Элементы и параметры горнорежущих инструментов

Несмотря на значительное разнообразие горнорежущих инструментов, основные их элементы имеют много общего. К ним (рис. 2.2) относятся: рабочая часть (головка) 2, армированная твёрдосплавной вставкой 3, державка (корпус) 1, переходящая в хвостовик 4, предназначенный для закрепления инструмента на исполнительном органе.

Рисунок 2.2 – Элементы и параметры резцов:

а – радиальных; б – тангенциальных; в – буровых

Рабочая часть представляет собой клиновидное тело, ограниченное передней, задней и боковыми поверхностями, образующими в пересечении режущие кромки (лезвия) и вершину.

Различают три вида параметров резцов: конструктивные, установочные и рабочие или кинематические. Конструктивные параметры — это линейные и угловые размеры резца, в соответствии с которыми он изготовлен. Установочные — это параметры, характеризующие резец, установленный на исполнительном органе. Рабочие — это параметры, которые резец имеет в процессе работы.

Основные параметры резцов выемочных машин регламентированы типоразмерным рядом: «Резцы для угольных комбайнов. Типы и параметры. Основные размеры хвостовиков резцов и гнезд для них». Проекты типоразмерных рядов разработаны для резцов проходческих комбайнов и буровых.

Резцы угольных и проходческих комбайнов подразделяют на радиальные и тангенциальные. Ось державки радиальных резцов перпендикулярна к линии резания; тангенциальных — она составляет острый угол с линией резания. Схема расположения оказывает влияние на конструкцию резца и его крепление на исполнительном органе.

В качестве главного параметра принят осевой вылет Н (длина головки) резца — расстояние от режущей кромки до опорной поверхности или места заделки. Осевой вылет резца определяет максимально возможную толщину стружки и допустимую производительность машины. Другие параметры: Н_х - длина хвостовика; Н_т.к — конструктивный тангенциальный вылет — расстояние от вершины резца до оси державки; площадь сечения хвостовика, характеризуемая размерами сторон А и В или диаметром d; ширина режущей кромки b — проекция режущей кромки на плоскость резания; угол заострения δ; задний конструктивный угол α_к.

Установочные параметры определяются относительно плоскости (линии) резания. Главным установочным параметром тангенциального резца является радиальный вылет . Остальные параметры, зависящие от угла установки, — задний угол а — и тангенциальный вылет Н_Т — определить не сложно.

Главным параметром бурового резца принят диаметр D — удвоенное расстояние от оси вращения оо до наиболее удаленной точки режущей кромки. Другие основные параметры: высота пера Н_П — расстояние от вершины пера до соединения с хвостовиком или корпусом резца; раствор d — диаметр окружности, проведенной между крайними точками внутренних боковых передних граней; длина резца Н_рез; угол конусности корпуса резца ε. Со штангой буровые резцы соединяются плоскими или цилиндрическими хвостовиками, конусными или резьбовыми гнездами. Согласно методике расчета, разработанной канд. техн. наук Н. Н. Буренковым, рабочая часть резца (рис. 2.3), совершая движение относительно системы отсчета XYZ, режущей кромкой формирует поверхность резания.

Рисунок 2.3 - Геометрические параметры стержневого резца

Элементами рабочей части в окрестности произвольно взятой точки М являются: передняя грань — плоскость, касательная к передней поверхности резца; задняя грань — плоскость, касательная к задней грани резца; конструктивная секущая плоскость — плоскость, перпендикулярная к режущей кромке или к передней и задней граням. Двугранный угол δ, заключенный между передней и задней гранями, называется углом заострения. Ориентация передней и задней граней в пространстве определяется векторами (нормалями) В и А в направляющих косинусах углов к осям системы XYZ. Плоскость, касательная в точке М к поверхности резания, называется плоскостью резания. Перпендикуляр N,восстановленный к плоскости резания, есть вектор нормали к поверхности забоя в точке М. Плоскость, образованная векторами v и N, называется рабочей секущей плоскостью. Плоскость, перпендикулярная к вектору мгновенной скорости v точки М, называется нормальной плоскостью. Ориентация плоскости резания определяется вектором N в направляющих косинусах углов к осям XYZ нормальной плоскости — вектором v, рабочей секущей плоскости — вектором W, полученным от пересечения плоскостей резания и нормальной, а вектор W находят как векторное произведение W=v*N. На пересечениях рабочей секущей плоскости с передней и задней гранями будут соответственно векторы Q и U.

Рассмотрим углы в рабочей секущей плоскости (РСП), называемые рабочими.

Рабочий угол заострения δ_р — угол между Q и U. Рабочий задний угол α_р — угол между U и — v;у горных инструментов обычно составляет 5—20°. Не рекомендуется слишком увеличивать его при переднем положительном угле, так как это приводит к снижению прочности режущей части. При переднем, отрицательном угле, как показали исследования, его можно увеличивать до 30° без особого ущерба для прочности. Площадки износа в этом случае растут менее интенсивно.

Углом резания γ называется угол между Q и — v. С его увеличением возрастает сопротивление горной породы резанию, особенно при углах, больших 90°.

Рабочий передний угол — угол между N и Q. Он оказывает большое влияние на износостойкость и прочность рабочей части и заметное влияние на энергозатраты при резании горных пород. В зависимости от знака выражения β_p=90 °— γ он может быть положительным, нулевым и отрицательным.

При создании резцов находят такие значения конструктивных и установочных параметров, которые при работе инструмента обеспечивали бы прочность режущей части и эффективное разрушение забоя. Практикой в зависимости от крепости горных пород установлены рациональные значения угла заострения δ и рабочего переднего угла, характеризующих прочность режущей части: мягкие — δ = 60÷65; β_p = 0÷10°; средней крепости — δ = 65÷70°, β_p = —5÷0°; выше средней крепости — δ = 70÷90°, β_p = - 25÷ - 10°;

Для вычисления рабочих углов предлагается аналитический метод расчета, позволяющий способом перебора вариантов с помощью ЭВМ определить рациональные значения конструктивных и установочных параметров.

Вначале составляют уравнение движения точки М, которое в общем виде можно записать так:

(2.1)

где а₁, а₂, …, а_k — конструктивные параметры рабочей части резца; b₁, b₂,.... bi — установочные параметры резца; с₁, с₂,..., с_т — установочные параметры исполнительного органа на машине; ω₁, ω₂, …, ω_n— угловые скорости исполнительного органа, стрелы и т. д.; v — скорость перемещения машины относительно неподвижной системы координат XYZ; ξ — параметр, определяющий положение исследуемой точки М на режущей кромке; t — время.

Ориентация векторов В и A в пространстве XYZ:

(2.2)

где М_хПх — результирующая матрица поворота системы координат армирующей вставки х_Пу_Пz_П к XYZ, которая получается как произведение необходимого числа элементарных матриц поворотов; B х_П, A х_П – ориентация векторов В и А в направляющих косинусах углов к осям х_Пу_Пz_П.

Затем находят частные производные от уравнений (2.1).

Ориентация вектора мгновенной скорости точки М в направляющих косинусах углов к осям XYZ:

Ориентация вектора нормали к поверхности забоя в точке М:

где:

Найдем ориентацию векторов W, Q, U (как векторные произведения соответствующих векторов):

Рисунок 2.4. Общий вид (а) и конструктивные параметры (б) резца РП – 42 и армирующей пластинки

Рабочие углы в РСП вычисляют по формулам:

Из приведенного метода расчета видно, что формулы (2.3) — (2.14) являются общими и могут быть представлены в виде подпрограммы, а формулы (2.1) — (2.2) необходимо находить, исходя из конфигурации армирующей пластинки, установочных параметров резца и кинематической схемы машины. При расчетах на ЭВМ следует пользоваться стандартными программами действия с матрицами.

Рассмотрим в качестве примера расчет рабочих углов бурового резца РП-42 (рис. 2.4, а), предназначенного для сверления пород выше средней крепости (6 < f < 12).

Составим уравнения движения произвольной точки М на режущей кромке (рис. 2.4,б):

где

Найдем частные производные уравнений движения по t и по ξ:

После дифференцирования разрабатываем алгоритм вычисления β_р и α_р; заложив в него циклы изменения интересующих нас конструктивных параметров, например Z_0n и β, учитывая, что формулы (2.3) — (2.14) одинаковы для любых форм режущей части.

При расчетах постоянными были приняты следующие конструктивные параметры: ω = 32,2 рад/с; v_n = 0,025 м/с; β = —20°; β_п = 30°; r_к = 6 мм; x_0n=10 мм; с= 11 мм; β = 80° на круглой части и β = 75° на прямолинейной кромке. Два варианта результатов вычислений, наиболее близкие к рациональным значениям рабочих передних и задних углов, приведены на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 – График изменения рабочих передних β_р и задних α_р углов резца РП – 42 при Z_0n = - 1 мм и подаче 6 мм/об

Из графиков следует, что в точках режущих кромок, близлежащих к оси вращения, рабочие передние углы имеют положительные значения, а рабочие задние углы — отрицательные. Это означает, что режущая часть находится в. контакте с забоем шпура задней поверхностью. Такие условия предполагают наличие поломок в виде сколов по передней грани, кстати, подтвержденных производственными испытаниями резцов РП-42. С целью устранения поломок в рассматриваемой части армирующей пластинки были выполнены фаски под углом 20° к передней грани и под углом к оси резца. В результате значения передних рабочих углов стали рациональными, а поломки прекратились.

Date: 2016-02-19; view: 755; Нарушение авторских прав