close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Зависимость напряжения в породе забоя от относительной инструментальной высоты уступа..pdf

код для вставкиСкачать
Геотехнология
33
УДК 622.281.
В.В. Аксенов, А.А. Хорешок, И.К. Костинец, В.Ю. Бегляков
ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОРОДЕ ЗАБОЯ ОТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ УСТУПА
Один из наиболее распространенных способов
разрушения породы, это резание боковой стороной цилиндрического инструмента (коронки,
шнеки, барабаны). Поэтому формирование уступа
с цилиндрической поверхностью взаимодействия
следует рассматривать как один из вероятных
способов разрушения забоя.
При разрушении уступа боковой поверхностью цилиндрического инструмента имеет место
такой геометрический параметр, как относительная инструментальная высота, которая численно
равна отношению толщины срезаемого слоя к
диаметру боковой поверхности исполнительного
органа. Чтобы оценить влияние формы поверхности взаимодействия на напряжения в породе забоя
необходимо в числе других параметров оценить
влияние относительной инструментальной высоты.
Для оценки влияния относительной инструментальной высоты уступа была создана модель,
которая представляет собой участок сквозного
уступа с цилиндрической поверхностью взаимодействия радиусом R = 200 мм, соответствующим
диаметру боковой поверхности инструмента
D = 400 мм (рис. 1 а). При моделировании взаимодействия исполнительного органа с породой варьа
ировалось значение безразмерного критерия –
«относительная высота» hd = h/D . Другие размеры модели также были выражены через диаметр
боковой поверхности исполнительного органа.
Поверхности контакта моделей и прилегающие к ним участки площадок шириной 200 мм
были разбиты на конечные элементы Δ=25 мм,
остальная модель – на элементы Δ=100 мм. Между размерами элементов 25 и 100 мм постепенный
переход на четырех переходных слоях (рис 1 б).
Основными задачами при проведении исследований ставились:
– исследование
зависимости
фоновых
напряжений в породе забоя от относительной высоты уступа;
– выявление тенденций к снижению энергоѐмкости разрушения забоя;
– получение теоретических предпосылок к
получению рациональной формы поверхности
взаимодействия;
К поверхностям контакта прикладывались радиальная (нормальная) и окружная (касательная)
неравномерно распределенные нагрузки. Было
принято допущение, что сила резания пропорциональна глубине резания [1]. Для определения закона распределения нагрузки по поверхности отб
Рис. 1. Модель сквозного уступа: а) размеры и пропорции модели, б) сетка разбиения модели на
конечные элементы
Рис. 2. Распределение глубины резания t по поверхности взаимодействия: толщина срезаемого слоя
- а) больше радиуса инструмента, б) меньше радиуса инструмента
34
В.В. Аксенов, А.А. Хорешок, И.К. Костинец, В.Ю. Бегляков
h = 50 мм
h = 100 мм
h = 150 мм
h = 200 мм
h = 250 мм
h = 300 мм
h = 350 мм
h = 400 мм
Рис. 3. Эпюры главных напряжений  в области поверхности взаимодействия при различных значениях относительной инструментальной высоты уступа
Рис. 4. Зависимость 1МПа) от относительной высоты уступа: а) в области внутренней кромки, б)
в центральной части, в) в области наружной кромки
Рис. 5. Зависимость 3МПа) от относительной высоты уступа:
а) в области внутренней кромки, б) в центральной части, в) в области наружной кромки
коса ввели систему координат 0xy, ось x направлена по дуге поперечного среза поверхности взаимодействия, ось y – по внутренней кромке. Закон
изменения интенсивности нагрузки определялся с
учетом неравномерности глубины резания t по
поверхности контакта (рис.2).
Интенсивность распределенных нагрузок
определяли из условий пропорциональности глу-
бине резания и равенства максимальной интенсивности для любой высоты уступа:
qn 
t  qn max
tmax
и
qt 
t  qt max
,
tmax
(1)
где t – глубина резания, максимальные интенсивности нагрузок в местах максимальной глубины
резания qn max  2.48МПа и qt max  0,59МПа . За-
Геотехнология
35
ний 1, максимальные значения касательных
напряжений  характерные для всей поверхности
откоса и для областей внутренней и внешней кро(2)
t  ax2  bx  c ,
мок;
где 0 < x < 1 – круговая координата периметра,
2) места возникновения минимальных значевыраженная в долях от длины дуги поперечного
ний
 и максимальных 1, характерных для всей
среза поверхности взаимодействия Lx, а коэффирадиальной протяженности забоя;
циенты a, b, и c для каждой относительной высоты
3) оценивалась общая картина НДС породы
отдельно определялись аппроксимацией значений,
забоя;
полученных графическим построением (рис. 2).
На рис. 3 показаны эпюры главных напряжеX X
2H 2H
 D  D
 
arccos
x  x  , , Lx L0.5D
arccos
x  0.5D
 
  ний  в области поверхности взаимодействия. Из
LX LX
 D D  рисунка видно, что при увеличении относительной высоты уступа увеличивается распространеСуммарные нагрузки FN и FT определялись
ние растягивающих напряжений в породе.
интегрированием распределенных нагрузок:
Численные результаты
моделирования иллю1
1
1
стрируются

ax 3 bx 2 графиками
на
рис.
4 - 6.
FN  LX LY qn dx  LX LY qn max tdx  LX LY qn max 

 cx 
3
2
На
рис.
4
видно,
что
напряжения
1 имеют по
0
0
0
ложительные
значения,
в
области
внутренней
1
1
1
2
 a3 b 2  кромки
1
их
модуль
уменьшается
с
увеличением
1 ax 3F 

bx
1
c 
N
Y qn max ax  bx
LX LY  qn dx  LX LY qn max  tdx  LX LY qn max 
 LXLcx
  3 2
относительной
высоты уступа, что объясняется
 cx
F

L
L
q
dx

L
L
q
tdx

L
L
q

3
2


N
X
Y
n
X
Y
n
max
X
Y
n
max

0 3
0
0
2
общим
смещением
напряжений в направлении
1


0
0
 a b 0
отрицательных
значений. В области
 a b FT  LX LY qt dx  LX LY qt max   области

c

FN  LX LY qn max    c 
a b

(4)
 3 2внешней

кромки модуль напряжений увеличива 3FN 2 LX LY qn max  0   c 
3 2

ются, что можно объяснить усилением влияния
1
1 a b

концентратора напряжений в данной области.
FT  LX LY  qt dx  LX LY qt max    c 
a b

F

L
L
q
dx

L
L
q


c
3
2
Из графиков на рис. 5 видно, что с увеличени

T
X Y
t
X Y t max 

0
3 2

0
ем относительной высоты уступа напряжения 
на всей поверхности взаимодействия смещаются в
Учитывая, что произведение LX  LY  S уст –
направлении области растягивающих напряжений.
это площадь поверхности взаимодействия, выраВ центральной области поверхности взаимодейжения (4) примут вид:
ствия и в области внешней кромки при высоте
a b

уступа h < 100 мм имеют положительные значеFN  S уст qn max    c 
ния, что говорит от наличии трехосного сжатия
3 2

(5)
при малой высоте уступа. С увеличением высоты
a b

уступа напряжения 1 на всей поверхности взаиFT  S уст qt max    c 
модействия переходят в область отрицательных
3 2

значений, что приводит к исчезновению областей
Площади рабочих поверхностей уступов Sуст
трехосного сжатия с увеличением высоты уступа.
определяли измерением соответствующих площаПри высоте уступа более 0.6D значения суммардей на модели.
ных напряжений в области верхней кромки преПри моделировании определялись следующие
вышают предел прочности на растяжение, что
величины и показатели:
может привести к неконтролируемому скалыва1) минимальные значения главных напряжению крупных кусков породы в данной области.
ний , максимальные значения главных напряжекон изменения глубины резания задавался приближенно квадратным полиномом:






Рис. 6. Зависимость МПа) от относительной высоты уступа: а) в области внутренней кромки,
б) в центральной части, в) в области наружной кромки
В.В. Аксенов, А.А. Хорешок, И.К. Костинец, В.Ю. Бегляков
36
Таблица . Размеры и расположение зон трехосного сжатия и трехосного растяжения

Растяжение
Сжатие

50
мм
100
мм
150
мм
200
мм
250
мм
300
Мм
350
Мм
400
мм
Из графиков на рис. 6 видно, что касательные
напряжения увеличиваются с увеличением относительной высоты уступа, что приводит к ослаблению породы и улучшению условий разрушения.
В таблице показаны размеры и расположение
зон трехосного сжатия и трехосного растяжения в
области поверхности взаимодействия, что подтверждает выводы из графиков рис. 4 и 5. При
малых высотах поверхности взаимодействия полностью находятся в области трехосного сжатия, с
увеличением области трехосного сжатия уменьшаются и при hd > 100 мм полностью исчезают.
Исследования НДС уступов различной высо-
Растяжение
Сжатие
ты показали, что с ростом относительной высоты:
– значения главных напряжений смещаются в
направлении растягивающих напряжений на всей
поверхности рабочей поверхности (табл. 2.7, 2.8);
– увеличивается
значение
касательных
напряжений на всей рабочей поверхности.
При анализе результатов моделирования было
выявлено, что условия резания улучшаются с увеличением толщины срезаемого слоя, но при этом
увеличивается крутящий момент и радиальная
нагрузка на валу разрушающего инструмента.
Улучшение условий резания после значений высоты уступа h > 0.6D становится несущественным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические указания. Комбайны проходческие со стреловидным исполнительным органом.
Расчет эксплуатационной нагруженности трансмиссии исполнительного органа. РД 12.25.137-89. –
Москва: Министерство угольной промышленности СССР, 1989. – 51 с.
 Авторы статьи:
Аксенов
Владимир Валерьевич,
докт. техн. наук, проф. ЮТИ
ТПУ, зав. лаб. угольной геотехники Ин-та угля СО РАН.
E-mail: v.aksenov@icc.kemsc.ru
Хорешок
Алексей Алексеевич,
докт.техн. наук, профессор.,
зав. каф.горных машин и
комплексов КузГТУ,
тел. 8(3842) 39-69-40.
Костинец
Ирина Константиновна,
директор. филиала
КузГТУ ( г. Белово),
Бегляков
Вячеслав Юрьевич,
старший препод. ЮТИ
ТПУ, E-mail:
v.aksenov@icc.kemsc.ru
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
611 Кб
Теги
породы, забол, напряжения, зависимости, уступи, pdf, высота, инструментальных, относительные
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа