Підвищення міцності та зносостійкості різального інструменту гірських машин
Підвищення міцності та зносостійкості різального інструменту гірських машін.В роботі розглянуті деякі практичні шляхи підвищення міцності і ресурсу ріжучого інструменту, в основному, радіального типу, використовуваного для оснащення робочих (виконавчих) органів гірничих машин - очисних і прохідницьких комбайнів.
Проблема і її зв'язок з науковими і практичними завданнями.
Ріжучий інструмент гірських машин (очисних і прохідницьких комбайнів) є тим елементом конструкції, який безпосередньо стикається з руйнуються пластом або породним масивом і виробляє його руйнування. Руйнування пласта або породного масиву сучасними комбайнами проводиться з так званої «вирівнюється» поверхні. Це означає, що залишається міжщилинний цілик саме руйнується під дією внутрішнього напруженого стану, в якому знаходиться пласт або масив. Тому крок різання невеликої та коливається в межах 35-55 мм для різців забійній групи, а число різців на виконавчому органі досягає 100.
Створювані на різці зусилля при руйнуванні пласта або породного масиву значні і становлять кілька сот Ньютоновий. Крім того, пласти, як правило, складної будови. У них, крім породних прошарків, є тверді включення у вигляді сірчистого колчедану, піриту, кальциту, гальки і ін. Що не прорізаються ріжучим інструментом (опірність їх різання на порядок, а то і два вище опірності вугілля або породи резанию), а вибиваються з пласта. При великих розмірах твердого включення відбувається або поломка ріжучого інструменту або перекидання двигуна (або двигунів при многодвигательном приводі) приводу виконавчого органу. В цьому випадку практично вся кінетична енергія обертових елементів конструкції (валів, зубчастих коліс і ін.) І ротора двигуна (або двигунів) піде на додаткову деформацію елементів приводу і ріжучого інструменту, тобто має місце сплеск навантаження - додаткове навантаження у вигляді «викиду» її. Так, за даними наших досліджень роботи комбайна в шахтних умовах в цьому випадку сплеск навантаження в приводі перевищував максимальний момент двигуна в 2,5 рази [1] при однодвігательний приводі. На цю ж величину, треба думати, зросте і навантаження на різці, що знаходяться в контакті з руйнуються пластом або породним масивом.
При зустрічі різця з твердим включенням досить великих розмірів не по передній, а по бічній грані, відбудеться або поломка, або вигин його, як показано на рис. 1, рис 2. А це означає, що і в тому, і в іншому випадку різець буде непридатний для його подальшої експлуатації.
Мал. 1 - Характерні поломки ріжучого інструменту
Тому одним з важливих вимог до ріжучого інструменту гірських машин є достатня міцність інструменту. Вугілля і порода є абразивної середовищем. Ріжучий інструмент, виробляючи руйнування, піддається інтенсивному зносу. Про це свідчить вид зношеного інструменту, наведений на рис. 3.
Мал. 2 - Вигин ріжучого інструменту при бічному додатку навантаження
Ресурс сучасного серійно виготовляється ріжучого інструменту радіального (та й тангенціального) типу не великий - приблизно 3-6 робочих змін. Витрата різального інструменту оцінюється його питомою витратою - число різців на 1000 тонн видобутого вугілля. За даними [2], регламентоване число різців на 1000 тонн видобутого вугілля для шахт України, тобто для Донбасу становить 5,9-26,2. Якщо врахувати вартість інструменту (близько 30 грн. За різець), виходить, що для середньої комплексної лави з добовим навантаженням близько 3000 тонн добова вартість ріжучого інструменту становить близько 2350 грн. Місячна вартість інструменту скласти більше 70 тис. Грн. на один комбайн.
Мал. 3 - Характерний знос ріжучого інструменту
Тому другою вимогою до ріжучого інструменту є підвищений його ресурс, тобто підвищена зносостійкість ріжучого інструменту. До ріжучого інструменту пред'являється ще й ряд інших вимог - простота конструкції, швидка заміна в умовах шахти, надійність кріплення і ін. Слід ще звернути увагу на наступні дуже важливі факти. По-перше, для заміни такої кількості різцем потрібно досить великий час. За нормами для заміни інструменту передбачено 1 хв на 1 різець. А це приблизно 2-3 години на добу. Насправді для заміни різців, хоча і витрачається цей час, але воно частково витрачається в ремонтну зміну. По-друге, зношений або вийшов з ладу і вчасно не замінений ріжучий інструмент обумовлює підвищену нерівномірність формованої на робочому (виконавчому) органі навантаження. А це, в свою чергу, призводить до зменшення сталого моменту двигуна і, як наслідок, - до зниження продуктивності комбайна і навантаження на лаву.
Аналіз досліджень і публікацій.
Постановка задачі
Основним завданням цієї роботи є встановлення шляхів та визначення параметрів, що забезпечують підвищення міцності і зносостійкості різального інструменту гірських машин.
Виклад матеріалу і результати
У разі бічного навантаження (практично удару при зустрічі різця з не руйнуються твердим включенням) велику її частину сприймає бічна майданчик, яка спирається на поверхню кулака.
Мал. 4 - Різець радіального типу
Перевірка цих різців була проведена в умовах шахти. Перші різці були встановлені на комбайні типу 1ГШ-68 пласта k8 шахти «Трудовська» ДП «Донецьквугілля» на прохання шахти при «виході» лави в порушення пласта. У верхній частині пласта з'явився піщаник потужністю близько 0,5 м. При роботі комбайна, виконавчий орган якого був оснащений різцями типу ЗР4-80, добова витрата становив 140 різців. При цьому в середньому 40 різців на добу ламалися. При оснащенні виконавчого органу комбайна різцями типу ЗРБ2-80 добовий витрата різців зменшився в 3,5 рази (40 різців на добу) і було поламано всього 6 різців. При цьому поламані різці, які були встановлені на лопатях шнека. Поломка різців типу ЗРБ2-80 при роботі комбайна в зазначених умовах пояс-вується таким. Крок установки різців на шнеку (крок різання в забійній групі) становив 55 мм і не змінювався. При руйнуванні пісковика такий крок зумовив, найбільш ймовірно, рез, близький до блокованому резу.
Для породи крок різання приблизно в 2, а для пісковика навіть в 3 рази повинен бути менше. Очевидно, відбувався «захоплення» ріжучої частини різця утворилися стінками пісковика, а гойдання десяти тонного комбайна навколо діагоналі корпусу (за даними власних досліджень гойдання комбайна і, особливо, при втраті його стійкості відбувається саме навколо діагоналі корпусу) робили свою справу - ламали різці. І то навіть в цьому випадку число поламаних різців типу ЗРБ2-80 було в 6,5 разів менше. При доопрацюванні різців зазначеного типу ця обставина була врахована - бічні опорні поверхні різців типу ЗРБ3-80, ЗРБ4-80 були збільшені. Більш докладна перевірка різців зазначеного типу проведена в 102 лаві пласта l6 шахти «Довжанська-Капітальна» ДП «Свердловантрацит». Перевірці піддавалися 250 різців, які були встановлені на шнеках комбайна типу 1К-101, і отримані наступні результати за цим параметром - жоден різець ні поламаний. Випробування різців цього типу невеликими партіями - по 5-10 різців проводилися і на інших шахтах, наприклад, на шахті «Україна», ім. Д.Коротченко ДП «Селідовоуголь», на АП «Шахта ім. О.Ф.Засядька ». Випадків поломок різців не встановлено.
На знос ріжучого інструменту, як бачимо, впливає багато факторів. До основних факторів слід віднести: абразивність вугілля і породи, матеріал різця і його абразивна стійкість, опірність вугілля різанню, будова пласта, віджимання вугілля і режим роботи комбайна, що визначають навантаження на ріжучий інструмент, і ряд інших чинників. При цьому, слід зазначити, що практично всі ізперечісленних факторів є випадковими. Тому спроби дослідників цього питання представити у вигляді детермінованих залежностей зв'язку між зносом різального інструменту і зазначеними факторами мають або досить значні похибки або справедливі тільки для тих умов, в яких проведені ті чи випробування, або дослідження ріжучого інструменту. І практично всі розрахункові залежності для визначення або зносу, або інтенсивності зносу інструменту мають ряд поправочних коефіцієнтів, отриманих на підставі обробки експериментального матеріалу.
Інтенсивність зносу різців обумовлена, з одного боку, абразивністю руйнується вугілля, з іншого, - силою, що формується на його задній грані і параметрами армуючої твердої вставки, точніше, тиском на задній грані різця.
Так, наприклад, для нового ріжучого інструменту, тверда вставка якого має масу 150 гр. і площа задньої грані 3,1 см2 математичне очікування відносного збільшення ресурсу в порівнянні з серійно виготовляються різцями типу ЗР4-80 становить близько 25 разів, тобто часовий ресурс нового ріжучого інструменту складає близько 150 робочих змін (50 календарних діб) або близько півтора місяців.
Проведені випробування нового ріжучого інструменту в шахтних умовах - різців типу ЗРБ2-80 (шахта «Довжанська - Капітальна» ДП «Свердловантрацит») підтвердили отриманий теоретичним шляхом висновок про підвищення ресурсу: часовий ресурс різців типу ЗРБ2-80 склав 42 календарних діб, тобто . 1 місяць і 12 діб.
Висновки і напрямок подальших досліджень
Виконані розробки та отримані практичні результати свідчать про правильний підхід до вирішення завдання підвищення міцності і зносостійкості (ресурсу) ріжучого інструменту гірських машин і вимагає подальшого дослідження в цьому напрямку.
Список джерел
1. Динамічні характеристики системи приводу виконавчого органу комбайна 1К-101 // Я.І. Альшиц, В.Г. Гуляєв, Г.В. Малєєв та ін. - В кн. Гірські машини. Київ, МВССО України, 1971, с. 61-87.
2. Галузеві норми питомої витрати різців (зубків) для очисних і прохідницьких комбайнів. Мінвуглепром СРСР, М. 1985. - 12 с.
4. Методика випробування різців на міцність при динамічному додатку навантаження. М. ІГД ім. А.А. Скочинського, 1984. - 32 с.
5. Методика розрахунку норм витрати різців ЗР4-80 і РКС-1 для вугледобувних комбайнів. М. ІГД ім. А.А. Скочинського, 1986. - 25 с.
7. Вентцель Е.С. Теорія імовірності. - М. Наука, 1964. - 576 с.
Що варто знати про грунтах.