Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців
The problem of a road-cuttiny machines cutter kinematics has been analyzed. Laboratory tests have shown that the cutter can turn only at the instant it enters into or leuves the medium being broken or in cases of disappearing of or sharp decrease in axial force. Some methods to protect cutter holde...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22705 |
| 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: | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців / В.А. Лукаш, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 529-533. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859626848994983936 |
|---|---|
| author | Лукаш, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. |
| author_facet | Лукаш, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. |
| citation_txt | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців / В.А. Лукаш, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 529-533. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The problem of a road-cuttiny machines cutter kinematics has been analyzed. Laboratory tests have shown that the cutter can turn only at the instant it enters into or leuves the medium being broken or in cases of disappearing of or sharp decrease in axial force. Some methods to protect
cutter holders from rapid wear are proposed.
|
| first_indexed | 2025-11-29T12:33:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
529
Рис. 1. Схема встановлення
дорожнього різця
УДК 656.11:621.791.92
В. А. Лукаш, канд. техн. наук, Л. М. Вировець, О. В. Мельничук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
СТОСОВНО ОБЕРТАЛЬНОСТІ І ЗНОСОСТІЙКОСТІ ДОРОЖНІХ РІЗЦІВ
The problem of a road-cuttiny machines cutter kinematics has been analyzed. Laboratory
tests have shown that the cutter can turn only at the instant it enters into or leuves the medium be-
ing broken or in cases of disappearing of or sharp decrease in axial force. Some methods to protect
cutter holders from rapid wear are proposed.
Дорожні різці, які застосовуються на фрезерно-дорожніх машинах типу Wirtgen, ви-
даються подібними до різців, що обертаються, теорію роботи яких розробляли в Інституті
надтвердих матеріалів наприкінці 60-х років минулого століття [1]. Насправді, дорожні різці
є різновидом тангенціальних різців, що провертаються, завдяки чому до повного зношення
вони працюють практично з незмінною затупленістю і мають майже лінійний контакт з по-
родою по задній поверхні різальної вставки. Головною об'єднуючою ознакою, цих типів різ-
ців є наявність тільки ковзання робочих поверхонь відносно породи і відсутність перекату-
вання цих поверхонь відносно площини різання
при контакті з породою.
Кінематику дорожнього різця вивчали в
ІНМ НАН України на лабораторному стенді,
створеному на базі токарно-карусельного
верстата 1М552 з діаметром планшайби 2000 мм
при різанні блоку пісковику середньої міцності з
Теребовлянського кар'єру (Житомирська обл.) у
формі прямокутника з розмірами у плані 1,20,7
м.
Інструмент встановили у трикомпо-
нентний динамометр, зусилля різання фіксували і
обробляли за допомогою комп'ютера. Різання
здійснювали за схемою напівблокованого по-
вторного зрізу з кроком t = 2–11,2 мм з
безперервною подачею. Глибину різання
встановлювали h = 2–10 мм у різних поєднаннях
для того, щоб утворювались усілякі варіанти
орієнтації зони контакту інструмента з породою.
Схему встановлення дорожнього різця і
сил взаємодії його з породою показано на рис. 1.
Зусилля, що діє на різець, можна подати у
вигляді суми зусиль різання Рz, подачі Рy і
бокового Рx. Рівнодійна R цих сил формує осьову
складову Рос, що утворює розосереджену силу N,
яка створює момент сил тертя Fт:
Fт = N к rтр,
де к – коефіцієнт тертя сталі по сталі, орієнтовно к = 0,15 – 0,20; rтр – радіус усередненого
плеча сили N.
У разі незбігу рівнодіючої з віссю різця в опорі ковзання з'являється реакція розосере-
дженої сили N1, яка формує в опорі гальмівний момент Мг:
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
530
Мг= N1 к ro,
де ro – радіус циліндра опори ковзання, ro ≈ 8 – 10 мм.
Бокова складова зусилля різання Рx створює обертальний момент Моб, що намагається
змінити положення різця відносно його продольної осі:
Моб = Рх r,
де r – плече сили провертання різця, що залежить від форми вставки і режимів різання, r = 3
– 6 мм.
Таким чином, обертальному моменту Моб протидіють момент сили тертя Fт і гальмів-
ний момент Мг:
Моб ≤ Fт + Мт,
або
Рх r ≤ N к rтр + N1 к ro.
Аналізуючи останнє співвідношення, бачимо, що радіус r бокової сили Рх завжди в кі-
лька разів менший від радіусів rтр і ro, вибраних з технологічних і конструктивних міркувань.
Водночас сила Рос, що формує сили тертя на заплечику різця, в усталеному процесі різання
завжди перевищує сили Рх, а у формуванні сили N1 в опорі ковзання бере участь як сила рі-
зання Рz, так і бокова сила Рх. У результаті сума моментів тертя значно перевищує момент
обертання. Виконані на основі вимірювання в процесі експериментів зусиль різання нескла-
дні викладки показали, що момент тертя Fт, разом з гальмівним моментом у кілька разів пе-
ревищують обертальний момент.
Спостереження за положенням різця відносно його продольної осі під час експериме-
нтів підтвердили відсутність обертання інструмента при різанні породи. Але зафіксований
експериментально факт відсутності обертання різця при різанні не означає відсутності його
провертання взагалі. Насправді незначне провертання спостерігалося регулярно і десь через
50–70 обертів планшайби верстата різець робив повний оберт навколо своєї осі. При вхо-
дженні інструмента в контакт з породою і виходженні з нього існує мить, коли зусилля Рх,
що утворює обертальний момент, існує, а зусилля Ру, що утворює момент тертя в опорі, –
відсутнє або незначне. Саме в цей момент різальний інструмент провертається в опорі на
певний кут. Крім того, залежно від глибини h процес різання може починатись і закінчува-
тись для різця станом, коли в контакті з породою перебуває не твердосплавна вставка, а при-
легла до неї частина державки. У цьому разі бокова сила, що діє на різець, має значно більше
плече, а осьова сила Рос значно менша, ніж в усталеному режимі різання, у результаті крут-
ний момент перевищує суму моментів тертя і гальмівного.
Не слід також відкидати можливість провертання дорожніх різців при взаємодії зі
зруйнованою породою в момент, коли вони не в контакті з масивом дорожнього полотна.
У виробничих умовах за рахунок вищої швидкості обертання барабана фрези дорож-
ньої машини різець контактує з асфальтом значно частіше і провертається інтенсивніше і
стабільніше, ніж під час лабораторних досліджень. Це й забезпечує цьому виду різального
інструмента обертового типу умови роботи з практично незмінним затупленням до повного
зношення по висоті (довжині) різця.
У випадку забруднення опори ковзання провертання припиняється і дорожній різець
починає працювати як звичайний стрижневий, у якого до того ж немає заднього кута. При
цьому лінійний контакт по задній поверхні різця швидко переходить у площинний і під
впливом теплових процесів настає катастрофічне зношення інструмента. Зволікання із замі-
ною такого різця призводить навіть до втрати твердосплавної вставки. Наявність хоча б кі-
лькох таких зношених різців погіршує умови роботи сусідніх різців через локальну зміну
схеми різання і утворення збільшених виступів породи на вибої дорожнього полотна, що
призводить до прискореного зношення державок інструмента, і надмірного навантаження на
привод дорожньої фрези. Таким чином, головною умовою ефективного відпрацювання до-
рожніх різців є їх регулярне провертання.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
531
Провідні фірми-розробники дорожніх
різців певний час збільшували ресурс стійкості
свого інструмента за рахунок поліпшення його
конструкції і підвищення зносостійкості твер-
досплавних вставок. Але, як показують дослі-
дження і спостереження [2], прогрес у цьому
технічному напрямі стримується не так якістю
твердого сплаву, як недостатньою зносостійкі-
стю державки дорожнього різця. При фрезеру-
ванні асфальтобетону найбільше зношується
фрагмент державки, розташований безпосере-
дньо за твердосплавною вставкою (рис. 2), що
може призвести до поломки державки або від-
риву вставки, оскільки площа спаю при цьому
зменшується. Питома вага різців з таким ви-
дом амортизації до ходить 30 % загальної маси відпрацьованого інструменту. З огляду на це
проблема підвищення зносостійкості державки доволі актуальна.
У багатьох патентах пропонується зміцнювати дорожній різець шляхом наплавлення
на державку твердого сплаву, встановлення за вставкою твердосплавних кілець, армування
державки окремими штирями зі зносостійкого матеріалу. Також пропонується різець склад-
ної структури з диференційованими шарами в різних перерізах, де одним з шарів є наплавле-
ний гетерогенний сплав твердістю HRCэ 55…57 [3]. Проте ефективність і доцільність усіх
пропонованих технічних рішень потребує доведення у виробничих умовах.
Іншим напрямком вирішення проблеми є використання оптимальної марки і поліп-
шення фізико-механічних властивостей сталі, з якої виготовляється державка, шляхом її від-
повідної термічної обробки. Саме такий напрям вибрала фірма "Betek", використавши висо-
коякісну марганцеву сталь із вмістом вуглецю 0,52–0,58 % і застосувавши гартування голо-
вки різця до твердості HRCэ 56…58. При цьому в небезпечному перерізі – місці переходу
головки різця у хвостовик – створюється менша твердість, яка відповідає мартенситно-
перліт-ній структурі та забезпечує більшу в'язкість і міцність сталі. Застосування цієї сталі та
її відповідної термообробки сприяло значному підвищенню зносостійкості державки і дозво-
лило, по нашим оцінкам, на 20 –30 % зменшити питомі витрати на інструмент.
Дієвим способом підвищення зносостійкості державки інструмента є додаткове осна-
щення її металокерамічним твердим сплавом у вигляді кільця, встановленого безпосередньо
за вставкою. Партію таких експериментальних різців було випробувано у виробничих умо-
вах на дорожній машині типу Bob-сat. Вигляд нових і амортизованого різців, оснащених
твердосплавними кільцями, показано на рис. 3.
Аналіз стану найбільш спрацьованого експериментального різця (рис. 3 б), у якого
знос твердосплавної вставки по висоті становить 7 мм, показує, що після зношування встав-
ки на певну висоту безпосередньо у процес різання вступало і твердосплавне кільце, про що
свідчить зміна на ньому розміру і кута нахилу фаски. На жаль, окремі різці мали поломку
кільця, що, на нашу думку, пояснюється великими остаточними технологічними напругами
після паяння. Застосування кільця у вигляді окремих секторів, як робиться, наприклад, в
твердосплавних опорах ковзання, дозволило б зняти це питання. Знос державки за межами
кільця незначний і можна вважати, що в разі застосування кілець із твердого сплаву пробле-
му підвищення зносостійкості державки було б вирішено радикально.
Рис. 2. Вигляд різців з дуже
зношеною державкою
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
532
а б
Рис. 3. Вигляд різців, оснащених твердосплавними кільцями: а – нових; б – зношених
Проте зі зносом вставки по висоті твердосплавне кільце, яке зруйнованими частками
породи зношується дуже повільно, перестає вписуватись у рельєф вибою і також починає
брати участь у процесі різання, що збільшує площу контакту інструмента з дорожнім полот-
ном і призводить до збільшення навантаження на привод машини. Очевидно, раціональні-
шим було б технічне рішення, яке не просто захищає державку від зношення, а й робить цей
процес керованим, тобто забезпечує пропорційне зношування вставки по висоті та державки
по товщині, що сприятиме повнішому використанню технічного ресурсу вставки. Крім того,
застосування кілець може ускладнити технологію виготовлення дорожніх різців і призвести
до підвищення собівартості їх виготовлення.
З урахуванням викладеного розроблено і виготовлено експериментальні різці двох ти-
пів, в яких зносостійкий матеріал було застосовано не у вигляді цілісного кільця, а дискретно
у вигляді невеликих окремих елементів: твердосплавних штирів діаметром 6 мм або вставок
з полікристалічних алмазів (АКТМ), запаяних у радіально розташовані отвори у сталевих
державках (рис. 4).
а б
Рис. 4. Вигляд експериментальних різців: а – з вставками із полікристалічних алмазів; б – з
твердосплавними штирями
Експериментальний інструмент випробовували у виробничих умовах на машині
Bobсat під час фрезерування різних ділянок дорожнього полотна. Типові зразки зношеного
інструмента показано на рис. 5.
Характер зношення державки, армованої полікристалічними алмазами, свідчить про
те, що зносостійкі вставки з цього інструментального матеріалу значно стримують її знос.
Зношення самих алмазних вставок чи значних виколів на них, як видно на рис. 5 а, практич-
но немає, хоча центральна твердосплавна вставка при загальній висоті 15 мм за час випробу-
вань зносилася на 6,5 мм. На рис. 5 б видно, що зона зношення головки різця складається з
трьох поясів: твердосплавної вставки, поясу державки зі вставками АКТМ і неармованого
поясу, які плавно переходять один в одного. Зношення кожного поясу в напрямку від верши-
ни різця зменшується, що дає змогу інструменту повніше виконувати його функції. Загалом
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
533
форма зношення цього різця має гармонійний характер, що дає можливість якнайефективні-
ше використовувати ресурс інструмента, закладений у нього розробником.
а б в
Рис. 5. Характер зношення експериментальних різців: а, б – із вставками полікристалічних
алмазів; в – із твердосплавними штирями
Ідея оснащення державки твердосплавними вставками (штирями) замість суцільного
кільця, про що вже йшлося, так само виявила свою життєздатність. Як видно з рис.5 в, штирі
значною мірою захистили державку від зносу не лише по діаметру (про що свідчить висту-
паня їх відносно сталі), а й у центральній частині головки різця, яка також зносилася аж до
вставок.
Висновки
Загалом з аналізу великої кількості відпрацьованих різців і випробувань експеримен-
тальних зразків доходимо таких висновків.
1. Головною умовою ефективного відпрацювання і використання повного ресурсу до-
рожніх різців є регулярне їх провертання.
2. Дискретне оснащення державки інструмента зносостійкими матеріалами сприяє зна-
чному підвищенню стійкості дорожніх різців. Для практичного використання цього техніч-
ного рішення необхідно розв'язати ще ряд завдань, таких як підбір дешевшого матеріалу,
визначення розміру вставок, місця їх розташування.
3. Для забезпечення повного використання технічного ресурсу дорожніх різців пробле-
му підвищення зносостійкості державки необхідно вирішувати в комплексі зі стійкістю різа-
льної вставки, її конструктивними параметрами.
Автори висловлюють подяку чл.-кор. НАН України Бондаренку В. П. та чл.-кор. НАН
України Шульженку О. О. за пропозиції і надані матеріали для виготовлення експеримента-
льних зразків інструменту.
Література
1. Линенко Ю. П. К теории работы вращающихся резцов // Сб. ст. "Алмазный и твердо-
сплавный инструмент в горном деле". – К.: "Техника". – 1965. – С. 127–144.
2. Лукаш В. А., Вировець Л. М., Мельничук О. В. Аналіз відпрацювання та шляхи під-
вищення працездатності дорожніх різців // УИЦ "НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛО-
ГИЯ". – 2007. – С. 320–322.
3. Попов С. Н., Антонюк Д. А. Оптимизация срока службы резцов дорожной фрезы на
основе технологий предварительной и восстановительной износостойкой наплавки //
Нові матеріали і технології в металургії та машинобуду-ванні. – 2007. – № 1. – С. 69–
77.
Надійшла 22.06.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22705 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-29T12:33:33Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лукаш, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. 2011-06-27T21:40:40Z 2011-06-27T21:40:40Z 2009 Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців / В.А. Лукаш, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 529-533. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22705 656.11:621.791.92 The problem of a road-cuttiny machines cutter kinematics has been analyzed. Laboratory tests have shown that the cutter can turn only at the instant it enters into or leuves the medium being broken or in cases of disappearing of or sharp decrease in axial force. Some methods to protect cutter holders from rapid wear are proposed. Автори висловлюють подяку чл.-кор. НАН України Бондаренку В. П. та чл.-кор. НАН України Шульженку О. О. за пропозиції і надані матеріали для виготовлення експериментальних зразків інструменту. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців Article published earlier |
| spellingShingle | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців Лукаш, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| title_full | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| title_fullStr | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| title_full_unstemmed | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| title_short | Стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| title_sort | стосовно обертальності і зносостійкості дорожніх різців |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22705 |
| work_keys_str_mv | AT lukašva stosovnoobertalʹnostííznosostíikostídorožníhrízcív AT virovecʹlm stosovnoobertalʹnostííznosostíikostídorožníhrízcív AT melʹničukov stosovnoobertalʹnostííznosostíikostídorožníhrízcív |