اصلاح مدل نظری برش‌پذیری سنگ برای دیسک Vشکل با درنظرگرفتن شعاع لبه تیغه

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی استخراج معدن، دانشگاه تربیت مدرس

2 هیأت علمی/دانشگاه تربیت مدرس

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی

چکیده

برش‌‌پذیری سنگ همواره به‌عنوان یکی از پارامتر‌های تأثیرگذار در انتخاب و طراحی ابزار برش و پیش‌بینی عملکرد ماشین‌های حفار مکانیکی شناخته‌شده است. روش‌های میدانی، آزمایشگاهی و نظری ازجمله روش‌هایی هستند که در تعیین برش‌‌پذیری سنگ کاربرد دارند. در این تحقیق، مدل نظری برآورد نیروهای برش سنگ با دیسک‌های Vشکل با لحاظ کردن شعاع لبه تیغه اصلاح شد. به‌منظور اعتبارسنجی مدل پیشنهادی از داده‌های واقعی آزمون برش خطی بزرگ‌مقیاس سنگ ارائه‌شده در تحقیق بالجی و توماچ (2012) و آزمون t در سطح اطمینان 99% استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر برآورد شده نیروهای برش با مقادیر واقعی همبستگی قوی دارد و با توجه به بزرگی مقدار P از 01/0=α هردو روش به‌طور متوسط مقادیر یکسانی را اندازه‌گیری می‌کنند. برای بررسی اثر شعاع لبه تیغه‌های دیسکی بر نیروهای برش، از مدل پیشنهادی استفاده شد. نتایج نشان داد که به ازای زاویه ثابت لبه، افزایش شعاع لبه سبب افزایش نسبت نیروهای برش تیغه‌های کُند به تیز می‌شود. همچنین با افزایش عمق نفوذ، تأثیر شعاع لبه تیغه‌های دیسکی بر نیروهای برش کاهش یافت و نزدیک به نیروهای برش تیغه‌های تیز شد. از سوی دیگر افزایش زاویه لبه موجب افزایش غیرخطی نیروهای برش تیغه‌های دیسکی کُند به ازای عمق نفوذ ثابت شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modification of a Rock Cuttability Theoretical Model for V-Shape Disc Cutter Considering the Edge Radius

نویسندگان [English]

  • Mohammad Izadshenas 1
  • Jafar Khademi Hamidi 2
  • Hadi Sabouri 3
1 Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, Tarbiat Modares University
2 Assistant Professor/Tarbiat Modares University
3 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Kharazmi University
چکیده [English]

Rock cuttability always has been recognized as one of the most effective parameters in selection and design of cutting tools and prediction performance of mechanical excavator machines. Field, experimental and theoretical methods have been applied into determination of rock cuttability. In this study, the theoretical model of rock cutting forces estimation presented for V-shape disc cutters was modified taking into account the influence of cutter edge radius. In order to validate the proposed model, full-scale rock cutting test data presented by Balci and Tumac (2012) and t-test with 99% interval confidence have been implemented. The results showed that there is a strong correlation between estimated rock cutting forces and real data, and since the p-value is more than α=0.01, both methods have the same values on average. To study the effect of edge radius of V-shape disc cutters, the proposed model was used. The results showed that for a constant edge angle, increasing edge radius increases cutting forces of blunt disc cutter more than those of sharp disc cutter. Also, with increase in penetration depth, the effect of edge radius on cutting forces diminishes in such a way that the cutting forces approach those of sharp disc cutter. In other hands, increasing edge angle caused a non-linear increase in blunt disc cutter cutting forces for a constant penetration depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Linear rock cutting test
  • Theoretical cuttability model
  • V-Shape disc cutter
  • Edge radius

منابع

  1. Balci C, Bilgin N. Correlative study of linear small and full-scale rock cutting tests to select mechanized excavation machines. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2007;44(3):468-76.
  2. Roby J, Sandell T, Kocab J, Lindbergh L, editors. The current state of disc cutter design and development directions. Proceeding of 2008 North American Tunneling Conference, SME C; 2008: Citeseer.
  3. Rad PF, editor Bluntness and wear of rolling disk cutters. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts; 1975: Elsevier.
  4. Bilgin N. Investigations into the mechanical cutting characteristics of some medium and high strength rocks. 1977.
  5. Rostami J. Development of a force estimation model for rock fragmentation with disc cutters through theoretical modeling and physical measurement of crushed zone pressure: Colorado School of Mines Golden; 1997.
  6. Howarth F. Some fundamental aspects of the use of disc cutters in hard-rock excavation. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 1982;82(11):309-15.
  7. Sanio H, editor Prediction of the performance of disc cutters in anisotropic rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts; 1985: Elsevier.
  8. Bilgin N, Balci C, Tumac D, Feridunoglu C, Copur H, editors. Development of a portable rock cutting rig for rock cuttability determination. European rock mechanics symposium EUROCK; 2010.
  9. Tumac D, Balci C, Bilgin N, Copur H, editors. Comparison of Cutting Forces for V-Type Disc Cutter and Performance Prediction of TBM Using Portable Linear Rock Cutting Machine (PLCM). ISRM Regional Symposium-7th Asian Rock Mechanics Symposium; 2012: International Society for Rock Mechanics.
  10. Balci C, Tumac D. Investigation into the effects of different rocks on rock cuttability by a V-type disc cutter. Tunnelling and Underground Space Technology. 2012;30:183-93.
  11. Entacher M, Winter G, Bumberger T, Decker K, Godor I, Galler R. Cutter force measurement on tunnel boring machines–System design. Tunnelling and Underground Space Technology. 2012;31:97-106.
  12. Entacher M, Lorenz S, Galler R. Tunnel boring machine performance prediction with scaled rock cutting tests. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014;70:450-9.
  13. Entacher M, Schuller E. Angular dependence of rock cutting forces due to foliation. Tunnelling and Underground Space Technology. 2018;71:215-22.
  14. Log S, Smading S, Mosavat K. Recent cutter technology advances to efficiently bore through extremely challenging conditions in hard rock. White Papers of The Robbins Company. 2018.
  15. Bilgin N, Copur H, Balci C. Mechanical excavation in mining and civil industries: CRC Press; 2013.
  16. Smading S, editor Large-Diameter 20-Inch Disc Cutters-A Comparison of Tool Life and Performance on Hard Rock TBMs. The Rapid Excavation & Tunneling Conference (RETC); 2017; San Diego, USA.
  17. Cho J-W, Jeon S, Yu S-H, Chang S-H. Optimum spacing of TBM disc cutters: A numerical simulation using the three-dimensional dynamic fracturing method. Tunnelling and Underground Space Technology. 2010;25(3):230-44.
  18. Roxborough FF, Phillips HR, editors. Rock excavation by disc cutter. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts; 1975: Elsevier.