СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2000 года по МПК E21C27/24 

Изобретение относится к способам разрушения горных пород групповым резцовым инструментом.

Известен способ разрушения горных пород исполнительным органом проходческого комбайна по [а.с. N 562651, МКИ E 21 С 27/24. Исполнительный орган проходческого комбайна. БИ N 23, 25.06.77]. По данному способу разрушение происходит за счет фрезерования резцовой коронкой горного массива с наложением на рабочий орган ударов перпендикулярно оси его вращения.

Недостатком данного способа разрушения является то, что он не обеспечивает существенного снижения усилия резания и увеличения крупности кусков, отделяемых от массива из-за отсутствия явления псевдотекучего ядра. Кроме того, данный способ ведет к увеличению ударной нагрузки на трансмиссию и корпус.

Известен способ разрушения горных пород, реализуемый в исполнительном органе проходческого комбайна а. с. N 1087661, МКИ E 21 С 27/24. Исполнительный орган проходческого комбайна. БИ N 15, 23.04.84], который взят за прототип. По данному способу разрушение горных пород происходит за счет фрезерования резцовой коронкой горного массива с наложением на рабочий орган крутильных колебаний относительно его оси.

Недостатком данного способа является то, что в нем не определены оптимальные параметры колебаний режущего инструмента, что снижает эффективность процесса разрушения горных пород.

Задачей данного изобретения является снижение усилий резания породного массива, увеличение размеров отделяемых от массива кусков и повышение производительности процесса резания массива за счет выбора рациональных параметров крутильных колебаний группового резцового инструмента.

Поставленная задача решается тем, что в способе фрезерования горных пород групповым резцовым органом, при котором на рабочий орган накладываются крутильные колебания относительно его оси, частоту крутильных колебаний выбирают из диапазона 20...100 Гц, амплитуду колебаний выбирают из диапазона 1. ..10 мм, при этом амплитудное значение динамического момента рабочего органа выбирают из диапазона 5...1000 кН•м.

На фиг.1 представлена схема разрушения породного массива резцовым инструментом, при котором вследствие возникновения явления псевдотекущего ядра точка образования ядра приближается к режущей кромке резца, что вызывает отрыв больших кусков породы.

На фиг.2 представлены фрагменты осциллограмм резания породы при оптимизированных и неоптимизированных параметрах колебаний, характеризующие влияние оптимизации колебаний на нагрузку на инструменте.

На схеме разрушения породного массива изображен резец 1 группового резцового рабочего органа, воздействующий на породный массив 2 с образованием псевдотекучего ядра 3 и линий отделения 4 кусков породы.

Повышение эффективности процесса фрезерования связано с тем, что при наложении крутильных колебаний на рабочий орган с оптимальными параметрами частоты и амплитуды воздействия на массив разрушающее его усилие снижается в связи с уменьшением коэффициента трения в зоне образования псевдотекучего ядра 3 по выражению:

где N_п - нормальное усилие на передней грани резца, H;
B - коэффициент, зависящий от геометрических параметров резцового инструмента, физико-механических свойств массива режима его резания, H;
α - угол резания инструмента, град α = 55...105^o);
Ω - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств массива, град ( Ω = 40...55^o);
f_п - средний коэффициент трения породы по передней> грани резца (безразмерный).

Коэффициент f_п при периодическом динамическом воздействии на массив уменьшается с увеличением удельного давления N_уд на передней грани инструмента по формуле:

где:
С - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств разрушенной породы, H. Например, для углей Подмосковного угольного бассейна C = 31,1 H
Частота колебаний выбирается при условии f_n ---> 0. При этом уплотненное ядро из-за наложения на него силовых импульсов, вызванных колебательными движениями резца, испытывает значительные удельные давления, что приводит ядро 3 во псевдотекучее состояние. Точка формирования ядра, определяющая возникновение и развитие трещины 4 в породе при ее разрушении приближается к режущей кромке резца 1 (фиг. 1), что вызывает отрыв более крупных кусков породы.

Амплитуда колебательных движений А, мм принимается в зависимости от числа резцов на исполнительном органе:

где R - радиус исполнительного органа по резцам, мм;
m - число резцов на исполнительном органе.

Динамический момент M_A на рабочем органе принимается из условия превышения его значением величины нормального усилия на передней грани резца:
M_A ≥ N_n
Пример.

Экспериментально было подтверждено, что при разрушении резцовым инструментом пород крепостью 6...8 по шкале проф. Протодьяконова оптимальными значениями частоты и амплитуды являются соответственно 40 Гц и 3 мм. На фиг. 2 приведены фрагменты осциллограмм момента на рабочем органе при оптимизированном 5 (частота 40 Гц, амплитуда 3 мм) и неоптимизированном 6 (частота 10 Гц, амплитуда 2 мм) разрушении. На фигуре видно, что при использовании заявляемых оптимизированных параметров крутильных колебаний группового резцового органа значительно снижаются нагрузки на рабочем органе.

Изобретение позволяет повысить производительность горной машины на 25-30%, повысить сортность разрушаемой породы, уменьшить нагрузку на рабочем органе и снизить энергоемкость процесса разрушения породного массива на 20-25%.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разрушении горных пород групповым резцовым инструментом. При осуществлении способа на рабочий орган с групповым резцовым инструментом накладывают крутильные колебания относительно его продольной оси. Параметры крутильных колебаний оптимизируют по частоте и амплитуде. Частоту крутильных колебаний выбирают из диапазона 20 - 100 Гц, амплитуду колебаний выбирают из диапазона 1-10 мм. Амплитудное значение динамического момента на рабочем органе выбирают из диапазона от 5 до 1000 кН•м. Способ позволяет снизить усилие резания при обработке породного массива. 2 ил.

Способ разрушения горных пород, заключающийся во фрезеровании групповым резцовым органом горного массива с наложением на рабочий орган крутильных колебаний относительно его оси, отличающийся тем, что частоту крутильных колебаний выбирают из диапазона 20 - 100 Гц, амплитуду колебаний выбирают из диапазона 1 - 10 мм, при этом амплитудное значение динамического момента рабочего органа выбирают из диапазона 5 - 1000 кН • м.