Энергоемкость фрезерования мерзлой торфяной залежи как важный фактор проектирования торфяных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тверской государственный технический университет

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

Энергоемкость фрезерования мерзлой торфяной залежи как важный фактор проектирования торфяных машин

А.А. Чугунов, К.С. Крылов

В.Е. Харламов, И.К. Морозихина

Первые работы по изучению торфяной мерзлоты относятся к началу 50-х годов прошлого века. Полученные на их основе результаты определили влияние некоторых свойств торфа на его прочностные характеристики в замороженном состоянии.

Далее в 1972 г. к.т.н. В.Е. Андрюшиным под руководством профессора М.В. Мурашова был проведен ряд экспериментов по изучению процесса фрезерования мерзлой торфяной залежи тарельчатыми ножами. В результате исследований была установлена перспективность переработки криогенного торфа, исходя из качественного анализа фрезерной крошки. Одновременно была обнаружена высокая удельная энергоемкость процесса фрезерования, которая составила (600…1000) 10⁴, Дж/м³. С возможностью снижения удельной энергии тесно связана дальнейшая перспектива использования метода фрезерования мерзлого торфа в качестве способа подготовки торфяной залежи к эксплуатации, а значение удельной энергии фрезерования мерзлого торфа будет, безусловно, определять пригодность параметров техники к выполнению определенных технологический операций.

Энергия фрезерования состоит из двух основных составляющих. Первое слагаемое уравнения (1) представляет собой энергию, необходимую для: преодоления сил упругой деформации торфа, сил трения, возникающих при контакте резца с залежью, сил, возникающих из-за затупления ножа, а также на преодоление сил, возникающих в подрезцовом слое и в зоне упругого полупространства. Второй слагаемый представляет собой кинетическую энергию, сообщаемую срезаемому материалу

А = А_Р + А_М, Дж. (1)

При проведении энергетического расчета фрезерования талой торфяной залежи оба члена уравнения (1) имеют одинаковый порядок. Особенностью энергетики процесса фрезерования мерзлой торфяной залежи является то, что основная доля энергии расходуется на разрушение материала, т.е. примерно 90 % всей энергии ножа расходуется непосредственно на резания породы, а на долю кинетической энергии приходится до 10 % всех энергетических затрат.

Изучение процесса фрезерования мерзлоты с энергетической точки зрения сводится в основном к изучению зависимости удельной энергии резания от факторов, оказывающих на нее непосредственное влияние. Согласно теории резания основными параметрами, характеризующими значение удельной энергии резания А_УД.Р., являются: средняя толщина срезаемой стружки _С, геометрия режущего элемента (угол заточки , угол резания , задний угол ), прочность мерзлого грунта (характеризуется температурой мерзлого торфа t), скорость резания V_P. На основании этого, был проведен ряд экспериментальных исследований на предмет изучения зависимостей:

А_УД.Р. = f (_С), А_УД.Р. = f (t), А_УД.Р. = f (V_P), А_УД.Р. = f (),

результаты, которых в графическом виде ранее опубликованы. На основании данных экспериментального исследования сделаны следующие выводы:

при увеличении средней толщины срезаемой стружки уменьшается удельная энергия резания, это явление находит подтверждение в законе Ритенгера, который гласит, что работа, затраченная на дробление, пропорциональна вновь полученной поверхности материала, при этом особое влияние оказывает изменение средней толщины срезаемой стружки на величину удельной энергии резания при небольших отрицательных значениях температуры торфа t = 0…- 4С;

с понижением температуры увеличивается удельная энергия резания, причиной чего следует считать увеличение прочности торфа из-за перехода гравитационной воды в новое более прочное фазовое состояние, то есть в лед; при этом основное количество льдистой структуры происходит при понижении температуры торфа до -6С, при дальнейшем замораживании также наблюдается увеличение коэффициента резания, но уже менее интенсивное, и связывать это можно только с полным превращением воды в монокристаллы льда и упрочнением самой кристаллической решетки монокристаллов при низких значениях отрицательных температур;

скорость резания оказывает существенное влияние на удельную энергию резания торфа при его замерзании в температурном диапазоне 0…-6С; это объясняется тем, что в данном температурном диапазоне торф обладает увеличенной зоной предразрушения, на образование которой тратится большое количество энергии пропорционально скорости резания; зависимость удельной энергии резания от скорости резания на разных температурных режимах не идентична, потому что с понижением температуры свойства торфа приближаются к свойствам хрупких тел, поэтому затраты на образование зоны предразрушения уменьшаются;

увеличение угла резания ведет к увеличению удельной энергии резания, объясняется это тем, что при резании тупым профилем процесс стружкообразования усложняется формированием отдельных элементов стружки, на что расходуется дополнительная энергия.

Кроме всего выше изложенного, экспериментальные исследования доказали возможность применения фрезерования мерзлого торфа для подготовки его к эксплуатации при применении в качестве режущего элемента проходного ленточного ножа с оптимизированными параметрами: угол заточки 3230', задний угол 6, угол резания 3830'. При этом возможно сплошное фрезерование с использованием стандартного оборудования с экономически целесообразной производительностью.

На стадии проектирования для прочностного расчета новых режущих элементов машин сплошного фрезерования, а также для расчета их мощности необходимо знать удельную энергию фрезерования мерзлого торфа и ее возможное изменение в технологических условиях фрезерования. Для проходного ленточного ножа на разных температурных режимах были определены корреляционные связи и выведены эмпирические формулы зависимости А_УД.Р. = f (_С, t, V_P):

температура залежи находится в диапазоне от 0 до - 4 С

фрезерование торфяной режущий мерзлый

, кДж/м²;

температура залежи находится в диапазоне -4…-10С

, кДж/м²;

температура залежи находится в диапазоне от - 10 до -17,5С

, кДж/м².

Формулы (2)…(4) отражают зависимость удельной энергии фрезерования мерзлого торфа от основных факторов, оказывающих на нее непосредственное влияние.

Библиографический список

1. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение, 1968. 376 c.

2. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1973. 448 c.

3. Гамаюнов Н.И. и др. Определение фазового состава влаги в мерзлом торфе /В.А. Миронов, Д.М. Стотланд. Тверь: ТГТУ, 1995. 86 c.

4. Cамсонов Л.Н., Андрюшин В.Е. Исследование процесса фрезерования мерзлой торфяной залежи. //Торфяная промышленность. 1972. № 9. С. 6.

Размещено на Allbest.ru