Введение к работе
Актуальность темы исследований
Разрушение горных пород исполнительными органами проходческих комбайнов сопровождается износом и поломкой режущего инструмента – тангенциальных резцов. При постоянном увеличении объёмов добычи растет и расход режущего инструмента. Создание новых проходческих комбайнов не позволит повысить эффективность работы этих машин, так как затраты на проходку, в частности на тангенциальные резцы, будут расти пропорционально объемам добываемой породы. Удельный расход резцов на проходку и затраты на закупку нового инструмента напрямую зависят от износостойкости режущего инструмента. Как показывает практика эксплуатации тангенциальных резцов российских производителей в шахтах ОАО «Воркутауголь», их ресурс ниже ресурса зарубежных аналогов. Поэтому разработка мероприятий по выявлению причины их низкой стойкости абразивному износу и повышению срока службы тангенциальных поворотных резцов является актуальной задачей.
Исследованиями износостойкости резцов занимались такие специалисты и учёные, как И.А. Леванковский, Л.Б. Глатман, В.Г. Михайлов, М.Г. Крапивин, Е.З Позин, С. Дриш, Я. Хааф, Г. Хурт и другие.
Обширные исследования в области износа резцов проведены в ИГД им. А.А. Скочинского.
На основании научных трудов этих учёных в диссертации исследованы конструкционные материалы для производства резцов и режимы их термической обработки, применение которых приводит к увеличению стойкости режущего инструмента к абразивному износу.
Цель работы. Выявление закономерностей быстрого износа резца и неравномерности распределения твёрдости и структуры стали по длине резца для совершенствования термической обработки в процессе их изготовления, что приводит к увеличению износостойкости тела резца.
Задачи исследований:
1. Анализ процесса износа тангенциальных поворотных резцов и выявление причин их поломок.
2. Определение причины низкой стойкости абразивному износу отечественных тангенциальных резцов.
3. Совершенствование технологии изготовления тангенциальных резцов для повышения их износостойкости.
4. Анализ износоустойчивых конструкционных материалов для изготовления тела резца.
5. Экспериментальная проверка износостойкости металла тела резца после проведения усовершенствованной термической обработки при использовании нового материала для производства резца.
Идея работы. Повышение износостойкости тангенциальных резцов достигается выравниванием твёрдости и структуры стали по длине тела резца, при усовершенствовании термической обработки в процессе его производства.
Научная новизна работы:
1. Установлена зависимость износостойкости стали резца от его термической обработки в процессе производства. Термообработка резца без операции «подстуживание» повышает его износостойкость.
2. Экспериментально подтверждено, что наибольшей износостойкостью из сталей, рекомендуемых в качестве конструкционного материала для производства резцов, обладает марганцовистая сталь.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий в себя анализ причин низкой стойкости абразивному износу тангенциальных резцов, анализ скорости охлаждения зон тела резца при операции «подстуживание» и экспериментальные исследования процесса износа металла резца на лабораторном стенде после различных термических обработок.
Защищаемые положения:
1. Прогнозируемый срок службы тангенциальных поворотных резцов при усовершенствовании термической обработки в процессе их изготовлении увеличивается от 1,6 - для материалов абразивностью выше средней (а =30-45) и до 2,6 раз - для среднеабразивных материалов (а =18-30).
2. Применение марганцовистой стали для производства резцов повышает их прогнозируемую износостойкость до 1,5 раз для среднеабразивных материалов (а =18-30) по сравнению с используемой сталью 35ХГСА.
Практическое значение работы:
1. Обоснована возможность повышения износостойкости тангенциальных резцов совершенствованием термической обработки при их изготовлении.
2. Проведены экспериментальные и теоретические исследования процесса изнашивания об абразив металлических образцов из тела резца.
3. Разработан и изготовлен лабораторный стенд, позволяющий исследовать процесс изнашивания металлических образцов, изготовленных из тела резца.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается результатами экспериментов по абразивному износу металлических образцов, изготовленных из резцов, исследованиями структуры тела резца и их удовлетворительной сходимостью с теоретическими расчётами.
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.05.06 – «Горные машины».
Личный вклад автора. Проведён анализ основных причин быстрого износа тангенциальных резцов, сконструирован экспериментальный стенд по изучению процесса износа об абразив образцов, изготовленных из тела резца, проведены эксперименты по износу металлических образцов из резцов, прошедших различную термообработку, обоснована эффективность применения усовершенствованной термической обработки резцов при их производстве по сравнению с типовой термообработкой.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: XIV международной научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов» (Санкт-Петербург, СПГУПТ, 2009), III международной конференции по проблемам рационального природопользования (Тула, ТГПУ 2010), VIII международной научно-практической конференции "Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения" (Воркута, СПГГУ 2010), I международной научно-практической конференции «Развитие технологий от идеи до производства» (Днепропетровск 2010), IX международной научно-практической конференции "Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения" (Воркута, СПГГУ 2011), XVI международной научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов» (Санкт-Петербург, СПГУПТ, 2011), «Проблемы окружающей среды, а также экономические и организационные требования при использовании природных ресурсов в горных комплексах России и Германии» (Фрайберг, Германия, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в научных изданиях, рецензируемых ВАК Минобрнауки России.
Реализация результатов работы. Предложенный усовершенствованный способ термической обработки резцов внедряется на заводе-изготовителе породораздушающего инструмента ОАО «Копейский машиностроительный завод».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 128 страниц, содержит 11 таблиц, 42 рисунка, а также список литературы из 82 наименований.
