Разрушение массива последовательным отделением «Стружки». Производительность резца или всего экскаваторного устройства

Большинство горных машин производит разрушение массива последовательным отделением «стружки» (термин этот достаточно условен).

Копание – процесс отделения породы от массива (или от штабеля) – включает в себя резание, перемещение отделенной породы по рабочему органу и трение рабочего органа о породу.

Резание – процесс отделения стружки от массива режущей частью рабочего органа. (В крепких горных породах, предварительно разрыхленных взрывом, экскаватор не снимает стружку; термин резание принимается условно, а рабочий процесс представляет собой преодоление сопротивлений, возникающих при поступлении в ковш отдельных кусков породы).

          Различают три вида (условия) резания: свободное, полусвободное (полублокированное) и блокированное.

         

Свободное            Полусвободное              Блокированное

(полублокированное)

Чаще всего встречается полусвободное резание.         

При отделении стружки от массива возникают следующие сопротивления.

1.  В направлении по касательной к траектории главного движения рабочего органа действует сила копания

Удельным сопротивлением резанию р называется отношение сопротивления резанию Р к площади поперечного сечения стружки F, т.е.

Отсюда                                                    (1)

Где d - толщина стружки; в – ширина ее.

Умножим обе части выражения (1) на элементарный путь резца dS. Тогда совершаемая работа

                               (2)     где F×dS=dV – элементарный объем стружки. Тогда

               (3)

т.е. удельное сопротивление резанию представляет собой затрату энергии, отнесенную к единице объема стружки.

Совершаемая работа

где N – полезная мощность

dt – время для прохождения пути dS.

Объем стружки

где Q – производительность резца или всего экскаваторного устройства.

В первом и втором случаях р равны между собой. В третьем случае              (4)  только тогда, когда N выражено в Нм/с, а Q в м³/c.

Если же  N  выражено в кВт, то

Если  N  в кВт, а Q в м³/с, то

Если  N  в кВт, а  Q  в м³/ч, то

Зависимость удельного сопротивления резанию грунта с низкой несущей способностью и древесины от толщины стружки

          В общем виде зависимость р(d) имеет вид

                        (1)

где  С  и  m  - опытные коэффициенты (причем всегда m<0), величина которых зависит от большого числа факторов (предела прочности материала, направления резания по отношению к волокнам материала, углов резания и др.). Если стружка имеет призматическую форму (снимается ножом бульдозера), то для торфа сырца приближенно

                                      (2)

Если стружка снимается фрезой, то

где d_макс– наибольшая толщина стружки.

В случае фрезерования пня вдоль волокон

и поперек волокон

Резание льда (фрезерование)

Фрезерование (торфяного мерзляка) мерзлого торфа

Если при фрезеровании воспользоваться для определения  р  средней толщиной стружки, то 

Параметры резца

                                                  a- задний угол

b - угол заострения резца

    d₀=a+b - угол резания

Примерные значения углов

Залежь	a, град.	b, град.	d, град.
Беспнистая	10¸15	60¸75	70¸90
Болотная древесина	10¸15	35¸40	45¸55
Сильно пнистая залежь	10¸15	35¸40	45¸55

Значения углов, приведенные в таблице, являются оптимальными с точки зрения затрат энергии на резание.

Число ножей в плоскости, проходящей через фрезы

Определим число ножей в одной плоскости резания как среднюю величину. Для этого рассмотрим фрезерный барабан, как режущий инструмент, снабженный резцами вдоль фрезы по ее образующей поверхности. Пусть  в_н – ширина захвата одного ножа,  i  - общее количество ножей на фрезе,  в – ширина захвата фрезы. Общая ширина захвата всех ножей  -в_н × i.  Если  в_н × i= в,  то  z = 1,  т.е. будем иметь как бы одно режущее лезвие. Если  в_н × i >в,  то  z > 1.

В общем случае

Горные породы классифицируются по трудности разработки и бурения.

Трудность разработки характеризуется показателем трудности разработки зависящем только от свойств породы (В.В.Ржевский).

, где     К_тр= 0,05 – 1,0 – коэффициент трещиноватости.

d_сж= 34 – 450 МПа, d_сдв = 0,01 – 75 МПа и  d_раст = 0 – 43 МПа  - соответственно пределы прочности породы на сжатие, сдвиг и растяжение.

r = 1,2 – 4,8 т/м³  -  плотность породы.

Все горные породы делятся (с точки  зрения трудности разрушения) на 5 классов.

I – легко разрушаемые (П_р = 1 – 5); II – средней разрушаемости (П_р = 5,1 – 10); III – трудно разрушаемые (П_р = 10,1 – 15); IV – весьма трудно разрушаемые (П_р = 20,1 – 25). Породы с П_р>25 относятся к внекатегорным.

В настоящее время все горные породы разбиты на 9 категорий в зависимости от трудности разрушения. Категории характеризуются коэффициентом сопротивления копанию  К ,  который колеблется от 0,02 МПа для мягких и рыхлых пород до 1,5 МПа для скальных с малой трещиноватостью.