Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Аналитические исследования теории резания

Технологии ГНБ в условиях бурения слабых и средних пород не подходят из-за высокой категории разрабатываемых пород, достигающей V-VII класса крепости. Использование известных технологий бурения на основе применения шарошечного бурения с подачи промывочной жидкости создают ряд технологических сложностей при работе в зоне стыка угля и породы.

Бурение в однородном слое горной породы не сопровождается боковым уводом из-за равномерного распределения усилия разрушения на рабочем инструменте любой конструкции, но встрече с трещиноватыми породами и особенно встречи с границей пород разной прочности, приводит к нарушению стабилизации бурения.

Основные факторы, влияющие на отклонение инструмента следующие:

- величина нагружения бурового инструмента в плоскости границе пород разной прочности различная;

- трещиноватость породы совпадает с направлением бурения или распространяется в попутном направлением с небольшим углом не параллельности;

- жёсткость буровых штанг;

- зазор между буровой штангой и стенкой забоя.

Встреча с границей пород разной прочности приводит к неравномерному нагружению верхней и нижней части бурового инструмента, например шарошечного долота. (Рис.1). Известно, что величина боковой составляющей усилия разрушения единичным резцом, установленном на буровой головке равна 30-50 % от результирующей силы [7]. Примем за максимальное усилие отклонения 50%. В этом случае боковое усилие увода бурового инструмента будет равна разности нагружения бурового инструмента.

но так как а ,

где, и суммарное сопротивление разрушения единичными элементами,

а и прочность разрушаемой среды.

Момент сопротивления для буровой штанги(4.1)

4.1

Момент инерции в этом случае равен (4.2)

I= 4.2

где D и d - наружный и внутренний диаметр штанги.

При воздействии бокового усилия на рабочий инструмент возникает отклонение направления бурения, величина отклонения с учётом жёсткости буровой штанги в этом случае равна (4.3):

4.3

где – участок деформации штанги в забое между приложенной боковой нагрузкой и контактом штанги с забоем во время изгиба.

Из схемы деформации видно, что уменьшение зазора до минимума приведёт к уменьшению величины прогиба штанги, соответственно значительного уменьшения величины отклонения бурового инструмента от линии бурения.

Расчёт сил резания грунтов следует основывать на закономерностях этого процесса для резцов, определяющих стружку, и взаимодействия резцов, из которых образуется режущая часть рабочих органов землеройных машин.

Сила резания резца зависит от трех основных геометрических факторов: Ширины, толщины среза (глубины резания) и угла резания. Взаимодействие резца с грунтом имеет пространственный характер. Чтобы влияния пространственности определить качественно, сила резания рассматривается состоящей из частей, соответствующих характеру сопротивления грунта в разных частях области разрушения перед резцом. Одна из них служит для преодоления сопротивлений грунта передней грани резца. При этом принимается во внимание, что составляющие силы резания неодинаково зависят от геометрических условий процесса.

Вся сила блокированного резания резцом рассматривается как состоящая из трёх частей.

- силы для преодоления сопротивлений грунта передней грани резца , пропорционально площади части сечения прорези перед передней гранью резца и зависящей от угла резания и крепости грунта;

- силы для преодоления сопротивлений грунта разрушению в боковых расширениях прорези , пропорционально площади этих частей сечения прорези и зависящей от крепости грунта;

- силы для преодоления сопротивлений грунта срезу боковыми ребрами резца у дна прорези пропорционально толщине среза и зависящей от ширины среза и угла резания.

4.4

Составляющие силы резания определяются по формулам:

,где и - удельные силы разрушения грунта соответственно в средней части и в боковых расширениях прорези;

- площади соответственно средней (4.5) и боковых частей поперечного сечения прорези;

- удельная сила среза грунта боковыми частями резца;

- суммарная длина линий среза грунта боковыми частями резца.

4.5

где b и h – соответственно ширина и толщина среза.

Площадь определяется с учётом того, что расширение прорези начинается на глубине (4.6), которая меньше площади среза.

, 4.6

где к – коэффициент глубины расширяющей части прорези.

Считая боковые стороны сечения расширяющейся части прорези прямолинейными и обозначая угол их наклона через , площадь можно определить по формуле (4.7):

ctg 4.7

Длина определяется по формуле (4.8)

4.8

Соответствующие выражения получают силы Р_бок и Р_бок.ср

Если ввести обозначения

и выразить удельную силу произведением где - удельная сила резания для преодоления сопротивления грунта передней грани резца при угле резания , а коэффициент, учитывающий влияния угла резания.(табл.4.1), то силы и можно представить равенствами:

;

Таблица 4.1 Значение коэффицента в зависимости от угла резания

Угол рез. град	Значение для грунтов	Угол рез., град	Значение для грунтов
Пластичн. глинистых	Слоистых резании вдоль слоев	Песчано-глинистых мало пластичных	Пластичн. глинистых	Слоистых резании вдоль слоев	Песчано-глинистых мало пластичных
	0,59		0,78	47,5	1,13	1,13
32,5	0,66		0,78		1,35	1,13	1,13
	0,74	0,85	0,78		1,7	1,53	1,35
	0,85	0,85	0,85	57,5	1,88	1,7	1,7
42,5	0,85	0,85	0,93		2,05	1,7	2,05

Учитывая вышеизложенное, сила блокированного резания резцом определяется по формуле (4.9):

P(b,h, 4.9

где - коэффициенты, характеризующие удельную силу для разрушения грунта соответственно в средней части прорези, в ее боковых расширениях и для преодоления сопротивлений грунта срезу резцом.

Численные значения этих коэффициентов для ряда грунтов по данным опытных измерений приведены в табл.4.2

Для определения расхода энергии на резание грунта следует основываться на величинах силы резания, средних за время процесса. Средняя за время процесса сила резания определяется по среднемаксимальной ее величине для острого резца и коэффициенту энергоемкости резания, который находиться в пределах 0,5-0,6 - для замерзших глинистых грунтов и полускальных грунтов и 0,8-0,95 – для пластических глин (табл.4.3).

Отношение средней силы резания и площади поперечного сечения прорези определяет величину средней удельной силы резания, численно равную энергоемкости резания (4.10):

, 4.10

где = ().

Коэффициент энергоемкости относиться только к силе резания острым резцом. Он не вводится к дополнительной силе резания, прикладываемой к резцу для преодоления сопротивлений площадке износа или затуплению.

Таблица 4.2 Значения коэффициентов для ряда грунтов

Грунт	Удельная сила разрушения грунта, кГ/	Коэффициент удельной силы среза грунта боковыми ребрами резца
Перед лобовой гранью резца при	В боковых расширениях прорези
Аргиллит	0,64	0,33	5,47
Фосфоритовая руда:
слабая	1,74	0,32	3,51

Таблица 4.3 Коэффициенты энергоемкости резания

Грунт	Средний коэффициент вариации	Коэффициент энергоемкости
Песок: среднезернистый	0,19	0,8
Суглинок: лессовидный	0,18	0,88
Мергель	0,21	0,94

Чтобы учесть взаимодействие резцов, принято, что допущение практической пропорциональности составляющих сил резания площадям и линейным размерам соответствующих частей сечения среза справедливо для резцов и зон разрушения взаимодействующими с ними, позволяет рассчитать и анализировать силы резания по общей формуле:

где – частные площади и длины линии среза;

- силы резания, равные.

; = ;

= .

Средняя за время процесса сила резания резцом (3.1.11):

4.11

Для расчётов по приведённым формулам необходимо знать величины коэффициентов сопротивлений резцу ( и коэффициентов сопротивления площадке износа или затуплению резца ().

Исследования показали, что для расчётов, не требующих повышенной точности, определение сил резания можно упростить, основав его на величине только одного коэффициента сопротивления грунта- . Вместо остальных коэффициентов – использовать значение отношений:

= = ;

Тогда формула (4.11) для определения силы резания резцом примет вид

По данным опытов для обычных глинистых грунтов коэффициент 13,7.

Для полускальных грунтов (аргиллита, слабо - глинистого песчаника) 0,52 и 76,1.

Для ориентировочного определения крепости грунтов, области применения данной землеройной машины и сил резания можно использовать классификатор грунтов по параметру .

Сила резания – это только касательная к траектории резца составляющая полной силы резания, Нормальная составляющая полной силы резания(нормальная сила резания) резца определяется по касательной ее составляющей, углу резания , углу наклона площадки износа , и углу трения грунта о резец.

N= (

Для резцов результирующая нормальная сила резания определяется суммой проекции частных нормальных сил.

где – угол, образуемый нормальной силой с соприкасающейся плоскостью к траектории рабочего органа для i-го составляющего резца.

Нормальная сила резания резцом

или

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: