№73-10
Розробка математичної моделі просторового руху інструменту узагальненої схеми бурового виконавчого органу суцільного руйнування
Д. О. Довгаль1
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2023, 73:113-125
https://doi.org/10.33271/crpnmu/73.113
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Мета. Метою роботи є розробка математичної моделі кінематики просторового руху одиничного ріжучого інструменту узагальненої схеми виконавчого органу суцільного руйнування.
Методика. Основою для розробки базової узагальненої схеми кінематики руху ріжучого інструменту став аналітичний синтез усіх існуючих конструктивних схем бурового виконавчого органу, робота яких заснована на передачі інструменту одного і більше обертальних рухів одночасно з поступальним. Окремі випадки конструктивних схем виявлені методом аналізу можливих положень робочого диска, а також кількості рухів, що передаються ріжучому інструменту в процесі його роботи.
Результати. В результаті комплексного аналізу кінематики просторового руху одиничного ріжучого інструменту обґрунтовані можливості створення узагальненої схеми його руху для бурового виконавчого органу суцільного руйнування. Дана схема справедлива для всіх конструктивних реалізацій планетарних та роторних виконавчих органів гірничо-прохідницьких машин. Складені на її основі аналітичні залежності між конструктивними і кінематичними параметрами являють собою математичну модель просторового руху ріжучого інструменту загальної схеми бурового виконавчого органу суцільного руйнування. Отримані з них, як часткові випадки, окремі аналітичні залежності, описують рух ріжучого інструменту у конструктивних схемах, які вже реалізовані в існуючих гірничо-прохідницьких машинах, а також теоретично можливі.
Наукова новизна. Розроблена математична модель кінематики просторового руху ріжучого інструменту точно описує його траєкторію при будь-яких значеннях конструктивних і кінематичних параметрів бурового виконавчого органу суцільного руйнування. Аналіз факторів, що впливають на характер руху робочого інструменту дозволив виявити набір узагальнюючих параметрів виконавчого органу та встановити межі їх значень, які і визначають окремі конструктивні схеми. Запропонована узагальнена схема і математична модель руху інструменту дозволяють проводити теоретичні дослідження, критеріальний аналіз та оптимізацію параметрів виконавчого органу у загальному випадку.
Практична значимість. Отримана модель просторового руху робочого інструменту є основою для виконання глибоких та детальних прикладних досліджень процесу його взаємодії з масивом, що руйнується, на основи загальноприйнятих критеріїв ефективності. Результати таких досліджень дадуть змогу встановити раціональні конструктивні схеми виконавчого органу для заданих умов експлуатації та створити науково обґрунтовану методику призначення їх конструктивних і кінематичних параметрів. Дослідження траєкторій руху і геометрії різання дозволить більш раціонально здійснювати підбір, схему встановлення і орієнтування інструменту на робочих дисках виконавчого органу.
Ключові слова: буровий виконавчий орган, планетарний виконавчий орган, кінематика руху інструменту, моделювання руху різця.
Перелік посилань
1. Tian, W., Wang, L., & Bu, G. (2021). Application of Modern Machinery Design Method in Mine Machinery Design. Journal of Physics: Conference Series, 1748(6), 062003.
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1748/6/062003
2. Baron, L. I. (1968). Razrushenie gornikh porod prokhodcheskimi kombainami. Nauchno-metodicheskie osnovi. Razrushenie reztsovim instrumentom.
3. Filippova, T. S. (2002). Klassifikatsiya ispolnitelnikh organov gornikh mashin po vidu dvizheniya rezhushchego instrumenta. Nauchnie trudi, 4, 40–43.
4. Arkhangelskii, A. S. (1954). K voprosu o ratsionalnoi konstruktsii rabochikh organov prokhodcheskikh kombainov. «Ugol», 4, 11–17.
5. Semenchenko, A. K., Semenchenko, D. A., Khitsenko, N. V., & Shabaev, O. Ye. (2006). Perspektivi sozdaniya prokhodcheskikh kombainov novogo tekhnicheskogo urovnya. Informatsionno-stroitelnii portal «Stroika»: Gornaya tekhnika. http://library.stroit.com/z-full/v-search/i-191.html.
6. Kizilov, V. V. (1982). Issledovanie i vibor ratsionalnikh konstruktivnikh i rezhimnikh parametrov planetarnikh ispolnitelnikh organov prokhodcheskikh kombainov. (dis... kand. tekhn. nauk).
7. Dovhal D. O. (2012). Heometrychne modeliuvannia protsesu ruinuvannia hirnychoho masyvu planetarno-torovymy vykonavchymy orhanamy hirnychykh mashyn (avtoref. dys. .. kand. tekhn. nauk). Donetsk.
8. Wang, W., Liu, G., Li, J., Zha, C., Lian, W. (2021). Numerical simulation study on rock-breaking process and mechanism of compound impact drilling. Energy Reports, 7, 3137-3148.
https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.040
9. Maidl, B., Schmid, L., Ritz, W., & Herrenknecht, M. (2008). Hardrock Tunnel Boring Machines. Ernst & Sohn.
https://doi.org/10.1002/9783433600122
10. Li, T., Zhang, Z., Jia, C., Liu, B., Liu, Y., & Jiang, Y. (2022). Investigating the cutting force of disc cutter in multi-cutter rotary cutting of sandstone: Simulations and experiments. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 152, 105069.
https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105069
11. Stopka, G. (2021). Modelling of Rock Cutting with Asymmetrical Disc Tool Using Discrete-Element Method (DEM). Rock Mechanics and Rock Engineering, 54(12), 6265–6279.
https://doi.org/10.1007/s00603-021-02611-y
12. Mendyka, P., Kotwica, K., Stopka, G., & Gospodarczyk, P. (2016). Innovative roadheader mining head with asymmetrical disc tools, exploration and mining, mineral processing. 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2016, 489–496.
https://doi.org/10.5593/SGEM2016/B12/S03.064
13. Chen, Y., Wei, T., & Gong, T. (2018). Research on optimal layout of cutter-head system of rock tunnel-boring machine based on Archimedes spiral theory. Advances in Mechanical Engineering, 10(2), 168781401875935.
https://doi.org/10.1177/1687814018759352
14. Nehrii, S., Nehrii, T., Volkov, S., Zbykovskyy, Y., & Shvets, I. (2022). Operation complexity as one of the injury factors of coal miners. Mining of Mineral Deposits, 16(2), 95–102.
https://doi.org/10.33271/mining16.02.095
