Ведерников Н.И. Горные машины и комплексы для добычи и обогащения полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

КАФЕДРА ГОРНОЙ ЭНЕРГОМЕХАНИКИ И ОБОРУДОВАНИЯ

Дисциплина

"ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ И

ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ"

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Н.И. Ведерников

Для студентов 3 и 4 курса

специальности 6.090216 "Горное оборудование"

дневной и заочной форм обучения

Объем издания – 134 с.

Алчевск

ДонГТУ

2007

Лекция № 1 Горные машины для очистных работ

Очистные комбайны

1.1 Режущий инструмент

Резцы горных машин работают в тяжелых условиях: усилия

резания неравномерны и зачастую в 5-8 раз и более превышают

средние; свойства горных пород, разрушаемых резцами, неоднородны

и изменчивы; скорости подачи машины неравномерны; замена резцов

затруднена; повышение температуры и др.

Поэтому к режущему инструменту, учитывая и массовость его

изготовления, предъявляются высокие требования:

эффективное разрушение угля или породы при возможно

меньших удельном расходе энергии, измельчении и пылеобразовании;

соответствие формы, размеров и геометрических параметров

резца свойствам разрушаемой горной породы или угля, конструкции

исполнительного органа машины и кинематике его работы;

прочность и износостойкость;

простота и надежность закрепления в резцедержателях,

допускающие быструю и удобную замену при износе;

простота конструкции и технологии изготовления; возможность

заточки, восстановления и многократного использования; невысокая

стоимость изготовления и эксплуатации;

возможность подвода воды в зону работы резца для

пылеподавления и охлаждения.

По виду резцы очистных комбайнов подразделяют на

радиальные и тангенциальные.

Радиальные резцы (рис. 1.1, а) устанавливаются в

резцедержателях исполнительного органа по радиусу шнека или

барабана. При этом ось державки резца перпендикулярна линии

резания.

а – радиальные; б – тангенциальные

Рисунок 1.1 – Виды резца

Тангенциальные резцы (рис. 1.1, б) устанавливаются в

резцедержателях под острым углом к радиусу. Они предназначены

для крупного скола и применяются на очистных комбайнах при углях

не выше средней крепости, так как при крепких углях вследствие

возникающих больших динамических усилий, комбайн теряет свою

устойчивость.

Элементы резца (рис.1.2) Резец состоит из державки, которая

представляет собой хвостовик 1 с головкой резца 2 – рабочей частью

резца. Державка вставляется своим хвостовиком в гнездо

резцедержателя и неподвижно в нем закрепляется.

Головка резца обычно армирована твердосплавной пластинкой

3 и характеризуется следующими элементами: гранями – передней

(поверхностью) К, задней – L, двумя боковыми М, режущими

кромками – главной режущей кромкой (лезвием) N и боковыми

режущими кромками Р.

Рисунок 1.2 - Элементы и конструктивные параметры резца

Конструктивные геометрические параметры резца

определяются при нерабочем состоянии резца, они используются при

проектировании и изготовлении, указываются в технической

характеристике. Главные конструктивные углы устанавливаются

относительно плоскости резания DD при условии, что скорость подачи

резца v

= 0 и скорость резания v

= 0.

Угол заострения γ ( рис. 1.3) – угол между передней и задней

гранями резца. Чем меньше этот угол тем острее режущие кромки, но

меньше прочность резца. Обычно этот угол на резцах очистных

комбайнов принимают в пределах 65 - 90°, но чаще всего 75 -80°.

Задний угол α - угол между плоскостью резания DD и

касательной к задней грани резца в рассматриваемой точке режущей

кромки. Его величина обычно находится в пределах 5 - 15°.

Рисунок 1.3 - Головка резца с нулевым (а), положительным (б) и

отрицательными (в) передними углами

Угол резания δ - угол между плоскостью резания DD и

передней гранью резца. Он равен сумме углов заострения и заднего и

составляет обычно 80 - 90°. С увеличением этого угла усилие резания

и энергозатраты увеличиваются, но резцы можно применять и при

более значительном сопротивлении угля резанию.

Передний угол β - угол между передней гранью резца и

плоскостью ОС, проходящей через режущую кромку перпендикулярно

к плоскости резания DD. Передний угол может быть равен нулю,

иметь положительное значение при β > 0 и отрицательное при β < 0.

Резцы выемочных машин обычно имеют положительные значения

переднего угла (5 - 15°), реже нулевые. При резании крепких пород

резцы могут иметь отрицательные передние углы. Резцы связаны

между собой при положительных значениях следующими

зависимостями:

α + γ + (± β) = 90°; α + γ = δ; β = 90°-δ.

Кроме этих главных углов резец характеризуется боковыми,

задними и передними углами, радиусом кривизны режущей кромки в

плане и углом наклона боковых режущих кромок. Боковой задний угол

ε ( см. рис. 1.2) во избежание трения боковых граней резца об уголь

обычно принимают в пределах 4 - 12°. Резец характеризуется также

шириной главной режущей кромки и вылетом, т. е. Расстоянием от

режущей кромки до опорной поверхности резцедержателя. Вылет

определяет максимально возможную толщину среза, которая у

тангенциальных резцов больше, чем у радиальных.

Рабочие геометрические параметры резца. Резцы очистных

комбайнов в процессе резания обычно совершают два движения: в

осевом направлении подачи (v

), при котором резец внедряется в

уголь, и в направлении, перпендикулярном подаче, что соответствует

скорости резания v

(см. рис. 2.2). В результате сложения этих двух

движений резец перемещается по линии резания ВВ, составляющей с

плоскостью DD угол Θ. Этот угол определяется из выражения

Θ = arctg v

Рабочий задний угол α

= α

- Θ.

Рабочий угол резания β = δ

- Θ.

При изготовлении державок резцов применяют

высококачественную легированную сталь, например 35ХГСА или 40Х.

После термообработки твердость головки резца составляет НRC =

45÷55 с постепенным снижением НRC = 33÷40 у хвостовика в зоне

крепления стопором.

По способу упрочнения режущей кромки почти все горные

инструменты армируют пластинками или кернами из вольфрамо –

кобальтовых сплавов, содержащих 90 – 94 % карбида вольфрама,

который придает сплаву твердость, и 6 – 10 % кобальта, придающего

сплаву вязкость. Для армирования резцов выемочных машин обычно

применяют крупнозернистые сплавы КВ8В и ВК11ВК, имеющие

твердость до 85 –90 НRА, что значительно выше твердости самых

твердых сталей.

Крепление пластинок из вольфрамокобальтовых сплавов в

хорошо защищенных пазах головок резцов осуществляется способом

пайки. Для этого используют медно-цинковые припои с присадками

никеля, марганца, кремния и других элементов.

Износ пластинки твердого сплава во время эксплуатации не

должен превышать по режущей кромке 1 – 1,5 мм. Затупившиеся

резцы подвергают заточке на специальных станках посредством

кругов из карборунд-экстра или черного карборунда средней

твердости. Заточку пластинки можно производить 3 – 4 раза.

Изношенные резцы, не подлежащие восстановлению на шахте,

следует отправлять на централизованную базу, оснащенную

автоматическими линиями, для отбраковки и восстановления резцов.

Резцы, которые не могут быть восстановлены, отправляются на

переплавку.

а – резьбовое; б – фиксатором; в – упругим фиксатором

Рисунок 1.4 – Способы крепления резцов в резцедержателе

Резцы крепятся на исполнительных органах машин в гнездах

специальных резцедержателей 1 с помощью стопорных болтов 2 (рис.

1.4, а). Недостатками подобных креплений являются: длительность

замены резца (2-3 мин.); быстрый износ и коррозия резьбы,

неремонтоспособность при поломках; ненадежность крепления,

приводящая к потерям резцов при работе. В последнее время

резьбовое соединение в значительной мере вытеснено безрезьбовым,

лишенным этих недостатков.

В качестве примера на рис. 1.4 б показано крепление резца в

резцедержателе исполнительного органа комбайна «Темп».

Устройство состоит из фиксатора 1 с четырехгранной головкой,

которая вставлена во втулку 2 из упругого полиуретана. Эта втулка

зафиксирована в осевом направлении пружинным кольцом 3,

вставленным в паз стального кольца 4, которое приварено к

резцедержателю 5. При повороте фиксатора гаечным ключом на 180°

его скошенный рабочий конец устанавливается заподлицо с гнездом

резцедержателя и резец свободно извлекается из гнезда.

Быстродействующее крепление для резцов ЗР1.80, ЗР2.80 и

других, имеющих пазы 6 с двух сторон хвостовика, показано на рис.

1.4, в. Резец 1 закрепляется в гнезде резцедержателя 2 металлическим

валиком 3, который завулканизирован в резиновом буфере 4. При

установке резца под действием сил упругости деформированного

буфера валик входит в паз 6 хвостовика и запирает резец. Из гнезда

резец легко извлекается посредством рычага, который необходимо

упереть в уступ 7 на державке.

Из других быстродействующих соединений следует отметить

крепление тангенциальных резцов эластичной резиновой рамкой,

которая надевается на кольцевую проточку в шейке хвостовика

державки.

1.2 Область применения и классификация

Очистной комбайн – это комбинированная горная машина,

которая механизирует одновременно технологические операции в

очистном забое по отделению полезного ископаемого от массива

пласта, дроблению его на транспортабельные куски и погрузки на

транспортное средство.

Очистной комбайн для выемки крутых пластов выполняет

только две операции - отделение горной массы от массива и

дробление ее на транспортабельные куски, так как отбитая горная

масса доставляется вдоль забоя к месту погрузки в вагонетки или

другие виды транспорта под действием собственного веса.

Очистные комбайны подразделяются:

а) по углу падения пласта – для пологих, наклонных и крутых

пластов;

б) по мощности пластов – для тонких (0,7-1,2 м), средних (1,2-

3,5 м) и мощных пластов ( более 3,5 м);

в) по ширине захвата исполнительного органа –

широкозахватные ( В = 1 ÷ 2 м) и узкозахватные ( В = 0,5; 0,63 и 0,8

м);

г) по схеме работы – односторонняя схема с хвостовым

перегоном в исходное положение и челноковая схема;

д) по типу исполнительного органа – баровые, осуществляющие

выемку угля посредством разделения пласта режущими цепями;

барабанные, дисковые и шнековые, срезающие с поверхности забоя

стружку серповидной формы; корончатые, срезающие с поверхности

забоя стружку большой толщины при сложном движении коронок;

буровые, разрушающие уголь путем прорезания узких кольцевых

щелей с последующим взламыванием керна внутренними

поверхностями коронок.

Очистные комбайны выпускаются для работы в коротких и

длинных забоях. В Украине очистные комбайны выпускаются

преимущественно для работы в длинных забоях (лавах).

По технологической схеме работы в лаве на пластах пологого

падения различают:

а) комбайны с фланговым расположением исполнительного

органа, перемещающиеся вдоль забоя по почве пласта рядом с