Влияние геометрии режущей кромки и параметров процесса экскавации на величину силы сопротивления копанию

К параметрам процесса относятся: скорость движения рабочего органа, размеры стружки и ее рас положение по отношению к предыдущей, характер воздействия рабочего органа на породу — статический или динамический.

Режущий инструмент имеет следующие геометрические параметры: угол заострения зубьев δ – угол между передней и задней гранями режущей кромки; угол резания γ – угол, образованный передней гранью и траекторией движения режущей кромки по забою; задний угол α – угол, образованный задней гранью инструмента и траекторией его движения по забою.

Кинематические геометрические параметры зуба определяют взаимное положение его рабочих граней и поверхности забоя в процессе резания при перемещении зуба в пространстве с некоторой скоростью.

В общем случае зуб в процессе работы может перемещаться под действием скоростей резания V_р, подачи V _n и бокового перемещения V ₆ в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

При работе горных машин скорости V_п и V ₆ значительно меньше скорости V _p,, однако их следует принимать в расчет. Угол резания γ оказывает значительное влияние на сопротивление породы резанию. Так, увеличение угла резания от 40 до 60° удваивает лобовые сопротивления внедрению зуба. С другой стороны, чрезмерное уменьшение угла резания (менее 30°) может сопровождаться ростом сопротивления, особенно при резании вдоль напластования горных пород.

Угол заострения δ режущей кромки и зубьев, учитывая из нос инструмента, не следует принимать менее 20° для пластичных грунтов и 22—25° — для тяжелых каменистых пород. Задний угол α рекомендуется выдерживать в пределах 5—8°. Угол резания γ обычно составляет 30—40°.

Для уменьшения общих сопротивлений внедрению ковша в породу считается целесообразным исключать из участия в резании боковые стенки ковша, для чего надо либо отодвигать их от средней части и наклонять назад под углом 30—40°, либо далеко выдвигать переднюю режущую кромку (зубья).

Зубья увеличивают удельную нагрузку на породу в 2…2,5 раза, что облегчает процесс ее разрушения. Вылет зубьев желательно иметь, как можно меньшим с тем, чтобы обеспечить им необходимую прочность. При плоской режущей кромке в плотных горных породах острые зубья способствуют снижению общего сопротивления копанию на 8—15 %, а снижению сопротивления резанию — на 10—25 % по сравнению с зубьями, затупленными в. результате износа.

Для увеличения контактной нагрузки на породу ширину зубьев делают возможно меньшей. Нагрузка на 1 см ширины зуба не должна превышать 7—8 кН. Расстояние между зубьями берут равным 1,2—1,25 их ширины. Уменьшение этого расстояния вызывает увеличение суммарной ширины зубьев, а следовательно, и сопротивления горной породы экскавации. В то же время увеличение расстояния между зубьями вызывает износ кромки ковша между ними, так как целики породы между зубьями не скалываются, а их разрушает козырек, ковша. Износ зуба происходит по его задней грани. Допустимая степень износа зуба оговаривается заводскими инструкциями по эксплуатации.

Влияние скорости копания. Скорость копания, не превышающая 4—5 м/с, практически не сказывается на среднем сопротивлении копанию. Однако при скорости копания свыше 5 м/с скорость образования линейной деформации в ряде горных пород становится соизмеримой со скоростью движения инструмента, что вызывает повышение сопротивления разрушению породы. Влияние скорости резания становится особенно заметным при больших углах резания.

В расчетных формулах можно не учитывать влияния скорости резания, так как пределы ее изменения в современных горных машинах пока относительно невелики и вносимая при этом погрешность будет незначительна, во всяком случае меньше по грешности, появляющейся вследствие структурной неоднородности горной породы.

Влияние размеров (вместимости) ковша и параметров стружки. С ростом размеров, а следовательно, и вместимости ковша сопротивление копанию при работе в породах средней крепости и крепких падает независимо от типа породы, за исключением взорванной скалы, где это усилие практически не изменяется для ковша любой вместимости, если соблюдено постоянное соотношение между шириной ковша и крупностью куска.

Толщина t и ширина в стружки влияют на абсолютную величину силы сопротивления и на сопротивление породы экскавации.