В процессе резания, т.е. разрушения угля перемещающимся режущим инструментом, от забоя отделяется стружка (срез).
Резание угля носит циклический, скачкообразный характер и состоит из двух стадий: дробления и скалывания. При резании острым резцом в месте его контакта с массивом возникают высокие контактные напряжения, уголь дробится на мелкие фракции, образуя уплотненное ядро впереди резца. По мере движения резца ядро увеличивается в размерах, при этом напряжение возрастает. Однако ядро не может получить значительного развития в глубь массива, так как сопротивление массива объемному сжатию велико. Увеличивается ядро лишь вблизи обнаженной поверхности – вверх и частично в стороны.
При движении резца происходит скалывание небольших кусочков угля I, II и III (рис. 8), при этом усилие резания падает. Мелкие частицы из уплотненного ядра частично получают выход наружу. Однако большая часть их зажимается между передней гранью резца и массивом.
Рис. 8. Схемы разрушения резцом (Z ‑ сила резания; h ‑ глубина резания; d ‑ угол резания)
Дальнейший процесс резания сопровождается непрерывным увеличением площади контакта резца с массивом, ростом размера ядра и силы резания. Далее скалывается более крупный кусок угля IV по линии AB. Этот этап имеет характер взрыва: кусочки угля с силой разлетаются вверх и в стороны, ядро разрушается, образуя облако пыли; сила резания падает практически до нуля. Далее цикл резания повторяется.
В процессе резания угля на его дробление и развитие трещин в массиве расходуется энергия, определяемая заштрихованной площадью диаграммы сил. Это площадь значительно меньше, чем при резании такого же однородного материала. Итак, при резании взаимодействуют не два тела (резец и уголь), а три: резец, уплотненное ядро из мелко раздробленного угля и неразрушенный массив угля.
Для уменьшения пылеподавления необходимо, чтобы объем уплотненного ядра был минимальным. Это достигается при рациональной форме резцов и заостренной передней грани. Подача воды на переднюю грань резца, помимо пылеподавления, существенно снижает усилия резания благодаря уменьшения трения резца о массив и, кроме того, уменьшает нагрев резца.
Энергия, подводимая к резцу, расходуется на дробление, скалывание угля, развитие трещин в верхней зоне и развитие трещин и выколов в нижней зоне массива.
Общую (результирующую) реакцию на резец со стороны забоя при резании угля можно условно разложить по трем осям координат на составляющие (рис. 9): Z ‑ силу резания, действующую по прямолинейной траектории резца (рис. 9а) или (при движении резца по окружности) по касательной к траектории (рис. 9б); Y ‑ силу подачи резца на забой; X ‑ боковое усилие, образующееся за счет разности сил справа и слева от резца.
Рис. 9. Усилия, действующие на резец
При движении резца (рис. 10) на его переднюю грань действуют по нормали сила Nп и сила трения разрушаемого угля о переднюю грань резца mNп. Равнодействующая этих сил Rп может быть разложена на сопротивление резанию передней гранью Zп и сопротивление подаче резца на забой Y2. Величина последнего в зависимости от значений переднего угла резания g и угла трения угля о резец n может быть положительной или отрицательной. Аналогично нормальные и касательные силы, действующие на заднюю и боковые поверхности резца, также разлагают на слагаемые в направлении осей координат. При затуплении резца на его торцевую площадку действует сила Y1 и сила трения mY1.
Рис. 10. Схема сил, действующих на резец
Геометрическая сумма проекций всех действующих сил на ось z представляет собой силу резания Z, на ось y – силу подачи Y и на ось x – результирующую боковую силу X, действующую на резец.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.