Глава 1

Усилия резания Z и удельная энергоемкость 7/_w процесса разрушения существенно за­висят от параметров резания. На рис. 1.13, а показан характер изменения усилий резания Z и удельных энергозатрат //_w в зависимости от толщины стружки h для блокированного реза (я), реза с выровненной поверхности (б) и последовательного реза (в). Анализ приведенных графи­ков показывает, что изменения усилий резания носят параболический характер, причем в ре­жиме блокированного резания этот рост происходит значительно интенсивнее, чем при после­довательном резании, а удельные энергозатраты изменяются но гиперболическому закону.

Рис. 1.13. Характер изменения сил резания и удельных энергозатрат в зависимости от толщины и шага резания

Зависимость изменения сил резания и удельных энергозатрат на разрушение от шага ре­зания показаны на рис. 1.13, б. Из приведенных графиков видно, что с увеличением шага реза­ния при постоянной глубине усилие резания растет до определенной величины, после чего ста­билизируется. Эта стабилизация усилия резания наступает, когда предыдущий рез и образован­ные им поверхности обнажения массива перестают оказывать влияние на формирование усилия при последующем резе. Обычно это происходит при шаге резания t = (6... 10) h. Ярко выражен­ный минимум на графике изменения удельных энергозатрат на разрушение свидетельствует о наличии оптимального шага резания и соответствующей ему толщины стружки.

1.5. Механизм процесса разрушения пород горным инструментом

Процесс резания хрупких горных пород резцовым инструментом можно представить сле­дующим образом (по А.И. Берону). В месте приложения острым режущим инструментом усилия, отделяющего породу от массива, возникают высокие контактные напряжения, сконцентрирован­ные в малом объеме. По мере удаления от контакта резца с углем напряжения резко падают. Од­нако, по мере нарастания усилия, передвигающего резец, контактные напряжения достигают предельного значения и начинается процесс местного дробления породы на весьма мелкие фрак­ции с образованием ядра мелкораздробленной объемно-сжатой породы (рис. 1.14). Дроблению породы в зоне ядра способствуют неоднородность его строения, пористость структуры, трещино-ватость и отсутствие ограничений деформаций в сторону обнаженной поверхности.

29

Глава 1

Рис. 1.14. Схема сил, действующих на резец и отделяемый элемент породы

Образовавшееся ядро породы препятствует продвижению резца и часть мелкораздро-ленного ядра с большой скоростью выдавливается вдоль передней грани резца в сторону обна­женной поверхности забоя, а сфера дробления непрерывно расширяется, увеличивая площадь контакта резца с ядром. Высокое напряжение, под которым находится раздробленная порода ядра, свидетельствует о том, что выдавливание мелкораздробленной породы через узкую щель в районе точки С сопровождается большим сопротивлением трения как о массив неразрушен­ной породы, так и о «нарост» на передней грани резца. Наличие «нароста» (застойная зона I ядра) подтверждается отсутствием износа передней грани резца. Большая часть энергии при резании расходуется на дробление породы на весьма тонкие фракции.

Продвижение резца от точки А до точки В сопровождается непрерывным удалением части раздробленного объема ABC вдоль передней грани, ростом нагрузки на резец и возраста­нием напряжений в неразрушенном массиве. В процессе продвижения резца в районе точки С создаются благоприятные условия для местного отрыва элементов I, II, III (рис. 1.15). Этот от­рыв сопровождается бурным выбросом мелкораздробленной породы ядра и некоторым резким уменьшением силы резания. В конечном итоге в пограничной с ядром зоне В возникают пре­дельные напряжения, вызывающие обычно отрыв крупного элемента СВОЕ от массива.

Таким образом, при резании угля и хрупких пород взаимодействуют не два тела - резеп и стружка, а три - резец, ядро раздробленной породы, действующее как клин, и неразрушенный массив. Сила трения выдавливаемых из ядра тонких фракций формирует в массиве силу реак­ции F_yr, способствующую отрыву крупного элемента породы. Следовательно, равнодействую­щие силы R_yr (воздействующая на элемент породы СВОЕ) и R_v (воздействующая на переднюю грань резца) не являются равными и противоположно направленными. Нормальные силы N_yr и Л^г_р также неравны и не направлены противоположно друг другу, так как ядро мелкораздроб­ленной породы не имеет постоянной толщины.

30