Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой
In this article the design of cutters with rotating cutting bit (self-rotating cutters), their distinctive exploitation features, wear resistant characteristics, the distinction from common mining cutting instrument, and the conditions ensuring self-rotation are considered. The original constructive...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137949 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой / Ю.П. Линенко-Мельников // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 97-103. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860030707501367296 |
|---|---|
| author | Линенко-Мельников, Ю.П. |
| author_facet | Линенко-Мельников, Ю.П. |
| citation_txt | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой / Ю.П. Линенко-Мельников // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 97-103. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | In this article the design of cutters with rotating cutting bit (self-rotating cutters), their distinctive exploitation features, wear resistant characteristics, the distinction from common mining cutting instrument, and the conditions ensuring self-rotation are considered. The original constructive decisions, which allow increasing the effectiveness of the cutters exploitation in different areas, are offered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:52:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
97
УДК 622. 24. 05
Ю.П. Линенко-Мельников, канд. техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
РЕЗЦОВ С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ
In this article the design of cutters with rotating cutting bit (self-rotating cutters), their dis-
tinctive exploitation features, wear resistant characteristics, the distinction from common mining
cutting instrument, and the conditions ensuring self-rotation are considered. The original construc-
tive decisions, which allow increasing the effectiveness of the cutters exploitation in different areas,
are offered.
Разновидностью режущего инструмента является резец с вращающейся режущей
кромкою или самовращающийся резец.
Этот инструмент используют тогда, когда обычные стерж-
невые резцы не обеспечивают достаточной стойкости, например,
при обработке жаропрочных, высоколегированных и трудно об-
рабатываемых сталей в машиностроении [1]. Особенно это отно-
сится к горнорежущему инструменту, так как породы – прочный
и абразивный материал.
Известны резцы с принудительным вращением режущей
кромки, (например А.М. Ронина и А.И. Каширина [2]) и резцы, у
которых режущая кромка вращается под действием сил, возни-
кающих в зоне резания – СВР. Последние проще конструктивно и
удобнее в эксплуатации, поэтому рассмотрим их подробнее.
Хорошие результаты были достигнуты в 60 – 70-е годы
прошлого века при разработке СВР для проходческих комбайнов
и тоннельных машин. Работы были выполнены в ИСМ НАН Ук-
раины под руководством Ю.П. Линенко-Мельникова (рис. 1) [3].
Стойкость СВР диа-
метром 200 мм с
мощными твердо-
сплавными опорами,
состоящими из легко-
заменяемых твердо-
сплавных резцов, бы-
ла в десятки раз выше по сравнению с обычным
горнорежущим инструментом. Это обеспечивало
длительную непрерывную работу проходческого
комбайна без остановки для замены изношенного
инструмента [4; 5].
Об этом свидетельствуют зависимости
среднего линейного износа по задней грани смен-
ных резцов, установленных на корпусе СВР при
его вращении – (1 и при искусственном стопоре-
нии – (2 на рис. 2)от объема разрушенной породы
при резании песчаника с коэффициентом крепо-
сти f=8 и абразивностью а=37 мг.
Рис. 1. Общий вид СВР
для проходческих ком-
байнов с твердосплав-
ной опорой вращения и
набором быстросмен-
ных твердосплавных
ножей
Рис.2. Зависимости линейного изно-
са по задней грани сменных резцов
от объема разрушенного песчаника
при его вращении (1) и на застопо-
ренном СВР (2).
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
98
Отношение интенсивности износа приведенных кривых равно 10, что свидетельствует
о существенном повышении износостойкости СВР. Такая высокая стойкость достигается не
только за счет того, что длина режущей кромки СВР существенно превышает длину ее уча-
стка, контактирующего с породой, но и потому, что на этом инструменте благодаря его са-
мовращению в зоне контакта не возникает высоких температур [6], на задней грани не обра-
зуются плоские площадки износа, затупленные поверхности имеют скругленную форму.
Самовращающиеся резцы с консольным креплением на опоре [7] применяются на
планетарном исполнительном органе (рис. 3) проходческого комбайна 2ПП (рис. 4) [8] кон-
струкции Гипроуглемаша (г. Кривой Рог). Испытания комбайна проводили на руднике «Их-
твиси–Новый» треста Чиатурмарганец, где впервые вместо буровзрывного метода примени-
ли комбайновую добычу руды. Эти испытания подтвердили перспективность применения
СВР диаметром 150 мм со сменными твердосплавными ножами для разрушения абразивных
горных пород средней и выше средней крепости.
Рис. 3. Общий вид планетарного исполни-
тельного органа проходческого комбайна
2ПП с консольным креплением СВР, осна-
щенных твердосплавными резцами
Рис. 4. Общий вид проходческого комбайна
2ПП конструкции Гипрорудмаша,
оснащенного СВР, на испытательном
полигоне
Интересные результаты были получены при испытании СВР во время резания грани-
та. Испытания проводили при обработке ка-
ландровых валов диаметром 1,2 м и длиной 6
м бумагоделательных машин [9]. Резание
осуществлялось на вращающемся и застопо-
ренном СВР при установке оси резца под
углом 45 º, глубине резания 4 мм, подаче 8
мм/об и скорости резания 16,8 м/мин. Ре-
зультаты испытаний показаны на рис. 5, из
которого следует, что интенсивность износа
СВР по сравнению с застопоренным резцом
меньше в 44 раза для прямолинейного участ-
ка 1 и в 158 раз – для участка 2. Такое сни-
жение интенсивности износа объясняется не
только большим «запасом» длины режущей
кромки, равным отношению длины окруж-
ности сплошной режущей кромки к ее части,
находящейся в зоне резания, которая в рассматриваемом случае составила 20 м. Снижению
интенсивности износа способствовали также уменьшение длины пути трения, увеличение
градиента температур в зоне резания [6] и получение профиля износа с большей кривизной
[10].
Рис 5. Зависимости линейного износа СВР
по задней грани от длины пути резания
гранита с застопоренным резцом (1) и при
его самовращении (2).
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
99
Из приведенных данных следует, что показатели стойкости СВР по сравнению с
обычным режущим инструментом повышаются с увеличением абразивных и прочностных
свойств разрушаемого материала.
Наиболее эффективными являются СВР с большим диаметром режущей кромки – 150
– 250 мм, так как в этом случае вращающие усилия приложены к большему диаметру, чем
тормозящие в опоре вращения.
Обязательным условием эффективной работы СВР является обеспечение их надёжно-
го вращения. Для объяснения механизма самовращения рассмотрим силы и скорости, дейст-
вующие и возникающие на режущей кромке СВР в зоне контакта с породой (рис. 6) [11].
При установлении оси СВР под некоторым углом λ к направлению движения возника-
ет вращение его режущей кромки. На поверхности резца контактирующей с породой дейст-
вуют: результирующие давления породы на грани заднюю Nз (рис. 6, а) и переднюю Nп (рис.
6, в). В подшипнике возникает тормозящий момент Мт, который может выражаться через
приведенную к режущей кромке силу Рт (рис. 6, г), направленную в сторону, противополож-
ную вращению резца. При работе СВР каждая точка на режущей кромке участвует в двух
движениях – переносном (поступательном) и относительном (вращательное). Вектор факти-
ческой скорости движения фV
(рис.6, г) построенный на векторах
скорости резания pV и окружной
скорости оV , определяет фактиче-
ское направление перемещения то-
чек режущей кромки относительно
породы. Сила трения Fз, возникаю-
щая на задней грани, будет направ-
лена в сторону противоположную
вектору фV . На застопоренном кор-
пусе резца сила трения будет на-
правлена по оси Z и её проекция на
переднюю грань будет максималь-
ной Роmaх. В действительности в
зависимости от типа и состояния
подшипников тормозной момент и
соответствующая ему приведенная
сила Рт могут различаться. При их
увеличении снижается окружная
скорость оV , увеличивается угол
между осью резца и направлением
вектора фV , т. е. изменяется на-
правление действия силы трения Fз
и соответственно увеличивается её
составляющая Ро (рис.6, г). Таким
образом, автоматически происхо-
дит уравновешивание тормозного момента в опоре, при этом сила Fз может менять своё на-
правление в пределах угла λ [11].
Силы трения действуют по задней и передней граням резца, но в связи с тем, что кон-
такт с породой передней грани происходит периодически (перед очередным сколом породы),
а задняя грань практически всегда в контактирует с породой, вращение СВР обеспечивается
в основном составляющими сил трения на задней грани инструмента [12].
Рис. 6. Схемы сил и скоростей, действующих
и возникающих на режущей кромке СВР в зоне кон-
такта с породой
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
100
Так как резец при устойчивом вращении находится в состоянии равновесия, момент
Мвр от действия внешних сил, вызывающих вращение резца, равен моменту Мт, от сил тре-
ния в опоре (рис. 6):
Мвр = Мт ;
где Мвр = Ро R; Мт = Рт R; R – радиус СВР
В свою очередь
min1ЗT sinP N
где 1 – коэффициент трения на задней грани СВР.
Отсюда получаем, что минимальный угол поворота
1З
T
min
P
sin
N
Некоторые исследователи [13; 14] ошибочно считают, что крутящий момент, обеспе-
чивающий вращение резца относительно его оси, формируют составляющие усилия резания.
Усилия резания и подачи действуют перпендикулярно к поверхности режущей кромки, и
поэтому не могут участвовать во вращении резца. Как было показано, вращение обеспечива-
ет в основном составляющая силы трения на задней грани СВР. Чем больше радиус прило-
жения этой силы и меньше сопротивление в опоре, тем стабильнее процесс самовращения.
Практически на СВР рассмотренных конструкций самовращение начинается при угле
поворота их оси относительно направления переносного движения равном 4 º. При угле, рав-
ном 10 – 15 º, наблюдаются стабильное самовращение, равномерный износ и высокая стой-
кость инструмента.
В связи с тем, что в настоящее время в Украине мощные проходческие и добычные
комбайны, на которых могут применяться СВР диаметром 150 – 200 мм, не изготовляются,
этот тип уникального инструмента сохранился в виде пальчиковых СВР на очистных ком-
байнах диаметром 1400 мм и проходческих комбайнах типа 4ПП2, предназначенных для ра-
боты по углю с просечкой породы средней крепости. Схема такого резца типа РГ501 показа-
на на рис. 7. Резцы аналогичного типа широко применяются на машинах барабанно-
фрезерного типа для снятия асфальтобетонных покрытий при ремонте дорог. В Киеве ис-
пользуют машины фирм «Wirtgen» и «Bobkett» производства Германии [13].
Рис. 7. Схема резца типа РГ501 для комбайнов очистных диаметром 1400 мм и про-
ходческих 4ПП2 для работы по углю с просечкой пород средней крепости
Ранее пальчиковые СВР с центральной конусообразной твердосплавной вставкой по-
ставляли из Германии. С 2005 года их производство освоено в ИСМ НАН Украины (рис. 8).
По качеству они не уступают зарубежным. Недостаток этого инструмента, состоит в том, что
коническая твердосплавная вставка в контакте с породой образует большую поверхность и
соответственно усилия подачи Ру и резания Рz, под действием которых происходит отрыв
твердосплавной вставки или разрушение корпуса инструмента.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
101
Рис. 8. Общий вид дорожного резца СВР в сборе, изготовляемого в ИСМ НАН Украины
Еще один недостаток этого инструмента состоит в том, что радиус приложения со-
ставляющих усилия трения образуемый крутящим моментом Мо, на задней грани резца зна-
чительно меньше (в 8-10 раз) радиуса цилиндрической части опоры или кольцевой проточке
для восприятия осевого усилия. В результате момент сопротивления всегда больше вра-
щающего момента, особенно при наличии в опоре абразивной пыли. Тем не менее, самовра-
щение все же осуществляется, но не непрерывное, а прерывистое вследствие того, что реза-
ние является высокодинамичным процессом и после очередного скола породы усилия на
резце резко снижаются, а составляющие силы трения на задней грани, обеспечивающие вра-
щательный момент, сохраняются и происходит очередной поворот СВР (Рис.9, б). Когда во
время стопорения на рабочей поверхности инструмента образуется плоская лыска, резец
провернуться, не может, твердосплавная вставка отрывается, вследствие чего происходит и
резкий износ корпуса резца (рис. 9, в) [13].
а б в
Рис. 9. Общий вид дорожных резцов СВР в сборе: а – после изготовления; б – при экс-
плуатации с вращением, в –изношенного в результате отсутствия вращения
Конструкцию такого резца можно существенно улучшить, если вставку с конической
рабочей частью заменить на вставку с плоским торцом (рис. 10). Тогда уменьшится поверх-
ность контакта с породой и увеличится радиус приложения крутящего момента (R2 > R1 на
рис. 10). Такой инструмент можно периодически затачивать, сошлифовывая плоскую торце-
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
102
вую поверхность. При этом необходимо изменить расположение оси резца относительно об-
рабатываемой поверхности так, чтобы задняя грань стала передней и наоборот. В связи с
тем, что усилия резания и подачи поменяются местами большую опорную поверхность под
головкой резца нужно заменить на шариковую опору на торце хвостовика корпуса (рис. 10,
б). Такая конструкция инструмента позволит уменьшить усилия резания (особенно осевое Ру)
и сопротивление вращению в опоре, тем более, что шариковой опоре можно обеспечить ра-
боту со смазкой.
а б
Рис. 10. Применяемый (а) и предложенный (б) пальчиковые СВР с твердосплавной
вставкой, имеющей плоский торец, и с измененным расположением его оси относительно
разрушаемой поверхности породы и с шаровой опорой на торце хвостовика
Таким образом, рассмотренные особенности работы СВР, их отличие от обычных
резцов, усилия, действующие в зоне контакта, их ориентация относительно обрабатываемой
породы и условия, обеспечивающие стабильное самовращение, позволили создать надежный
инструмент со сменными твердосплавными резцами для мощных проходческих комбайнов и
разработать предложения по совершенствованию пальчиковых СВР для комбайнов по углю
и машин для ремонта дорожных покрытий.
Литература
1. Гранин Ю.Ф. Экспериментальные исследования стойкости круглых самовращающих-
ся резцов при точении трудных материалов// Обрабатываемость жаропрочных и тита-
новых сплавов. – Куйбышев.Изд-во КАИ. – 1962. – С. 5-8.
2. Каширин А.И., Ронин А.М. Резание металлов принудительно вращающимся резцом
системы А.М. Ронина и А.И. Каширина//Известия АН СССР. ОНТ. – 1940. – № 7. – С.
19- 22.
3. 3.А. с. № 562648. Самовращающийся резец для резания горных пород. / Ю.П. Линен-
ко-Мельников и др. – Опубл. 25.06.77. Бюл. №23.
4. Линенко Ю.П. Исследование работы вращающихся резцов для резания горных по-
род// Разрушение горных пород механическим способом. – М.: Наука. – 1966. – С. 202
– 207.
5. Ю.П. Линенко- Мельников и др. Испытания вращающихся резцов на проходческом
комбайне ШБМ – 2. //Уголь Украины. – 1966. – № 2. – С. 30-33.
6. Череасов Н.Е., Шляпин К.Б., Мотовилов Э.А. Температурный режим работы пород-
ных воащающихся резцов//Горные машины и автоматика.– 1964. – № 47. – с. 23 – 25.
7. А. с. № 221621. Вращающийся резец./ Ю.П. Линенко-Мельников, Л. Н. Вировец. Не
подлежит опубл.
8. Производственные испытания проходческого комбайна 2ПП, оснащенного самовра-
щающимися резцами/ Ю.П. Линенко-Мельников и др.// Уголь Украины. – 1969. – №
5. – С. 35 – 36.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
103
9. Линенко Ю.П., Дубский Г.С., Полупан Б.Н. Исследование твёрдосплавного инстру-
мента для обработки гранитных валов бумагоделательных машин//Сб. Лесная, бу-
мажная и деревообрабатывающая промышленность; – К.: Техника, 1966. – № 4. – С.
30 – 33.
10. Шляпин К.Б., Мотовилов Э.А., Линенко Ю.П. Резцы для механизированной разробот-
ки абразивных горных пород//Транспортное строительство, № 12. – 1962. – С. 31 –
34.
11. Линенко Ю. П. К теории работы вращающихся резцов// Сб. Алмазный и твёрдосплав-
ный инструмент в горном деле; – К.: Техника. – 1965. – С. 127 – 145.
12. Линенко Ю.П., Яковенко Э.Д. Исследование сил трения на вращающемся резце//Сб.
Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Новосибирск: Нау-
ка. – 1966. – № 3. – С.17 -20.
13. Вировец Л.Н., Лукаш В.А., Майстренко А.Л., Мельничук А.В., Свешников И. А. Оте-
чественные резцы для дорожно-фрезерных машин // Інструментальний свiт. – 2005. –
№ 2 (26) – С. 25 – 27.
14. А.Л. Майстренко, А.В. Дудка, В.М. Колоднiцкий, А.В. Лукаш, Л.М. Вировец Забезпе-
чення високої міцності різців з твердосплавними вставками на основі комп’ютерного
моделювання індукційного паяння // Породоразрушающий и металлообрабатываю-
щий інструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб н. тр. – К:
Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля, ИЦП Алкон НАН Украины. – 2006. – С. 333 – 337.
Поступила 07.07.08
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:52:11Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Линенко-Мельников, Ю.П. 2018-06-17T19:30:47Z 2018-06-17T19:30:47Z 2008 Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой / Ю.П. Линенко-Мельников // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 97-103. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137949 622. 24. 05 In this article the design of cutters with rotating cutting bit (self-rotating cutters), their distinctive exploitation features, wear resistant characteristics, the distinction from common mining cutting instrument, and the conditions ensuring self-rotation are considered. The original constructive decisions, which allow increasing the effectiveness of the cutters exploitation in different areas, are offered. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой Линенко-Мельников, Ю.П. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| title_full | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| title_fullStr | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| title_full_unstemmed | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| title_short | Особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| title_sort | особенности работы и эффективность применения резцов с вращающейся режущей кромкой |
| topic | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137949 |
| work_keys_str_mv | AT linenkomelʹnikovûp osobennostirabotyiéffektivnostʹprimeneniârezcovsvraŝaûŝeisârežuŝeikromkoi |