Анализ влияния диаметра насадки на усилие резания стругового исполнительного органа

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2009. Вып. 3. С. 267-271 = Науки о земле

УДК 622.23.054.2:622.271.64

Анализ влияния диаметра насадки на усилие резания стругового исполнительного органа *

В.В. Король, А.Е. Пушкарев

Аннотация. Произведен анализ серии экспериментов. Выведена экспериментальная зависимость усилия резания на гидромеханическом резце от диаметра насадки.

Ключевые слова: струг, гидромеханическое разрушение угля, горные машины, компоновка исполнительного органа.

Применение струговых установок в последние годы стало наиболее привлекательным способом угледобычи, так как практика выемки тонких и средней мощности пластов шнековыми комбайнами показала ряд недостатков, которые снижают экономичность горных работ и ухудшают условия труда в очистных забоях [1, 2].

Струговая технология позволяет устранить эти недостатки и снизить влияние отрицательных факторов, присущих комбайновой выемке угля.

Однако для распространения стругов на все более сложные условия, характеризующиеся большей крепостью угля при наличии в пласте породных прослойков и включений, и необходимости присечки пород кровли или почвы для прохода секций крепи требуется создание современного режущего инструмента и применение новых способов воздействия на массив. Одним из путей повышения эффективности струговой выемки является применение гидромеханических резцов.

Коллективом ученых ТулГУ была разработана новая компоновка резца, в котором подача воды высокого давления осуществляется через струеформирующее устройство, размещенное внутри осевого канала резца. При такой схеме обеспечивается защита насадки струеформирующего устройства от заштыбовки и наличие постоянного истечения высокоскоростной струи на массив.

Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.2.1.1/3942) и ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» (проект № 02.740.11.0319).

Результаты опытов по установлению зависимостей усилий резания от

диаметра канала

Номер серии опытов Факторы н рх/р;

Л, мм мм ^СЖ1 МПа Ур, м/с С?0; мм Ро, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 10 10 35,8 2 0,4 30 3840 1,71

0,6 3270 1,45

0,8 2250 1,00

2 10 10 35,8 2 0,4 70 2430 1,46

0,6 2180 1,31

0,8 1660 1,00

3 10 10 31,2 2 0,4 30 2549 1,46

0,6 2040 1,17

0,8 1741 1,00

4 10 10 31,2 2 0,4 70 1533 1,46

0,6 1227 1,17

0,8 1047 1,00

5 10 10 27,7 2 0,4 30 3180 1,49

0,6 2570 1,21

0,8 2130 1,00

6 10 10 27,7 2 0,4 70 1810 1,33

0,6 1530 1,13

0,8 1360 1,00

7 10 10 25,6 2 0,4 30 1661 1,46

0,6 1329 1,17

0,8 1135 1,00

8 10 10 25,6 2 0,4 70 999 1,46

0,6 799 1,17

0,8 682 1,00

9 10 10 22,8 2 0,4 30 1820 1,90

0,6 1240 1,29

0,8 960 1,00

10 10 10 22,8 2 0,4 70 720 1,18

0,6 680 1,11

0,8 610 1,00

Были проведены исследования нового режущего инструмента для усовершенствования стругового комбайна.

Исследования выполнены для установления влияния диаметра струеформирующей насадки, определяющего расход воды через резец при постоянном

давлении воды р, на усилия резания при разрушении массива гидромеханическими резцами, диаметр насадки которых был равен 0,4; 0,6 и 0,8 мм. Толщина стружки /г составляла 10 мм, шаг резания £ = 10 мм, давление воды Ро = 30 и 70 МПа, а скорость резания Ур = 2 м/с. Эксперименты проводили на углецементных блоках с временным сопротивлением одноосному сжатию Стсж = 35,7; 31,2; 27,7; 25,6 и 22,8 МПа.

Результаты опытов по установлению зависимостей усилий резания от диаметра канала представлены в таблице и на рисунке.

а

0,6 --1--

0,4 0,5 0,6 0,7 с!о, мм

б

Зависимости усилия резания Г‘г (а) и коэффициента к{(1()г) (б), учитывающего влияние диаметра канала резца на формирование усилия Р7. от диаметра канала с?о; 1 — при а„ = 35,8 МПа, Ро = 30 МПа; 2 — при (Тс* = 35,8 МПа, Р0 = 70 МПа; 3 - при ст^ = 31,2 МПа, Р0 = 30 МПа; 4 -РР

РР

Р

РР

Обработка экспериментальных данных позволила получить следующие выражения ДЛЯ определения поправочных коэффициентов &(с?0г) (см. рисунок б), учитывающих влияние диаметра струеформирующей насадки на Рг и характеризующих относительное изменение этих усилий по сравнению с эталонным режимом (с?о = 0,8 мм):

кЛог = 0)89 • с?д_0,56).

Полученные результаты показывают, что с увеличением диаметра насадки г/о усилия резания, действующие на резец, уменьшаются по криволинейной зависимости, близкой к экспоненте. Снижение составляющих усилий можно объяснить тем, что увеличение расхода воды способствует более значительному ослаблению зоны массива, находящейся перед резцом. Для графиков, изображенных на рисунке а, степень уменьшения усилий в зависимости от диаметра струеформирующей насадки г/,о колеблется от 1,2 до 1,5 раза для Р

Если, например, увеличение диаметра канала от 0,4 до 0,8 мм, или в 2 раза приводит к снижению усилия резания Рг с 720 до 610 Н, или в 1,2 раза (кривая 10), то для зависимости (5) Рг уменьшается в 1,5 раза.

Список литературы

1. Пушкарев А.Е., Наумов Ю.Н., Король В.В. Перспективы развития технологии струговой выемки // Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». 2007. Вып.2. С.210-213.

2. Гидроструйные технологии в промышленности. Гидромеханическое разрушение горных пород / В.А. Бреннер [и др.]. М.: Изд-во АГН, 2000. 343 с.

Поступило 06.10.2009

Король Валерия Валерьевна (kvv-valeri@mail.ru), ассистент, кафедра геоинженерии и кадастра, Тульский государственный университет.

Пушкарев Александр Евгеньевич (pushkarev-agn@mail.ru), д.т.н., профессор, кафедра геотехнологии и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.

The analysis of nozzle diameter influence on cutting effort of plowings executive organ

V.V. Korol, A.E. Pushkarev

Abstract. A series of experiments was analyzed. Experiment dependence of effort cutting on a hydro-mechanical cutter from nozzle diameter was deduced.

Keywords: plough, hydra-mechanical destruction of coal, mining machinery, arrangement of executive organ.

Korol Valery (kvv-valeri@mail.ru), assistant, department of geoengineering and cadastre, Tula State University.

Pushkarev Alexander (pushkarev-agn@mail.ru), doctor of technical sciences, professor, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.