Удельное сопротивление резанию горной породы

Пассивным резцом

Цель работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой для определения силы резания при снятии стружки постоянной толщины пассивным резцом.

2. Произвести экспериментальное определение силы резания при различных значениях толщины срезаемого слоя.

3. Определить расчетным путем параметры формулы для определения удельного сопротивления резанию.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка для определения удельного сопротивления резанию горных пород при снятии стружки постоянной толщины смонтирована на тележке грунтового канала. Схема установки представлена на рисунке 2.13.

1 – тележка; 2 – резец; 3 – рычаг резцедержателя; 4 – датчик силы; 5 – механизм установки глубины резания; 6 – параллелограммный механизм;

7 – кронштейн установки резца и датчика силы; 8 – датчик перемещения;

9 – вторичный преобразователь ВП2; 10 – аналогово-цифровой регистратор; 11 – персональный компьютер

Рисунок 2.13 – Принципиальная схема лабораторной установки

При выполнении работы используется комплекс программно-технических средств такой же, как в лабораторных работах № 2 и № 3. Обработка данных производится в среде Exsel.

Основные расчетные зависимости

Для определения силы резания при резании горных пород широко используется формула

, (2.35)

где е_р – удельное сопротивление резанию;

S – площадь поперечного сечения снимаемого слоя.

Удельное сопротивление е_р резанию зависит от большого числа факторов, которые можно разделить на две группы. К первой группе относятся физико-механические свойства породы и в первую очередь – ее прочность. Ко второй группе относят геометрические характеристики режущего инструмента и режимные параметры процесса резания. Установлено, что наибольшее влияние на величину удельного сопротивления резанию оказывает толщина снимаемой стружки. Поэтому для определения его чаще всего пользуются эмпирической формулой

, (2.36)

где h – толщина снимаемого слоя (толщина стружки или глубина резания);

с ₁ – коэффициент, зависящий от прочности породы и других ее свойств;

с ₂ – показатель степени, в большей степени зависящий от геометрии резца и режимов резания.

Из формулы (2.35) следует, что удельное сопротивление e_p резанию имеет размерность напряжения (Н/м²). В более широком смысле величина р может характеризовать удельные затраты энергии на разрушение некоторого объема V породы, а также удельные затраты мощности на обеспечение объемной производительности Q.

Для определения величины е_р необходимо знать силу резания Р_р и площадь S поперечного сечения срезаемого слоя породы. Определение силы резания выполним с учетом совокупности нагрузок, действующих на резец со стороны породы (рисунок 2.14)

 

Рисунок 2.14 – Определение силы резания

Составив уравнение моментов относительно шарнира установки резцедержателя напишем

, (2.37)

где Р _д = K_р·(п – п ₀ ) – сила, регистрируемая датчиком;

Р_п – сила подачи;

Т _в – сила сопротивления волочению материала, накапливаемого перед резцом;

h_p, h _д, h_п, h _в – плечи действия соответствующих сил.

Сила подачи принимается пропорциональной силе резания

Р_п = K_п · Р_р,

где K_п – коэффициент пропорциональности.

Так как при градуировке датчика силы резания учтены плечи действия сил, то показаниям ЦИУ, вводимым в ПЭВМ

,

где Р_K – равнодействующая всех действующих сил на кромку.

С учетом этого сила Р_р резания вычисляется следующим образом:

. (2.38)

Для определения силы сопротивления волочению определим объем волочимой перед резцом породы

, (2.39)

где α – угол наклона свободной поверхности тела волочения (принимается равным углу естественного откоса);

h_р – высота резца;

b – ширина резца.

Тогда сила трения волочимой породы

, (2.40)

где f – коэффициент трения срезанной породы о поверхность естественной породы;

ρ – плотность срезанной породы.

Эта сила мала по сравнению с силой Р _д. Поэтому при определении Р_р ею можно пренебречь и проводить вычисление по упрощенной формуле

. (2.41)

Окончательно значение удельного сопротивления резанию может быть определено выражением

, (2.42)

где b – ширина резца.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить грунтовый канал уплотнив породу при помощи катка, имеющегося на тележке.

2. Собрать комплекс измерительно-программных средств согласно рисунку 2.13.

3. Освободить от породы участок для установки резца.

4. Установить при помощи механизма 5 (см. рисунок 2.13) заданную глубину резания.

5. Включить в сеть измерительный комплекс и приводную станцию с требуемой скоростью движения тележки.

6. После разгона и прохождения тележкой расстояния 0,5–1 м с постоянной скоростью выключить станцию и измерительный комплекс.

7. Проверить и сохранить результаты измерений в памяти ПК.

8. Повторить пункты 4–7 при различной глубине резания.

9. Произвести обработку опытных данных и заполнить таблицу 2.8.

Обработка данных эксперимента производится на ПЭВМ, куда заносятся показания датчиков перемещения и силы.

Так как сила Р_р меняются в процессе движения резца вследствие изменчивости свойств породы. Поэтому наиболее рациональной оценкой математического ожидания усилия P_рс является энергетическая, которая может быть найдена по формуле

, (2.43)

В используемой цифровой системе измерений

, (2.44)

где r – число интервалов, на которые разбивается перемещение l резца.

Если все интервалы равны между собой, то

. (2.45)

Таким образом для определения P _дна графическом отображении результатов каждого эксперимента выбирается некоторый участок изменения Р_р длиной l и на этом участке определяется среднее значение, которое вносится в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 –Результаты измерений и обработки данных

№ п/п	Толщина стружки h, м	Пройденный путь l, м	Усилие Рр, Н	Удельное сопротивление резанию ер, Н/м^2	Примечание
…

Ширина резца b, м;

коэффициент пропорциональности K_n;

плечи действия сил: резания – h_p; на датчике – h _д; подачи – h_n.

После заполнения таблицы определяются коэффициенты с ₁и с ₂формулы 2.35. Для этого в ПЭВМ вводятся значения h, l_p и с помощью «Мастера диаграмм» вычисляются исходные коэффициенты, а также строится график зависимости е_р от h.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................
1. ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ НА ГРУНТОВОМ КАНАЛЕ.........
1.1. Грунтовый канал и универсальная тележка..........
1.2. Технические и программные средства обеспечения лабораторных работ на грунтовом канале...............
1.3. Основные правила по технике безопасности.........
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ.........................
Лабораторная работа № 1. Градуировка средств измерений, используемых при выполнении лабораторных работ..
Лабораторная работа № 2. Напряжения и деформация опорного основания под ходовыми устройствами........
Лабораторная работа № 3. Коэффициент трения между гусеничными траками и опорной поверхностью...........
Лабораторная работа № 4. Коэффициент сопротивления движению колеса по деформируемому основанию.......
Лабораторная работа № 5. Удельное сопротивление резанию горной породы пассивным резцом.................