Горные машины и оборудование

Б

ное состояние грунта подчиняется закону Гука. В этом случаеТпри вычисле-

нии среднего и экстремальных значений пользуются формулами:

p

Fz

,

Н

(1.17)

M

йy

S

где p – среднее давление;

и

S – площадь опорной поверхности.

р

M

pmax

p

x

M

;

Wx

Wy

о

(1.18)

т

x

y

p

M x

y

и

pmin

,

Wy

Wx

где M

и M

- моменты с лы

F относительно соответствующих осей;

основания

W x

и W y

- моменты сопротивления опорной площади относительно тех

же осей.

п

Расчетныеззначения давлений сравнивают с допустимыми [р] значени-

ями давления, к т рые зависят от типа ходового устройства и свойств опор-

е

ного

и выбираются по нормативным документам или определяют-

ся в зависимости от прочности опорного основания и типа, размеров и фор-

мы ходового устройства. В большинстве случаев с достаточной для практики

точностью можно пользоваться справочными и нормативными данными.

Помимо величин среднего и экстремальных значений давления весьма

важной характеристикой статической устойчивости горных машин является

Рположение центра давления относительно ядра сечения. Напомним, что, как

y

Д'

2

2

x

У

Д

1

Т

Рисунок 1.5 – К определению допустимого положения центра давления:

Д - допустимое положение центра давления; Д’ - недопустимое;

Н

1 – ядро сечения; 2 – опорная площадь ходового устройства

Б

Координаты центра давления вычисляются по формулам (1.16), а фор-

ма и размеры ядра сечения из услов я pmin 0 , или

й

0 p

M x

M y

,

(1.19)

и

Wx

Wy

которое указывает на

, ч

исп льзованные условия требуют вычисления

р

Wx, Wy

для каждой к нс рукции ходового устройства (гусеничные,

колес-

ные, шагающие

т. п.) [2, 3, 4].

о

Кроме оценки ус ойчивости горной машины по давлению на опорное

т

основание и положен ю центра давления ее оценивают с помощью верти-

кального

центра масс и допустимых значений продольного и по-

и

При этом определяются допустимые по

перечн го угл в крена машины.

з

о рокидыванию в круг крайних в продольном и поперечном направлениях

рн й площади ходового устройства значения опрокидывающих

мом нтовположения. Такие расчеты дают возможность оценить статическую устойчи-

вость машины, но не оценивают ее динамическую устойчивость, которая ис-

п

сл ду тся специальными способами [5]. Для массивных и крупногабаритных

горных машин, положение центра масс относительно опорной поверхности

точек

имеет особо большое значение вследствие больших атмосферных нагрузок

(ветер, дождь, гололёд, снег), периодических круговых движений верхних

Р

поворотных частей, а также отклонений опорных поверхностей от горизонта.

Поэтому для таких машин регламентируется, как правило, допустимый угол

наклона опорной поверхности и её прочностные свойства. Высота центра

масс таких машин также очень существенно влияет на их устойчивость. Пре-

дельно допустимая высота центра масс (рис. 1.6) горной машины может быть

определена из уже упоминавшегося условия

pmin 0 . Если машина располо-

даёт уравнение

a

m g yc m g sin M x P

У

0

Fz

,

(1.20)

S

Wx

Т

где arctg

hmax hmin

- угол крена, возникающий из-за неравномерности

давления.

Н

z

Б

й

(φ+γ)

и

р

m·g

zc

о

т

и

φ

hmin

з

a

γ

о

hmax

п

O

е

Р

y

x

Рисунок 1.6 – К определению высоты центра масс

по условию продольной устойчивости

У

Т

Н

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

центра масс

Fz Wx S m g yc S M x P

zc

.

(1.21)

S m g sin

Н

ядра сечения, конечно, не допускается. Это утверждение относитсяУи к попе-

речной устойчивости машин.

Для определения максимального положения центра массТпо условию

Б

поперечной устойчивости рассмотрим, как и выше, положение центра давле-

ния машины в зависимости от её поперечного крена и величины внешних

xй

нагрузок (рис. 1.7). В худшем, с точки зрения поперечной устойчивости, по-

ложении машины условие отрыва части ходового устройства от опорной по-

верхности

F

M y

z

0 ,

(1.22)

arctg hmax hmin

- уг л перечного крена вследствие неравномерности

S

W

m g sin

z

о

P ;

где

M

y

c

m g cos иx M

y

c

поверхности

B

и

деформаций несущей

.

з

Z

z

о

(θ+β)

п

Р

е

m·g·sin(θ+β)

Р

hmin

β

x X

b

hmax

zc

S m g sin S M y P Fz Wx

.

(1.23)

S m g cos

ми.

Н

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

щие:

У

- механический;

Т

- гидромеханический;

- взрывной;

- смешанные;

- специальный.

Н

При механическом способе разрушение производится непосредствен-

ным воздействием инструмента на породу (удар, резание, скалывание и т. п.).

особенность заключается в том, что инструмент должен быть прочнее поро-

Б

ды. Гидромеханический или просто гидравлический способ разрушения реа-

лизуется воздействием на породу струи ли потока жидкости высокого дав-

ления.

й

Взрывной способ разрушен я масс ва горной породы основан на ее

разрушении давлением газов,

азующихся в результате мгновенного горе-

ния взрывчатых веществ. Эффективность способов разрушения оценивается,

прежде всего, по их энерг емк сти. Она зависит как от физико-механических

р

характеристик свойс в г рных п р д, так и способа разрушения, а также ка-

чества используемого оборудования. Для механического разрушения удель-

об

ная энергоемкость колеблется

в пределах 0,7 – 6,1 МДж/м3, для гидравличе-

ского 1,4 – 14,4 МДж/м3, взрывного 14,4 – 36 МДж/м3.

и

2.2 В аим действие разрушающих элементов с массивом породы

з

Механический способ разрушения породы чаще всего реализуется

о

двумя основными воздействиями – резанием и ударом, а также их различны-

ми соч таниями. При выемке породы с её разрушением посредством резания

п

основными элементами породоразрушающего инструмента являются резцы

или зубки. Под зубками понимаются резцы с бесконечно тонкой режущей

е

кромкой (игольчатый резец).

Р

Обычно резцами снабжаются большинство исполнительных органов

Рисунок 23. Форма сечения стружки при различных видах резов:

а - полусвободный; б - полублокированный; в - блокированный (с выровненной поверхности); г -

У

угловой; д - щелевой (h - глубина резания; t - шаг резания; b - ширина резца; S - площадь сечения среза; (р -

угол развала бородки резца)

Т

а)

б)

в)

г)

Н

д)

Б

Рисунок 2.1 –

схемы резов:

а – свободный;

б – полусвободный; в – полублокированный;

й

г - блок ованный; д - щелевой

Типовые

В зависимости от характе а взаимодействия резца с массивом породы

на него со стороны пор ды действуют силы, проекции равнодействующей

р

которых обозначим через Rx, Ry,

Rz (рис.2.1). Ось Оу направим по касатель-

ной к траектории резца, Ох и Оz

- перпендикулярно оси Оу так, как показано

о

на схеме. Сила Ry называе ся силой сопротивления резанию, а равная ей сила

Рр , приложенная со сторонырезца – силой резания. Реакция горной породы

виях глуб ких п дземных выработок.

е

Изучениеовзаимодействия режущих элементов с горными породами по-

свящ ны труды профессора Санкт-Петербургского горного института Ивана

Августовичап

Тиме, который впервые предложил зависимость для определе-

ния силы резания,

Pp e p b h ,

(2.1)

где ep – удельная работа резания;

Рb, h – ширина и толщина снимаемой резцом стружки.

e p

e p

.

(2.2)

h0,33

z

γ

z

У

P

Rz

R

α

Rz

β

Rx

Н

Rx

y

Ry

Б

Тx

Рисунок 2.2 – Схема взаимодействия резца с породой:

- угол резания; - задний угол;

- угол заострения

й

Конструкции резцов, которые устанавливаются на исполнительных ор-

и

ганах горных машин весьма разнообразны в основном зависят от условий

их работы. Чаще всего

различают следующие основные типы резцов

р

(рис.2.3): радиальные; тангенциальные; ад ально-торцовые.

о

т

и

з

о

б

в

а

п

Рисунок 2.3 – Основные типы резцов:

Р

а – радиальный;

б - тангенциальный;

в - радиально-торцевой

Р зцы являются первым элементом горных машин, разрушающим мас-

сив горной породы. Нагрузки, действующие на резцы так или иначе переда-

еются на последующие части машины. Поэтому определение этих нагрузок

P

У

Т

tц

Н

Б

t

Рисунок 2.4 – К определению характера силы резания:

tц – время, за которое резец проходит расстояние,

й

равное длине отбиваемых кусков породы.

езанию

Большинство исполнительных органов горных машин взаимодейству-

Среди

ют с породой так,

что толщина сн маемой резцами стружки (глубина реза-

ния) является величиной пе еменной, что влечет за собой ещё большую не-

равномерность силы сопротивления

. Это обстоятельство не позво-

ляет установить функци нальную зависимость между силой резания и фак-

т

торами, влияющими на неё.

этих факторов влияние на величину сил,

и

действующих на резец, казывают геометрические характеристики резца,

шаг установки резцов, скоросоь резания и другие.

з

Однако, среди всех факторов, определяющих значение силы резания,

наибольшее начен е меет толщина снимаемой резцом стружки (глубина

Поэтому

P

k hn ,

(2.3)

резания).

в большинстве случаев предлагается показательная зави-

симость для вычисления силы резания (точнее сказать, её математического

п

ожидания) [2, 6]

где

p

Р

k и n - коэффициенты, учитывающие влияние всех основных факторов.

При резании грунтов часто используется формула

Pp e p h b ,

(2.4)

где ep – удельное сопротивление резанию;

b – ширина стружки, снимаемой резцами.