Анотація до роботи:

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 20…30% 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 20…30% питомі енерговитрати руйнування пласта, покращити гранулометричний склад видобутого вугілля — знизити в 1,3…1,5 рази вміст дрібної фракції (штибу), і збільшити в 1,5…2 рази вихід великих фракцій, — а також підвищити в 1,3…1,5 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 20…30% питомі енерговитрати руйнування пласта, значно покращити гранулометричний склад видобутого вугілля і підвищити в 1,3…1,5 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 30…40.

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 30…45% 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 20…30%.

3.2 Збільшення площі перерізу стружки і зниження питомих енерговитрат руйнування пласта дозволяють істотно покращити гранулометричний склад видобутого вугілля — вміст дрібних фракцій (0…6 мм) зменшується в 1,3…1,5 рази, а вміст великих фракцій (більше 50 мм) збільшується в 1,5…2 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 30…45% питомих енерговитрат руйнування пласта, істотне поліпшення гранулометричного складу видобутого вугілля (зниження в 1,3…1,5 рази вмісту штибу і збільшення в 1,5…2 рази виходу великих фракцій), підвищення в 1,3…1,5 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 35…40 мм, що забезпечує зниження на 30…45% 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 45…53, що підвищує міцність і довговічність різця.

5.4 Конструктивні кут різання і задній кут — відповідно в інтервалах 80…85 і 11…13, 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 10…12 мм і 53…55, що забезпечує як зниження на 8…12% 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 80…90 мм, і середньою товщиною зрізу не менше 2 см, забезпечує зниження на 30…45% 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.

Публікації автора:

1. Бойко Н.Г., Федоров О.В. Характер взаимодействия рабочей грани резца с разрушаемым материалом. // Труды Донецкого государственного технического университета. Выпуск 7, серия горно-электромеханическая. — Донецк: ДонГТУ, 1999. — С. 21-27.

2. Бойко Н.Г., Федоров О.В. Параметры разрушения угля режущим инструментом с рабочей боковой гранью // Гірнича електромеханіка та автоматика: міжвід. науково-технічний збірник.— Дніпропетровськ: НГА України, 1999. — Вип. 2 (61). — С. 256 —258.

3. Формирование усилий на гранях резцов при разрушении пластов сложной структуры и наличии твердых включений / Бойко Н.Г., Марков Н.А., Бойко Е.Н., Федоров О.В. // Гірнича електромеханіка та автоматика: міжвід. науково-технічний збірник.— Дніпропетровськ: НГА України, 2000. — Вип. 64. — С. 147—153.

4. Характер и параметры разрушения пласта резцами с рабочей боковой гранью / Бойко Н.Г., Марков Н.А., Бойко Е.Н., Федоров О.В. // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 16, серія гірничо-електромеханічна. — Донецьк: ДонДТУ, 2000. — С. 21-27.

5. Формирование гранулометрического состава угля при добыче его очистными комбайнами / Бойко Н.Г., Марков Н.А., Бойко Е.Н., Федоров О.В. // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 27, серія гірничо-електромеханічна. — Донецьк: ДонДТУ, 2001. — С. 35-64.

6. Разрушение хрупких материалов резцами с рабочей боковой гранью / Бойко Н.Г., Бойко Е.Н., Марков Н.А., Федоров О.В. // Резание и инструмент в технологических системах. Межвед. научн.-техн. сборник. — Харьков: ХГПУ, 2001. — Вып. 60. — С. 13-18.

7. Бойко Н.Г., Бойко Е.Н., Федоров О.В. Математическое моделирование мгновенных усилий, формирующихся на резце с рабочей боковой гранью. // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Випуск 35, серія гірничо-електромеханічна. — Донецьк: ДонДТУ, 2001. — С. 21-27.

В публікаціях, які написано у співавторстві, автором: [ 1 ] — виконано аналітичне дослідження характеру взаємодії робочої бокової грані різця з матеріалом, що руйнується; [ 2 ] — досліджено особливості руйнування вугільного пласта різцем з робочою боковою гранню; [ 3 ] — виконано експериментальні та аналітичні дослідження зусиль, що формуються на різці з робочою боковою гранню при руйнуванні пласта; [ 4 ] — виконано експериментальні і аналітичні дослідження процесу руйнування пласта різцем з робочою боковою гранню; [ 5 ] — здійснено прогнозування гранулометричного складу вугілля, яке зруйноване різцем з робочою боковою гранню; [ 6 ] — визначені питомі енерговитрати руйнування пласта різцями з робочою боковою гранню; [ 7 ] — розроблено математичну модель миттєвих зусиль, що формуються на різці з робочою боковою гранню.