
исполнительным органом. Расчет эксплуатационной нагру-
женности трансмиссии исполнительного органа. Введен с
01.07.1982. – М.: Минуглепром СССР, 1981. – 48 с.
|