Обоснование закономерностей взаимодействия гидромеханических резцов с угольным массивом, обеспечивающих расширение области применения струговых установок

• Автор: Сафронов, Вадим Викторович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 176 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Струговая выемка. Современное состояние и перспективы развития
1.2. Гидромеханическое разрушение угля и крепких пород, его практическое применение
1.3. Современное состояние и направления развития теории разрушения углей и горных пород резцовым инструментом
1.3.1. Общие сведения о теории резания горных пород механическим инструментом
1.3.2. Эмпирическая модель
1.3.3. Аналитическая модель
1.3.4. Сравнение результатов расчета по аналитической и эмпирической модели
1.3.5. Представления о механизме разрушения горных пород гидромеханическими резцами. Математическая модель процесса разрушения по схеме «струя через резец»
ВЫВОДЫ
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ВЫБОР МЕТОДА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО РЕЗАНИЯ
2.1. Схема моделирования процесса резания
2.1.1. Определение эпюры контактных напряжений системы резец-массив
2.1.2. Определение напряженного состояния подрезцовой зоны горного массива
2.2. Алгоритм обработки значений напряжений в подрезцовой зоне
ВЫВОДЫ
3. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
3.1. Численное моделирование усилий резания для гидромеханического резца струговой машины
3.2. Определение вида функциональной зависимости усилий резания для механического резца струговой машины
3.3. Функциональная зависимость силы резания гидромеханическим резцом с плоской передней гранью
ВЫВОДЫ
4. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И РАСЧЕТ СИЛОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТРУГОВЫХ УСТАНОВОК, ОСНАЩЕННЫХ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИМ ИНСТРУМЕНТОМ
4.1. Технологическая перспектива селективной разработки угольных пластов стругами
4.2. Обоснование необходимости разработки тонких и средней мощности угольных пластов стругами
4.3. Технология селективной выемки с применением ассиметричного струга
4.4. Методика расчета сил на резцах струга, оснащенного гидромеханическим инструментом
4.4.1. Методика выбора основных параметров резцовой группы исполнительного органа
4.4.2. Методика расчета средних значений сил на резцах струга
4.4.3. Методика расчета равнодействующих средних сил и координат точек их приложения
4.5. Конструктивная реализация подвода воды высокого давления к стругу и гидромеханическому резцу
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. Добыча угля подземным способом остается приоритетным направлением в топливно-энергетической отрасли России. Оснащенность комплексно-механизированных лав современными
выемочными машинами различных конструкций и накопленный
многолетний опыт их эксплуатации в разнообразных горно-геологических условиях позволяют констатировать, что выемка угля стругами является одним из перспективных способов отработки пластовой залежи. Основными достоинствами струговой выемки являются: простота конструкции машины, высокая по гранулометрическому составу сортность, отделяемого от массива угля и возможность селективной разработки угольного пласта. Однако, реализация выемки с помощью стругов сдерживается из-за ограниченных возможностей механического способа разрушения прочных углей традиционным резцовым инструментом.
Более прогрессивным способом разрушения является гидромеханический способ, заключающийся в одновременном воздействии на угольный массив высоконапорных струй воды и механического инструмента. Применение гидромеханического способа позволяет улучшить сортность продуктов разрушения, уменьшить нагрузки на инструменте по сравнению с механическим резанием и, таким образом, расширить область применения механизированной отбойки. При этом в качестве инструмента целесообразно применять гидромеханические резцы, выполненные по схеме «струя через резец». Известными достоинствами таких схем реализации резцов являются снижение пылеобразования, охлаждение инструмента и уменьшение его износа. В то же время процесс совместного воздействия на угольный массив воды высокого давления и режущего инструмента струга недостаточно изучен и, как следствие, отсутствуют расчетные методы

ох, оу, 02, хху, хуг, Т2Х — пределы прочности на одноосное сжатие и сдвиг в направлении соответствующих осей координат;
К, К3 - коэффициенты, определяемые по пределам прочности в направлении под 45 град, к осям координат.
Средние усилия на переднюю грань определяются так:
*пср = мп шах Кср > (1.13)
/!Х
jpgpdhx
где Ксп=— (1-14)
Л "шах
/|ах - определяется из совместного решения уравнений (1.3) и (1.7).
Силы, действующие на заднюю и боковые грани инструмента:
^3 = 4^3(108/^3 -1,95) (1.15)
^=^^(108^,-1,95) (1.16)
где Кр; — коэффициент формы соответствующей площадки износа, равный
KFi=^f, (1-17)
1 О4
•* «î
где PUj - периметр площадки износа.
Таким образом, в аналитической теории резания рассматривается пространственный контакт резца с массивом и изучается природа сил, действующих при резании раздельно на каждую контактную площадку инструмента со стороны массива.
Зависимости для усилия дробления разрушаемого материала передней, задней и боковыми гранями инструмента, получены на основании решения контактной задачи теории упругости с учётом напряжённого состояния