Шнековые исполнительные органы, страница 4

     Однако исполнительные органы, оснащенные резцовым инстру­ментом, как показывает практика, надежно и эффективно экс­плуатируются лишь в угольных забоях и в относительно малоабразивных породах (менее 15мг) прочностью до 60 МПа. Распространить принцип резания на более крепкие породы способны лишь машины, оснащенные шарошечным инструментом, в

основном это проходче­ские комбайны бурового действия массой более 50 т с приводом ис­полнительного органа свыше 200 кВт. Однако эффективность раз­рушения с увеличением крепости породы резко уменьшается вследст­вие возрастания энергозатрат, интенсивности износа режущего инстру­мента, снижения производительности.

      Известные положительные качества механических способов раз­рушения стимулируют работы по их совершенствованию, направлен­ному главным образом на расширение области применения на более крепкие породы. На этом пути одной из серьезных проблем резания являются силы трения, возникающие при взаимодействии режущего инструмента с породой. Так, исследования  показали, что менее 1 % всей энергии при резании крепкой породы цепным исполнитель­ным органом используется для создания новых поверхностей, а вся ос­тальная энергия расходуется на нагрев породы и изнашивание режуще­го инструмента. Наиболее подвержены воздействию теплового нагрева от трения резцовые и долотчатые инструменты. Минимальное трение достигается при резании дисковыми шарошками, однако они нагружа­ют породу на сжатие, поэтому при резании дисковыми шарошками приходится прикладывать очень высокие усилия. Для решения этой проблемы расположение дисковых шарошек в исполнительном органе должно быть таким, чтобы в процессе разрушения забоя в породе ини­циировались усилия на сдвиг и растяжение.

     В работе была выдвинута идея «инструмент с виртуальным клином» (VWT), смысл которой в том, что резцы с державками уста­навливаются на режущей головке комбайна таким образом, чтобы при взаимодействии с породным массивом разрушение происходило в оп­тимальном режиме. Таким образом, правильная установка резцов на головке позволяет достичь максимального эффекта при разрушении и благодаря этому расширить область применения резания на более крепкие породы.

     Известно, что каждому из механических способов разрушения присущи свои предельные силовые и энергетические параметры, характерные для каждого литотипа горных пород. Интегральной характери­стикой процесса разрушения является его удельная энергоемкость.

Из анализа полученных в последнее время закономерностей следует, что тангенциальные вращающиеся резцы, по утверждению авто­ров, способны эффективно разрушать породы с пределом прочности на сжатие σ_сж≤100-120 МПа и имеют минимальную по сравнению с другими резцами энергоемкость разрушения. При σ_сж=10 МПа она составляет е = 0,6 кВт·ч/м³. В области значений σ_сж=10-30 МПа возрастание прочности на 10 МПа вызывает увеличение е в

среднем на 1 кВт·ч/м³. Согласно данным, полученным при разрушении пород,

различных по крепости и хрупкости (Кхр=σ_р/ σ_сж, где σ_р- предел прочности на растяжение), тангенциальными резцами, можно достаточно эффективно (е ≤ 5,0 кВт·ч/м³) разрушать вязкие (К_хр = 0,2) породы с σ_сж ≤30 МПа или хрупкие (К_хр = 0,07) породы с прочностью до σ_сж = 70 МПа.

При σ_сж ≥ 70 МПа для эффективной работы вращающихся резцов требуется проведение специальных мероприятий по разупрочнению горного массива, например нагнетание водных растворов поверхност­но-активных веществ [14], но это уже область комбинированного спо­соба разрушения, о котором речь пойдет ниже.

Для расширения области применения резания на более прочные по­роды в качестве альтернативы тангенциальным вращающимся резцам в работах  предложено использовать дисковый скалывающий ин­струмент на исполнительных органах проходческих машин и комбай­нов. Результатами исследований было доказано, что для дискового скалывающего инструмента наиболее эффективен повторно-блокиро­ванный режим или, как авторы его называют, режим малоциклового си­лового разрушения, сущность которого заключается в следующем.