Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и основные тенденции развития механизации очистных работ 8
1.1. Основные этапы развития технических средств механизации добычи угля в комплексно-механизированных очистных забоях 8
1.2. Особенности совершенствования комбайновых комплексно механизированных очистных забоев 14
1.3. Анализ механизации работ на концевых участках лавы 19
2. Экспериментально-теоретический анализ влияния структуры омкк на устойчивость и эффективность режима их работы 32
2.1. Анализ структуры ОМКК средств комплексной механизации 32
2.2. Оценка эффективности работы КМОЗ 41
2.3. Анализ режима работы очистного комбайна в концевой части лавы ...55
2.4. Способ перевода очистного комбайна на новую полосу выемки 60
2.5 Апробация способа фронтальной зарубки 66
3. Обосновние параметров бурового секционного модуля 73
3.1 Требования, предъявляемые к буровому секционному модулю 73
3.2. Компоновка бурового секционного модуля 76
3.3. Технология работы бурового секционного модуля 87
3.4. Основные критерии при выборе кинематических и силовых параметров бурильной машины и определение ее производительности .91
3.5. Алгоритм выбора параметров и расчет нагрузок исполнительного органа 95
5.6 Гидросистема бурильной машины 104
4. Обоснование экономической эффективности применения бурового секционного модуля 107
4.1. Расчет производительности ОМКК 107
4.2. Определение экономического эффекта 112
Литература 124
- Особенности совершенствования комбайновых комплексно механизированных очистных забоев
- Анализ режима работы очистного комбайна в концевой части лавы
- Компоновка бурового секционного модуля
- Алгоритм выбора параметров и расчет нагрузок исполнительного органа
Введение к работе
Актуальность темы исследований
В настоящее время основная доля угля, добываемого подземным способом, приходится на длинные комплексно-механизированные очистные забои (КМОЗ) на пластах средней мощности с относительно благоприятными горно-геологическими условиями (ГГУ). Очистные механизированные комбайновые комплексы (ОМКК) прошли длинный путь развития. За это время накоплен значительный научный и технический потенциал, подтверждающий, что ОМКК являются основой для дальнейшего развития механизации подземной добычи в обозримом будущем.
Огромный вклад в развитие комплексной механизации подземной добычи внесли отечественные специалисты и ученые: В.Н.Хорин, А.В.Докукин, А.Г.Фролов, В.И.Солод, Ю.А.Коровкин, Б.К.Мышляев, В.Н.Гетопанов, Е.З.Позин, Г.И.Ягодкин, Ю.Д.Красников, Л.И. Кантович, И.Л.Пастоев и многие другие.
В современных условиях очистные механизированные комплексы используются с недостаточной эффективностью как по интенсивности процесса добычи (по скорости подачи очистного комбайна), так и по времени работы (большие затраты времени на выполнение вспомогательных операций), что связано с несоответствием существующей жесткой структуры комплексов изменяющимся технологическим и горно-геологическим условиям.
Повышение интенсификации работ в КМОЗ и производительности ОМКК не компенсирует все возрастающую стоимость комплексов, обусловленную ростом их металлоемкости, установленной мощности и расхода энергии.
Создание ОМКК более адаптивных к изменяющимся технологическим и горно-геологическим условиям, обеспечивающих более устойчивую интенсивную работу с расчетными показателями, не может быть выполнено без соответствующего научного обоснования.
Данная работа посвящена совершенствованию структуры комплекса, в которую введен буровой секционный модуль (БСМ) для проведения ниш с последующей фронтальной зарубкой очистного комбайна и обоснованию его параметров и режима работы ОМКК совместно с БСМ.
Цель работы: выявить закономерности работы очистного механизированного комбайнового комплекса с буровым секционным модулем в его составе, обеспечивающие фронтальную зарубку очистного комбайна при переводе на новую полосу выемки угля и повышение производительности комплекса.
Задачи исследований:
1. Провести анализ развития технических средств механизации очистных работ и их влияния на эффективность работы очистных механизированных комплексов.
2. Проанализировать режимы работы очистных механизированных комплексов и определить основные факторы, сдерживающие рост их производительности.
3. Разработать структуру ОМКК, способ и устройство, обеспечивающие фронтальную зарубку комбайна со шнековыми исполнительными органами.
4. Обосновать методику выбора параметров бурового секционного модуля, расчета его производительности и производительности ОМКК с БСМ.
5. Выявить зависимость производительности БСМ от его конструктивных и режимных параметров.
6. Выявить зависимость производительности ОМКК от параметров и режимов работы бурового секционного модуля и длины лавы при разных способах зарубки очистного комбайна на новую полосу выемки.
Идея работы: повышение эффективности работы комплекса достигается повышением устойчивости работы очистного комбайна в номинальных режимах переводом его на фронтальную зарубку в результате использования БСМ, что приводит к уменьшению количества вспомогательных операций на концевых участках лавы и времени их проведения.
Научная новизна работы:
1. Установлена зависимость производительности ОМКК от длины лавы при разных способах зарубки очистного комбайна на новую полосу выемки угля.
2. Установлено, что совершенствование структуры ОМКК применением в его составе БСМ приводит к повышению устойчивости процесса добычи угля в КМОЗ в номинальных режимах, сокращению затрат времени на перевод очистного комбайна на новую полосу выемки на 50 % по сравнению с косым заездом, при этом длина основного участка, на котором комбайн работает со стабильной скоростью подачи, увеличивается на величину сокращения концевых участков.
Защищаемые положения:
1. Повышение производительности очистного механизированного комбайнового комплекса достигается включением в его состав бурового секционного модуля для проведения ниш, что обеспечивает: фронтальную зарубку очистного комбайна; увеличение длины основного участка лавы на величину сокращения концевых участков с работой очистного комбайна на этом участке с номинальной скоростью подачи; сокращение времени перевода очистного комбайна на новую полосу выемки на 50 %; смещение нижней границы эффективного применения челноковой схемы выемки с длины лавы 150 до 75 метров.
2. Производительность бурового секционного модуля прямо пропорциональна ширине захвата очистного комбайна (с учетом схемы выемки), диаметру ступицы шнека очистного комбайна и обратно пропорциональна сумме времени бурения ниши, времени позиционирования бурового секционного модуля, установки и демонтажа исполнительного органа за цикл его работы в соотношении 1:0,2:0,2, при этом усилия в звеньях механизма подвески бурильной машины, обеспечивающего фиксацию ее положения, прямо пропорциональны диаметру шнека очистного комбайна и обратно пропорциональны углам установки звеньев механизма подвески по отношению к оси бурения.
Методы исследований: экспериментально-теоретический, в котором теоретическая часть базируется на основных теориях резания, опыте применения ОМКК, фактических данных режимов работы КМОЗ, обработанных на основе статистики и спектрального анализа. Экспериментальная часть включает хронометражные наблюдения работы ОМКК и апробацию в шахтных условиях способа фронтальной зарубки очистного комбайна на новую полосу выемки.
Практическое значение работы:
предложен и апробирован в шахтных условиях способ перевода очистного комбайна в длинных комплексно-механизированных очистных забоях на новую полосу выемки фронтальной зарубкой (патент RU 2417316 от 27.04.2011 Бюл.12), обеспечивающий повышение производительности, эффективности и устойчивости работы ОМКК, снижение затрат времени при переводе очистного комбайна на новую полосу выемки и увеличение коэффициента затяжки кровли.
предложена конструкция БСМ для проведения ниш с последующей фронтальной зарубкой очистного комбайна.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; исследованиями особенностей режимов работы ОМКК по статистическим данным за длительный период времени; проведенными хронометражными наблюдениями режима работы ОМКК в очистном забое на шахте «Воргашорская» (лава 1113-ю) с замерами скорости подачи очистного комбайна; апробацией в реальных условиях (шахта «Воргашорская») фронтальной зарубки очистного комбайна; сравнительной оценкой эффективности применения фронтальной зарубки по сравнению с косыми заездами, проведенной по результатам шахтных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международном форум-конкурсе молодых учёных «Проблемы недропользования» 2009, 2010, 2012 (Санкт-Петербург); Международных симпозиумах «Неделя горняка» 2010 и 2011 (г. Москва) и «Проблемы Севера» 2010 (г. Воркута).
Публикации
По теме диссертации опубликованы 4 научных работы, из низ 3 в рецензируемых журналах Перечня ВАК РФ, получен 1 патент.
Личный вклад соискателя состоит в следующем: сформулированы задачи исследований, разработана методология их решения, проведены экспериментальные исследования по оценке эффективности работы очистных механизированных комплексов в шахтных условиях. Выявлены причины снижения производительности комплексов и определены пути их устранения, а именно предложены способ фронтальной зарубки очистного комбайна в угольный пласт и буровой секционный модуль для реализации этого способа.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность: всему коллективу предприятия ЗАО «Шахта Воргашорская-2» и лично генеральному директору С.Т. Смелкову за организационную помощь в подготовке и проведении экспериментальных исследований, а также коллективу кафедры конструирования горных машин и технологии машиностроения.
Реализация результатов работы
Разработанный способ фронтальной зарубки шнековых комбайнов и буровой секционный модуль для реализации данного способа могут применяться в комплексно-механизированных очистных забоях, на пластах средней мощности без породных включений. Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе СПГГУ при изучении дисциплины «Горные машины и оборудование» студентами специальности 150402 (опубликованы два методических указания к лабораторным работам).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 135 страниц, содержит 6 таблиц, 48 рисунков, а также список литературы из 126 наименований.
Особенности совершенствования комбайновых комплексно механизированных очистных забоев
В настоящее время уголь в качестве энергетического топлива способен занять лидирующую позицию в топливно-энергетическом комплексе, в 2010 году 42 % всей мировой электроэнергии произведено переработкой углей [116, 2], и с каждым годом объемы добычи угля увеличиваются. Разведанные запасы угля в России составляют пятую часть (193 млрд. тонн) от мировых запасов угля. По прогнозам специалистов запасы угля в Российской Федерации составляют 3816,7 млрд. тонн, по этому показателю РФ занимает второе место. При нынешнем уровне добычи запасов угля хватит более чем на 550 лет [116]. Имея в арсенале такие запасы угля, Российская Федерация занимает только пятое место по уровню добычи (323 млн. тонн в год) [116]. Начиная с 2000 годов, прослеживается четкий рост как мировой добычи угля, так и Российской (рис. 1.2). Развитие угольной промышленности связано с острой потребностью человечества в энергетических ресурсах, продукция угольных предприятий является неотъемлемой частью таких важных отраслей, как энергетическая, металлургическая, химическая. Сначала 90х годов прошлого века до начала нового столетия угольная промышленность России находилась в глубоком кризисе. Основными мерами по выходу из сложившейся ситуации являлось: изменение форм собственности угольных предприятий, переход на свободные цены, закрытие не рентабельных предприятий и особо убыточных, переоснащение современной техникой [48, 90]. Эти меры позволили повысить технико-экономические показатели, улучшить состояние шахтного фонда, увеличить объем добычи угля. Также необходимо отметить, что с сокращением числа КМОЗ их среднесуточная добыча увеличивалась (рис. 1.3).
Отсюда можно сделать вывод, что современные очистные механизированные комплексы, основные концепции создания которых были разработаны в 60-х годах прошлого столетия и дальнейшее развитие которых имело эволюционный характер, отличаются чрезмерной металлоемкостью, большими энергетическими затратами и чрезмерно высокой энергонапряженностью процесса в активной зоне. Несмотря на такое положение, развитие угольной промышленности России все равно отстает от мировых лидеров, таких как США, Китай, Австралия. Россия утратила лидирующие позиции в отрасли, которые занимала до 1975 года, и отставание от лидеров составляет 15-20 лет [103, 109]. Огромная доля добычной техники, используемой на отечественных предприятиях зарубежного производства, по многим технико-экономическим показателям продукция российских производителей не конкурентоспособна. Наиболее благоприятными условиями использования комбайновых очистных комплексов являются пласты средней мощности, прочностные свойства пласта по категориям разрушаемости от весьма слабых (ВС) до выше средней крепости (ВСК) без породных прослоев и локальных твердых включений, с устойчивой кровлей [125] (к которым можно отнести горно-геологические условия ЗАО «Шахта Воргашорская-2» вне зон геологических нарушений).
Процесс выемки угля современными ОМКК обладает высокой энергонапряженностью, что обеспечивает высокую производительность комплексов и поточную технологию работы практически непрерывного действия, применением комбайнов с роторными исполнительными органами, большой скоростью подачи, и т.п.. Эти достоинства необходимо сохранить. Развитие комплексной механизации привело к значительному росту интенсивности на основном участке выемки, однако на концевых участках лав пропорционального роста производительности не происходит. При выполнении вспомогательных операций на концевых участках возникают осложнения, тормозящие рост эффективности очистных работ, а именно: - увеличение длины очистных комбайнов и жесткости става забойных конвейеров привело к увеличению длины участков сопряжения, а следовательно продолжительности нахождения незакрепленного пространства обнаженным; для современных лав длина линии очистного забоя составляет 200-350 метров [91]; длина участков зарубки составляет около 15-20% от длины лавы; - неточность передвижки секций крепи и забойного конвейера затрудняет поддержание прямолинейности линии очистного забоя;
Анализ режима работы очистного комбайна в концевой части лавы
В настоящее время, когда ОМКК, оборудованные очистными шнековыми комбайнами, переживают свое 4 поколение, необходимо отметить, что на основном участке лавы работа протекает равномерно, остановки комбайна возможны из-за внезапных факторов, например превышение концентрации уровня метана, нарушенность пласта и т.д. Изменчивость производительности очистного комбайна в наибольшей степени проявляется на концевом участке лавы. На концевом участке и сопряжении лавы со штреком сосредоточен значительный объем трудоемкости работ 18-30% [11]. Это обусловлено совокупностью нескольких факторов, к которым относятся наличие зон с различным проявлением горного давления (сопряжения, участки перевода очистного комбайна, участки выработок впереди и позади очистного забоя), значительные площади обнажения, в следствии чего возникают сложности поддержания кровли, многооперационность процесса выемки в этой зоне, значительные площади обнажения. Основной операцией в технологическом цикле выемки на концевом участке является перевод очистного комбайна на новую полосу выемки. Все известные способы перевода комбайна на новую полосу выемки можно разделить на две группы: - комбайн заводится на следующую полосу выемки в заранее подготовленную нишу, которая проводится с использованием отбойных молотков, буровзрывными работами или специальными нишенарезными машинами; - самозарубкой комбайна в пласт без проведения ниши. К этой группе относится самозарубка шнековых комбайнов «косыми заездами». Большинство способов, когда-либо применяемых в шахтных условиях, рассмотрены в параграфе 1.3 и уступают по эффективности и технологичности способу самозарубки комбайнов «косыми заездами», который широко применяется в настоящее время.
Рассмотрим основные процессы, происходящие при цикле зарубки комбайна в угольный пласт способом «косого заезда» (рис.2.15). Цикл зарубки делится на три части - выемку вверх, выемку вниз и зачистку. Условно на начало цикла лавный конвейер задвинут волной на величину 17 секций (25,5 м) с отставанием от комбайна - 3 секции (4,5м), длина части не передвинутого става конвейера - 16,5м (с учетом длины комбайна L0K =12м). Цикл начинается с зарубки, при которой комбайн сначала подается «вверх» (рис 2.15 а) по искривленному ставу до выезда всем корпусом на полностью задвинутый участок конвейера, длина участка зарубки (LKy) составит 45 метров. Опережающий шнек при этом находится у кровли, а отстающий - у почвы. Подобная последовательность необходима для защиты от падения негабаритов на рабочее оборудование. Верхний шнек в процессе выемки опущен несколько ниже верхней части пласта, поскольку в противном случае может зацепить резцами верхний козырек крепи. Поскольку подача комбайна на забой ведется под углом к линии забоя, при проходе комбайна по криволинейному участку конвейера на опорные направляющие устройства с выходным звеном механизма подачи комбайна действуют несимметричные нагрузки. Когда комбайн перемещается на полностью задвинутый участок става, он останавливается, исполнительные органы позиционируются, так чтобы при последующей выемки опережающий шнек был у кровли, отстающий у почвы (рис.2.15 б), после чего выполняется передвижка концевой и лавной крепи. При этом конвейер вместе с приводом полностью задвигаются к забою, а комбайн начинает движение вниз (рис.2.15 в).
При передвижке секций крепи и става конвейера относительно линии забоя, возможна погрешность передвижки, то есть отклонение линии забойного конвейера и линии очистного забоя. При продвижении очистного забоя погрешность может значительно увеличиваться, вызывая значительное несоответствие линии забоя, линии крепи и линии става конвейера. В местах J расхождения линии крепи с линей забоя образуется некрепленое пространство, приводящее к возможному осыпанию кровли и образованию «купола» над крепью. При зарубке косыми заездами секции крепи на участке зарубки передвигаются два раза за цикл. Большее количество операций на один цикл выемки приводит к меньшей стабильности работы комплекса, по сравнению с выемкой на прямолинейном участке лавы, где передвижка крепи осуществляется один раз на цикл. Более частая передвижка крепи так же приводит к ухудшению качества кровли из-за так называемого эффекта «топтания кровли». Завершает цикл зарубки выемка угля «вниз» до выхода опережающего шнека на конвейерный штрек, после чего комбайн останавливается и шнеки позиционируются по мощности (рис. 2.15 в). В процессе выемки крепь с отставанием в шесть секций задвигается за проходом комбайна. Необходимо отметить, что выемка на основном участке начнется только после прохождения Способ зарубки косыми заездами обладает следующими недостатками: - при проходе комбайна по криволинейному участку конвейера на опорные направляющие устройства с выходным звеном механизма подачи комбайна действуют несимметричные нагрузки;
Компоновка бурового секционного модуля
Исходя из формулированных требований (3.1) и условий применения (рис. 3.2), принята следующая компоновка модуля для проведения ниши круглого сечения (устойчивая форма, не требующая крепления), расположенного на концевом участке лавы, работающего одновременно с выемкой угля очистным комбайном на основном участке лавы. В качестве базы модуля целесообразно принять перекрытие секции механизированной крепи, так как она в рабочем состоянии развивает значительные распорные усилия, тем самым обеспечивает устойчивую опору бурильной машине, при этом в не рабочем положении бурильная машина может находиться в коробе перекрытия, тем самым не загромождая сечение лавы, предназначенное для прохода людей, более, чем допустимо по правилам безопасности. В качестве вращателя наиболее эффективно использовать высокомоментный гидромотор например VIS 45 (Valve In Star) с рабочим у объемом 1560 см , производства компании Eaton Corporation, США. Такие гидромоторы характеризуются следующими особенностями: при малых габаритах 288x220x220мм и массе 61 килограмм развивает максимальный крутящий момент 6400 Нм при частоте вращения 10 мин"1.
Применения такого привода механизма вращения позволяет значительно снизить металлоемкость и габариты бурильной машины. Для сравнения, использование в качестве привода вращателя электродвигателя с планетарным редуктором с заданными силовыми параметрами вес привода составит более 5000 Н. Гидросистема ОМКК обеспечит рабочее давление и расход гидромотора в пределах 25-35МПа и 130л/мин. соответственно [45, 56]. Хвостовик выходного вала гидромотора при частоте вращения меньше 50 мин"1 и ресурсом работы меньше 3 млн. оборотов (500 часов работы) выдерживает консольную нагрузку до 1800 Н на расстоянии Зм от хвостовика. Вес бурового става в сборе не превышает 600 Н, но для обеспечения устойчивости положения штанги и исполнительного органа при бурении предусмотрен неподвижный люнет 10, являющийся опорой для бурового става. Использование неподвижного люнета повышает устойчивость процесса бурения, так как ось бурения находится в постоянном положении. Для транспортировки разрушенного угля целесообразно использовать штангу со шнековои навивкой. Длина навивки зависит от длины ниши, но так как ниша бурится без наращивания бурового става, длина спирали ограничена расстоянием от исполнительного органа до неподвижного люнета. Поэтому для исключения заштыбовки скважины рекомендуется после подачи на расстояние, равное длине шнековои навивки, извлекать скапливающуюся позади шнека горную массу подачей бурового става обратным ходом, после чего продолжать бурение. Подачу бурового става на забой целесообразно производить гидроцилиндром, который будет располагаться по оси бурения. Наилучшим местом его расположения является правая нижняя часть направляющей балки. Длина хода цилиндра принимается в зависимости от схемы выемки.
При челноковой схеме выемки подача должна быть осуществлена на расстояние равное двойной ширине захвата с учетом запаса по ее длине, компенсирующего возможные погрешности прямолинейности линии очистного забоя. При односторонней схеме выемки расстояние подачи равно ширине захвата с учетом запаса по ее длине, компенсирующего возможные погрешности прямолинейности линии очистного забоя. Диаметр ниши (DH, м) необходимо принимать больше диаметра ступицы шнека очистного комбайна (рис.3.2) на величину технологического радиального зазора, облегчающего заводку ступицы исполнительного органа очистного комбайна в нишу. Величина зазора принимается 15-20% диаметра ступицы шнека очистного комбайна. где ст- диаметр ступицы шнека очистного комбайна; А- величина технологического радиального зазора, облегчающего заводку ступицы исполнительного органа комбайна в нишу.1 10 6 45328 4 7 Подвеска податчика и вращателя к перекрытию секции крепи 7 осуществляется механизмом, состоящим из двух параллельных балансиров 8, двух гидроцилиндров 4 и 41, корпусы которых шарнирно соединены с перекрытием секции крепи, а их штоки - с направляющей балкой 5, а также винтового подпора 9, необходимого для восприятия реакции забоя и фиксации установки в заданном положении. Такая компоновка механизма подвески обеспечивает фиксацию бурильной машины при бурении и ее перемещении после проведения ниши из рабочего положения в транспортное. Место расположения ниши по мощности пласта должно соответствовать сформулированным требованиям, а именно: - ниша должна располагаться таким образом, чтобы при фронтальной зарубке шнек очистного комбайна не заходил за пределы мощности угольного пласта; - позиционирование положения шнека должно осуществляться легко и быстро, то есть должен быть достаточный обзор.
Исходя из требования быстрого и легкого позиционирования ступицы шнека по оси скважины, ее рационально расположить выше середины мощности пласта, тем самым обеспечить достаточный визуальный обзор. Для исключения взаимодействия шнека комбайна с кровлей пласта (вмещающими породами) расстояние от кровли до оси бурения должно быть не менее половины диаметра шнека и технологического зазора. При этом чрезмерное снижение месторасположения оси приведет к увеличению металлоемкости механизма подвески, поэтому это расстояние от кровли пласта до оси бурения ограничено следующим условием: где h - расстояния от кровли пласта до оси бурения, м; т - минимальная масса механизма подвески, кг; шн - диаметр шнека очистного комбайна, м; А2 -технологический зазор, исключающий присечку породы, м. Исходя из этого, месторасположение ниши по мощности пласта рационально принять равным сумме половины диаметра шнека и технологического зазора от кровли пласта. Место расположения оси бурения влияет на компоновку механизма подвески выполняющего, следующие функции:
Алгоритм выбора параметров и расчет нагрузок исполнительного органа
Эффективность работы исполнительного органа зависит от соответствия параметров резцового инструмента механическим свойствам массива и режиму работы, поэтому выбор резцов является начальным этапом обоснования параметров БСМ. Выбор основных параметров резания (толщины и ширины среза, скоростей резания и подачи) должен производиться исходя из типовых условий применения исполнительного органа, к которым относятся хрупко-пластические свойства углей, сопротивляемость пластов резанию, наличие твердых включений, характеристика пластов по категории разрушаемости, ориентировочный удельный вес угля данной категории в процентах [29, 36]. Накоплен огромный опыт применения различного режущего инструмента [41, 60-61] при проведении очистных работ и бурении скважин большого диаметра по углю и породам. Поэтому принимаются типовые резцы из ряда л шнековых и барабанных исполнительных органах очистных и проходческих комбайнов [62]. Эти резцы применяются на пластах любой абразивности, с сопротивляемостью резания до 30 МПа, но имеют большой вылет 80 мм, что при заданных условиях работы нежелательно, так как установка резцов с большим вылетом повышает динамику и снижает устойчивость работы. Как видно из таблицы 5, резцы РПП-2 имеют большой вылет и значительную массу, так как масса буровой машины ограничена, а время работы установки составляет не более 15 минут от полного времени цикла ОМКК, применение резцов типа РПП-2 не целесообразно.
Поэтому принимаются резцы типа ШБМ2С. 1-1-04 как наиболее соответствующие заданным условиям. Но ввиду того, что резцы типа ШБМ2С. 1-1-04 предназначены для бурения скважин по углю на расстояния до 150 метров [126], рационально изменить некоторые геометрические параметры резца, среди которых: угол резания, задний угол, угол заострения, диаметр и длина хвостовика. На рисунке 3.17 представлена конструкция резца типа ШБМ2С. 1-1-04 с изменёнными геометрическими параметрами. В целом конструкция резца не претерпела существенных изменений: клиновидная форма режущей кромки и её ширина, вылет резца сохранили предыдущие значения. Главными отличиями предложенного резца от существующего являются уменьшенный диаметр и длина хвостовика резца. Изменение геометрических параметров резца не приведет к значительному снижению прочности, так как эти резцы имеют достаточный запас стойкости при применении в заданных условиях. Выбор параметров исполнительного органа БСМ основан на методике ОСТ 12.44.258-84 «Выбор параметров и расчет сил резания и подачи буровых исполнительных органов» [69]. Из геометрических размеров принятого резца номинальная толщина среза равна [41]: где Лср- средняя толщина стружки, см; /р -конструктивный вылет резца, см; кв - коэффициент вылета резца для буровых исполнительных органов.
В этом случае средняя оптимальная ширина стружки tom равна: где tom - оптимальная толщина стружки, см; Е - показатель хрупкости пласта (для вязких углей); Ьк - конструктивная ширина резца, см. После определения необходимой производительности определяем толщину стружки. Для принятых резцов максимальное значение этого Рис. 3.18. Производительности бурильной машины от толщины стружки После определения толщины стружки принимается схема набора резцов, количество резцов в линии резания и тип коронки (рис. 3.19) в соответствии с рекомендациями существующих методик [96-97, 121]. После этого определяются усилия на исполнительном органе и вращающий момент. Следующий этап определения параметров - расчет усилий на исполнительном органе. Расчет средних нагрузок на резцах излагается в соответствии с ОСТ 12.44.258-84 [69]. Значения средних нагрузок определяются действием трех факторов: сопротивляемостью резанию, геометрическими параметрами инструмента, параметрами режима резания.
