Виды резания (разрушения)

Исполнительные органы выемочных и проходческих машин обычно оснащают группой инструментов (резцов, шарошек и др.), расположенных в определенном порядке. Воздействуя на горную породу, инструменты образуют на ней борозды — резы, проходы, лунки. При резании с поверхности обычно образуется «развал», когда (борозда реза шире передней грани резца и между боковой стенкой реза и осью имеется некоторый угол Ψ (рис. 3.1). Систему резов (проходов), расположенных в определенной последовательности относительно друг друга, забоя исполнительного органа, а также по времени, называют видом резания (разрушения) - рис. 3.1, б.

Чем больше степень обнажения поверхности, тем легче разрушается порода (уголь). Однако эффективность процесса определяется не столько усилием, сколько энергоемкостью разрушения. Последняя уменьшается с увеличением толщины стружки (глубины прохода) и снижением удельного веса сил трения.

В последующем, говоря о видах резания (резцами), будем иметь в виду также и соответствующие виды разрушения другими инструментами.

Блокированный вид разрушения (см. рис. 3.1, а, схема I) - развал отсутствует, резание происходит в щели, напряженное состояние в массиве породы не реализуется, периметр контакта резца с породой наибольший, работа сил трения значительна. Сечение стружки F = bh, где b — ширина резца; h — толщина стружки. Блокированный вид бывает главным образом при работе камнерезных машин. Такой вид резания наиболее энергоемок.

Полублокированный вид (см. рис. 3.1, а, схема II) - рез с одной стороны ограничен сплошной стенкой, развал возможен только в одну сторону.

Рисунок 3.1 - Виды резания

Сечение стружки

где — средний угол развала.

Такой рез имеет место в крайних линиях резания исполнительных органов выемочных и проходческих комбайнов и других машин. Энергоемкость ниже, чем при резании в щели.

Вид резания с выровненной поверхности (см. рис. 3.1, а, схема III) - развал происходит в обе стороны, сечение стружки . При непрерывной работе исполнительных органов такой вид реза невозможен, так как после резания поверхность забоя не бывает ровной. Энергоемкость разрушения меньше, чем при перечисленных выше видах. Такой рез применяют обычно в качестве эталонного, с которым сравнивают все другие виды.

Свободный вид резания (см. рис. 3.1, а, схема IV) имеет три обнаженных плоскости, ширина стружки близка к ширине режущей части, равной b. Наименее энергоемкий вид резания. Может быть осуществлен в сочетании с блокированным видом резания.

Повторный вид резания с поверхности (см. рис. 3.1, а, схема V) имеет две обнаженных плоскости и ширину стружки, меньшую ширины резца. Возможен установившийся режим резания с поверхности, при котором после каждого прохода забой принимает первоначальную выровненную форму.

Последовательный вид (см. рис. 3.1, а, схема VI) —рез имеет две плоскости обнажения. Этот вид является одним из самых эффективных и характерен для большинства исполнительных органов горных машин. При таком виде на забое непрерывно воспроизводится одна и та же сетка резания; сечение стружки F = ht (t - шаг резания).

Энергоемкость разрушения зависит от отношения шага к толщине стружки. Шаг резания, соответствующий минимальной энергоемкости, называют оптимальным. Его значение зависит от свойств породы, формы и размеров режущей части резца. С увеличением толщины стружки зона оптимальных отношений смещается в сторону меньших их значений.

Тот или иной вид резания реализуется соответствующей расстановкой резцов на исполнительном органе машины. При реализации последовательного вида известно несколько разновидностей схем расстановки. В случае, когда линия, соединяющая вершины резцов, нормальна к вектору скорости v_p, схему расстановки называют линейной; в противном случае — ступенчатой (рис. 3.1,б). На струговых исполнительных органах применяют ступенчатые схемы. Ступенчатое расположение резцов оказывает влияние на значение и направление боковых сил, действующих на резец. Эти силы направлены в сторону обнаженной поверхности, образованной впереди идущим соседним резцом. При опережающих верхних резцах боковые силы, суммируясь, прижимают исполнительный орган к кровле пласта; при опережающих нижних резцах исполнительный орган прижимается к почве пласта. Ступенчатость схемы характеризуется углом ступенчатости α_ск.

Шахматный (сотовый) вид (см. рис. 3.1, а, схема VII) представляет собой разновидность последовательного повторноговида, когда четные резы, чередуясь с нечетными, производятсяпо целичкам высотой h/2. При этом виде энергоемкость разрушения такая же, как и при последовательном. Однако она обеспечивает лучшую сортность полезного ископаемого за счет более рациональной формы реза.

Подрезной вид (см. рис. 3.1, а, схема VIII) отличается от полублокированного повторного наклонным положением резца. Параметры, характеризующие этот вид: глубина реза (высота уступа) h, шаг реза t и угол наклона резца к плоскости резания φ_н. Этот интересный вид исследовался в НПИ, а также в ИГД им.А. А. Скочинского.

Для установившегося режима резания, характерного воспроизведением одной и той же формы забоя, среднее сечение стружки F равно произведению ширины стружки t на ее толщину h, т. е.

F=th. (3.1)

Из числа рассмотренных установившийся режим бывает при следующих видах резания:

повторном с поверхности при t ≤ b;

последовательном, повторном, шахматном и подрезном видах при b <t<6 + 2h tg Ψ; блокированном.