Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние силового режима и глубины пропила на обрабатываемость природного камня алмазно-дисковым инструментом

Для экспериментального определения энергосиловых характеристик процесса пиления был спроектирован, изготовлен и смонтирован испытательный стенд, включающий в себя следующие основные узлы и элементы:

§ металлическая рама сварной конструкции;

§ стол с направляющими для направленного перемещения тележки и регулируемой высотой относительно рамы;

§ тележка с направляющими и упором в задней части;

§ зажимы для фиксирования образцов распиливаемой породы к тележке;

§ комплект металлических шаров, уложенных в направляющие стола;

§ набор грузов для создания фиксированного усилия подачи;

§ набор блоков для увеличения регулировки высоты свободного провисания груза;

§ металлический трос, футерованный полимером и соединенный одним концом с тележкой, а другим с подвешиваемым грузом;

§ асинхронный двигатель с фазным ротором MTF 111-6 мощностью 3,5 кВт и частотой вращения поля 750 об/мин;

§ комплект сопротивлений, включенный в цепь ротора для регулировки скорости двигателя;

§ ременная передача для повышения скорости на валу дисковой пилы;

§ быстроходный вал с посаженной на один из его концов алмазной дисковой пилой при помощи фланцевого зажима, а к другому концу подсоединенным тахогенератором ТМГ-30;

§ блок выпрямления напряжения для питания обмотки возбуждения тахогенератора;

§ электронный универсальный прибор DT-890В для фиксации скорости вращения алмазного диска, подключенный к тахогенератору;

§ ваттметр самопишущий Н 348, подключенный к двигателю через трансформаторы тока УТТ-5 и трансформатор напряжения НТС 0,5;

§ система охлаждения рабочего инструмента путем самотека воды, состоящая из резервуара, задвижки, шлангов и двух сопел.

Стенд позволял варьировать следующие параметры процесса распиловки:

§ контактное давление инструмента на породу у_n=0-17 МПа;

§ глубину пропила h=0-90 мм;

§ частоту вращения выходного вала n=1750-3950 об/мин.

Для распиливания образцов природного камня применялся алмазный дисковый инструмент со сплошной режущей кромкой следующих типоразмеров 1A1R 400Ч2.4Ч7Ч32 Marble Max. 35 m/s - 1670RPM (АОК 400) и 1A1R 230Ч1.5Ч7Ч32 Marble Max. 35 m/s - 1670RPM (АОК 230).

Для подъема стола и точной фиксации глубины пропила использовался гидравлический домкрат.

Движение тележки осуществлялось по стальным шарикам, уложенным на напраляющие и смазанным синтетическим маслом для снижения сил трения качения. Было установлено, что для преодоления сил трения качения необходимо приложить усилие не более 75 г (0,75 Н), что является достаточно малой величиной и в дальнейших расчетах не учитывалось.

Порядок проведения эксперимента состоял из следующих этапов:

1) образец природного камня жестко закреплялся на тележке при помощи зажимов;

2) подъемом стола задавалась глубина пропила;

3) введением сопротивлений в цепь ротора изменялась скорость вращения дисковой пилы;

4) производилось подключение питания к электроприборам: ваттметр самопишущий, блок питания возбуждения тахогенератора;

5) производился пуск двигателя;

6) осуществлялась подача охлаждающей жидкости в зону резания;

7) подвешивались грузы, и тележка медленно подводилась к вращающемуся алмазному диску;

8) по окончании процесса резания тележка останавливалась при помощи ограничителей;

9) отключался от питания двигатель, отсоединялись от сети вспомогательные электроприборы; перекрывался поток охлаждающей жидкости.

10) фиксировались показания ваттметра и определялись параметры пропила на камне при помощи штангенциркуля.

Испытуемые образцы представляли собой горные породы Уральского региона, используемые в качестве облицовочного материала: мраморы месторождений Редутовское, Рыскужинское, гранит месторождения Мансуровское, габбро-норит месторождения Шрау-Тау, долерит Северо- Бускульского месторождения.

Целью данных исследований являлось установление экспериментальным путем зависимости обрабатываемости природного камня от силового режима и глубины пропила при постоянном скоростном режиме.

Суть экспериментов заключалась в установлении зависимостей А_УД=f(у_n, h) и µ_Р=f(у_n, h) и сопоставлении полученных результатов с характеристикой применяемого инструмента и физико-механическими свойствами распиливаемого камня.

Обрабатываемость природного камня определялась на основе энергетической теории поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом [1] по формуле:

,

гдеµ_Р^П - коэффициент разрушения породы; Э_П - энергоемкость материала породы, Дж/м³; µ_Р - коэффициент распиловки (шлифовки); А_УД - удельная работа поверхностного разрушения Дж/м³.

Поэтому если будут установлены экспериментальные зависимости вида А_УД=f(у_n, h) и µ_Р=f(у_n, h), то поставленная цель в данной работе будет достигнута (где у_п - удельное давление дискового инструмента на породу, МПа; h - глубина пропила, м).

Удельная работа поверхностного разрушения горной породы - это интегральный показатель, зависимый от выбранных режимных параметров (силового и скоростного) и определяемый по соотношению показателей мощности (N), идущей на процесс разрушения, и технической производительности оборудования (П):

,

гдеb - ширина щели пропила, м.

При постепенном увеличении силового режима воздействия инструмента на горную породу вначале наблюдается прямо пропорциональный рост мощности разрушения и производительности оборудования. Данная тенденция объяснима увеличением количества алмазных зерен инструмента, участвующих в процессе разрушения породы и повышением глубины их внедрения за счет роста нормальной силы, приходящейся на единицу площади контакта инструмента с породой. Однако при этом происходит постепенное сближение поверхностей матрицы режущей поверхности инструмента и породы (снижение межконтактного зазора). Продукты разрушения, заполняя свободное пространство, снижают темпы роста производительности, приближая ее значение к некоторой постоянной величине, которая будет определять максимальную производительность разрушения данной породы применяемым инструментом. Вместе с тем увеличивающийся объем продуктов разрушения (шлама) вызывает возрастание темпа роста мощности разрушения вследствие увеличения усилий трения шлама об рабочую поверхность инструмента и ненарушенную поверхность забоя породы. Вышеприведенные процессы формируют параболическую форму кривой зависимости А_УД=f(у_n) при данной скорости перемещения инструмента относительно породы (V_P=const) с явно выраженным минимумом, соответствующим оптимальным условиям работы процесса поверхностного разрушения.

Коэффициент распиловки µ_Р определяется в зависимости от исследуемых режимов и условий поверхностного разрушения согласно зависимости [2]:

,

гдеР_РАС=N_P/V_P - сила распиловки, Н; N_P=N-N_XX - мощность распиловки, определяемая разностью между полной мощностью и мощностью холостого хода, Вт; S_КФ=k_П·k_h·h·b - фактическая площадь контакта инструмента с породой, м².

Согласно вышеприведенной формуле коэффициент распиловки будет определяться соотношением мощности распиловки N_P и нормального контактного давления у_n.

Результаты экспериментов в графическом виде приведены на рис. 1-4.

На рис. 1 и 2 приведены зависимости удельной работы поверхносного разрушения от контактного давления инструмента на обрабатываемую породу. Согласно полученным кривым видно, что для каждого вида обрабатываемой породы и применяемого алмазного дискового инструмента существуют режимные параметры, при которых удельные энергозатраты, а следовательно, и ресурсозатраты являются минимальными, соответствующими алмазосберегающим технологиям поверхностного разрушения природного камня алмазно-абразивным инструментом. Для пород средней крепости (мраморы, мраморизованные известняки) зона рационального силового режима воздействия инструмента на породу является более широкой. С ростом физико-механических показателей диапазон этот сужается и крутизна характеристики А_УД=f(у_n) возрастает. Следовательно, для крепких горных пород рекомендованный диапазон режимных параметров будет значительно уже.

Рис. 1. Зависимость удельной работы распиловки мрамора

Редутовского месторождения от контактного давления и глубины пропила

Рис. 2. Зависимость удельной работы распиловки гранита

Мансуровского месторождения от контактного давления и глубины пропила

Для каждого параметра глубины пропила за один проход дисковым инструментом установлены значения оптимального контактного давления, соответствующие минимуму удельной работы распиловки. При увеличении глубины пропила просматривается закономерное снижение оптимальных значений контактных давлений. Данное обстоятельство объясняется повышением длины контакта инструмента с породой и появлением эффекта зашламовывания режущей поверхности диска. Поэтому с целью сохранения наилучших условий резания породы необходимо снижать контактное давление для ограничения объема продуктов разрушения, заполняющих межконтактное пространство.

Повышение глубины резания дисковым инструментом для пород высокой прочности приводит к значительному увеличению удельной работы разрушения. Поэтому для групп высокопрочных пород необходимо введение ограничения глубины резания, при которых не сказывается сильно удельный износ инструмента. пропил распиловка мрамор силовой режим

Поскольку ресурс инструмента не был до конца использован по производительности, то зависимость ее от силового режима является линейной с высокой степенью достоверности аппроксимации. И лишь при высоких значениях контактного давления происходит незначительное выполаживание графиков относительно оси абсцисс (см. рис. 3). В целом при рассмотрении графиков зависимостей А_УД=f(у_n) и П=f(у_n) вытекает рекомендация по возможно наибольшему параметру заглубления дискового инструмента за один проход с целью эффективной интенсификации процесса распиловки природного камня. Данная тенденция показана на рис. 4.

Рис. 3. Зависимость производительности распиловки мрамора

Редутовского месторождения от контактного давления инструмента на породу для различных величин глубины резания

Рис. 4. Зависимость показателя обрабатываемости процесса

распиловки мрамора Редутовского месторождения от контактного давления инструмента на породу для различных величин глубины резания

Эта зависимость является спецификой дисковой распиловки, объясняемой улучшением условий внедрения режущих алмазных зерен в породу с ростом глубины пропила. Но при этом необходимо более четко контролировать силовой режим воздействия инструмента на разрушаемую породу, так как даже при небольшом его отклонении от оптимума происходит значительное увеличение удельной работы распиловки (резкое снижение эффективности работы инструмента).

Основные выводы по работе:

1. Каждому параметру глубины резания дисковым инструментом соответствует свой рациональный диапазон контактного давления. При возрастании прочности обрабатываемых горных пород рациональный диапазон все меньше зависит от глубины резания, стремясь к определенному значению, а его интервал сужается.

2. Увеличение глубины пропила до определенного предела влечет рост эффективности процесса распиловки в целом, что объясняется лучшими условиями внедрения алмазных зерен в породу. Но при этом рациональный диапазон контактного давления становится значительно уже.

3. Увеличение длины контакта алмазного дискового инструмента с породой для высокопрочных горных пород при достижении определенной величины ведет к значительному возрастанию удельной работы распиловки и соответственно снижению показателя обрабатываемости.

Размещено на Allbest.ru