Исследование буровых долот с дисковыми и зубчато-дисковыми шарошками, страница 5

Большое значение имеет форма режущей кромки вращающихся резцов, которая должна обеспечивать  разрушение горных пород с резами больших сечений или в режиме крупного скола. Это подтверждается исследованиями применения вращающихся резцов в проходческих комбайнах, выполненными Ю.П. Линенко [26].  Он провел анализ процессов резания горных пород  при различных формах резцов, представленных на рисунке 2.8.

 Стержневые резцы для резания угля и породы имеют обычно угол наклона боковых граней к оси резца не более 20 ˚, что обеспечивает  получение реза с боковым развалом, значительно увеличивающим поперечную площадь сечения стружки (рис. 2.8, а - в).

Рис. 2.8. Формы поперечных сечений стружек, образующихся при резании стержневыми (а, б, в) и вращающимися (г, д, е) резцами

При резании горных пород вращающимися резцами с круглой формой режущей кромки даже в случае выколов породы ниже поверхности резания  и скалывания гребней между резами (рис. 2.8, д), как показал опыт, развал несколько меньше, чем от стержневых резцов. В таблице 2.2 приведены данные, полученные  при оптимальном режиме резания песчаника средней крепости  стержневыми и вращающимися безвыступными резцами.

Таблица 2.2.

Разрушение песчаника средней крепости стержневыми и

вращающимися безвыступными резцами при оптимальном режиме

 резания

Резец	Глубина резания h, мм	Шаг резания t, мм	Площадь сечения реза S, мм2	Проекция периметра режущей кромки на плоскость резания b, мм	Удельная площадь сечения реза, Sуд=S/b	Отношение
Стержневой	10	25	250	12	20,8	-
Вращающийся со сплошной режущей кромкой	15	90	1350	100	13,5	1,54

Из табл. 2.2 видно, что у вращающегося резца дисковой (безвыступной) формы на единицу объема разрушенной породы приходится в 1,54 раза большая часть ее в контакте с породой, чем у стержневого резца. Этот факт сам по себе без учета специфики работы вращающихся резцов (уменьшение скорости резания за счет самовращения, наличие трения качения и др.) должен приводить к увеличению удельного расхода твердого сплава дисковых резцов по сравнению со стержневыми резцами [30].

          Отсюда следует, что дисковые долота типа, изображенного  на рис. 2.3, не имеют достаточных перспектив, и целесообразно стремиться к созданию вращающихся резцов с прерывной  рабочей кромкой (рис. 2.8, е).

          В качестве критерия оценки эффективности работы вращающихся резцов Ю.П. Линенко предложен коэффициент эффективности резания

                                                          ,                                                                (2.3)

учитывающий влияние формы режущей кромки через коэффициент  формы

                                                            ,                                                                (2.4)

где F – площадь поперечного сечения реза, мм²; В – проекция участка контактирующей с породой режущей кромки  на плоскость, перпендикулярную направлению подачи резца, мм; Р – суммарная длина режущих кромок отдельных резцов (ножей) при прерывной форме, мм; С – длина окружности сплошной режущей кромки, мм.

          Другим коэффициентом, характеризующим работу вращающих резцов, будет коэффициент запаса рабочей кромки К_з. Чем больше этот коэффициент, тем дольше инструмент может работать до предельного износа, а,  следовательно, реже будет заменяться на исполнительном органе.

                                                       ,                                (2.5)

где  – часть периметра режущей кромки, находящейся  в зоне резания, мм; α – центральный угол резца, соответствующий участку , град..

          Величины В и α, входящие в формулы 2.3 – 2.5, применительно к проходческому комбайну при угле поворота оси  вращающегося резца относительно направления его движения, находятся согласно схеме (рис. 2.9) по достаточно сложным формулам, полученным в институте  сверхтвердых сплавов [26].

Рис. 2.9. Схема к определению коэффициента эффективности резания и запаса рабочей кромки комбайнового вращающегося резца

          Чем больше коэффициенты К_э и К_з, тем эффективнее и продолжительнее резание горных пород  вращающимися резцами.

          По расчетным данным построены графики зависимостей, показанные на рис. 2.10 и 2.11, из которых видно, что применительно к комбайнам шаг резания для резцов с различными диаметрами имеет свое ясно выраженное оптимальное значение, которому будет соответствовать наименьшая энергоемкость резания и наибольшая износостойкость резца. Эффективность резания увеличивается с увеличением площадки поперечного сечения реза по криволинейной зависимости, при этом существенное влияние оказывает форма режущей кромки.

Рис. 2.10. Зависимость эффективности резания  (сплошные) и запаса режущей кромки  (пунктирные) от шага t при глубине резания h = 1,5 мм и различных диаметрах вращающихся резцов: 1 – D = 100 мм; 2 – D = 150 мм; 3 – D = 200 мм; 4 – D = 250 мм

Рис. 2.11. Зависимость эффективности резания от площади поперечного сечения реза при различной форме режущей кромки вращающегося резца: 1 -  =1; 2 -  = 0,75; 3 -  =0,5

Из рисунка 2.11 следует, что наименее эффективны вращающиеся резцы со сплошной режущей кромкой (К_ф = 1). Эффективность резания горных пород (средней крепости) существенно выше при использовании вращающихся резцов с прерывной (зубчатой) формой. Из (2.4) и (2.5) следует:

                                                           .                                                                (2.6)

          Шаг резания (разрушения) непосредственно влияет на величину сечения реза и при работе одиночного вращающегося резца в зависимости от угла разворота (рис. 2.1) может равняться или превышать ширину резца. Коэффициент эффективности резания (формула 2.6) приближенно характеризует  крупность скола или объем разрушенной породы, отнесенный к единице площади  контакта резца с породой, т. е. отражает величину удельной энергоемкости разрушения породы. Последняя зависит не только от формы и величины среза  или откола породы, но и также от общей энергии, расходуемой в процессе разрушения породы, и поэтому интегрально характеризует совершенство  как процесса разрушения, так и самого инструмента.