Конструкция режущего инструмента напрямую зависит от типа используемой горной машины. В зависимости от назначения и условий работы применяются различные типы резцов, каждый из которых имеет свои особенности и область применения.
Типы режущего инструмента для выемочной техники
Для оснащения выемочных комбайнов и врубовых машин применяется рабочий инструмент в виде резцов нескольких основных типов: радиальных, тангенциальных и радиально-торцовых (рис. 6.1.9).
Выбор конкретного типа резца осуществляется на основе параметрического ряда, который был разработан специалистами Института горного дела имени А. А. Скочинского (см. табл. 6.1.2). Этот ряд служит основным руководством для подбора инструмента под конкретные горно-геологические условия.
Радиальные резцы (Р)
Радиальные резцы выпускаются в двух основных исполнениях, которые различаются количеством режущих кромок: РО — однолезвийные и РД — двухлезвийные. Конструкция определяет их стойкость и эффективность в работе.
Тангенциальные резцы (Т)
Тангенциальные резцы также имеют две модификации, но классификация здесь основана на форме сечения хвостовика: ТП — с прямоугольным сечением и ТК — с круглым. Особого внимания заслуживают тангенциальные резцы с конической головкой и круглой державкой (рис. 6.1.10). Их ключевая особенность — способность к самозатачиванию. Под действием силы резания такой резец проворачивается в гнезде резцедержателя, что позволяет равномерно изнашиваться режущей кромке и поддерживать остроту.
Радиально-торцовые резцы (РТ)
Радиально-торцовые резцы представлены тремя исполнениями: РТП (прямоугольный хвостовик), РТО (овальный хвостовик) и РТК (круглый хвостовик). Выбор формы хвостовика влияет на надежность крепления и способ передачи усилия.
Крепление и применение резцов
Крепление резцов в горных машинах чаще всего осуществляется в специальных гнездах кулаков с помощью стопорных болтов. Однако в современной практике все большее распространение получает безболтовое крепление. Оно реализуется с помощью специальных фиксирующих устройств (замков, клиньев), что существенно ускоряет и упрощает процесс замены изношенного инструмента, повышая общую производительность.
Стоит отметить, что рабочий инструмент для струговых установок, хотя и схож по принципу действия с комбайновым, имеет отличия в размерах и геометрических параметрах, адаптированные под специфику работы струга. Характеристики такого инструмента приведены в табл. 6.1.3.
Что касается проходческих комбайнов, то их резцовый инструмент по своей конструкции и принципам работы практически идентичен инструменту выемочных комбайнов, что упрощает логистику и обслуживание парка машин.
Методика расчета режущего инструмента
Расчет режущего инструмента — это комплексная инженерная задача, которая выполняется раздельно для двух основных элементов: державки (хвостовика) и режущей части (головки с твердосплавной пластиной).
Расчет державки направлен на обеспечение ее надежности в тяжелых условиях работы. Он включает проверку на статическую прочность (способность выдерживать пиковые нагрузки) и оценку усталостной долговечности (сопротивление циклическим нагрузкам, ведущим к усталостному разрушению).
Расчет режущей части является более сложным и включает две ключевые проверки:
1. Прочность: Определение коэффициентов запаса прочности для паяного соединения (связь твердосплавной пластины с корпусом резца) и для самого армирования (твердосплавной вставки) в наиболее опасных сечениях или точках с максимальным напряжением.
2. Термостойкость: Оценка способности инструмента выдерживать высокие температуры, возникающие в зоне резания, без потери прочностных характеристик и без возникновения термических трещин.
Расчеты ведутся по утвержденным методикам и расчетным схемам, которые учитывают реальные силовые и температурные воздействия на инструмент.
Шарошечный инструмент: виды и расчет
Шарошечный инструмент, применяемый преимущественно в буровых установках, представлен двумя основными исполнениями: со штыревыми и с дисковыми шарошками (рис. 6.1.11).
Штыревые шарошки являются наиболее распространенными. Среди них выделяют конструкции со сферическими и клиновидными головками штырей (зубьев). Основными параметрами, определяющими эффективность, являются: диаметр (D) и ширина (B) корпуса, диаметр (d) и вылет (h) штыря, шаг расположения штырей (окружной t и осевой a), а также угол их установки (β). Подбор этих параметров ведется из условия обеспечения необходимой площади контакта для эффективного разрушения породы с заданной производительностью.
Дисковые шарошки отличаются более крупными размерами. Их рациональные параметры лежат в диапазонах: диаметр диска D = 250...350 мм; угол заострения δ = 30...80°. Минимальный диаметр ограничивается глубиной резания и габаритами опорных узлов. Для клиновых симметричных (лобовых) шарошек угол δ принимается максимальным для повышения прочности.
Выбор параметров дисковых шарошек имеет свои особенности. Диаметр диска выбирается, прежде всего, из условий обеспечения достаточной прочности опорных подшипников. Угол заострения определяется в зависимости от крепости разрушаемой породы и также из условий обеспечения необходимой прочности самого диска.
Расчет шарошечного инструмента — это завершающий этап проектирования. Он включает в себя:
• Расчет на контактную прочность штырей или диска (проверка на смятие и контактную усталость).
• Прочностной расчет опор (цапф, осей).
• Выбор и проверку подшипников качения или скольжения, которые должны выдерживать значительные радиальные и осевые нагрузки в условиях загрязненной среды.
Таким образом, правильный выбор и точный расчет рабочего инструмента являются фундаментальными задачами для обеспечения высокой производительности, надежности и экономической эффективности горных машин.