WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ГАББАСОВ БУЛАТ МАРАТОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
КАНАТНО-АЛМАЗНЫХ ПИЛ ПРИ ДОБЫЧЕ ПРИРОДНОГО
КАМНЯ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Специальности: 05.05.06 – «Горные машины»

25.00.22 – «Геотехнология (подземная,
открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Першин Геннадий Дальтонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Морозов Владимир Игнатьевич,

доктор технических наук, профессор

Бычков Геннадий Васильевич,

Ведущая организация – Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт по проблемам добычи, транспорта и переработки минерального сырья в промышленности строительных материалов, г. Москва

(ФГУП «ВНИПИИстромсырье»)

Защита диссертации состоится «27» ноября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний ученого совета по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский

государственный горный университет»

Автореферат разослан « 23 » октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Хазин М.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышению объемов добычи мраморных блоков товарной кондиции во многом способствовала высокоуступная (до 20 м) технология отработки горного массива по двухстадийной схеме получения готовой продукции. Реально осуществить на практике данный способ добычи блоков природного камня удается только путем применения камнерезных машин с гибким инструментом, представляющим набор на канате рабочих элементов с алмазоносным слоем и дистанционных пружин. Положительные результаты эксплуатации канатно-алмазных пил на карьерах в стране и за рубежом дают основание характеризовать данное оборудование как самое перспективное в современной технике добычи мраморных блоков.

Контактное взаимодействие алмазного инструмента с породой при скоростях его перемещения до 50 м/с приводит к существенному разогреву рабочих элементов канатно-алмазных пил, поэтому с целью устранения графитизации контактных площадок алмазных зерен, а также разупрочнения их металлической связки на производстве применяют в процессе резания охлаждающую воду, что в зимних условиях, при ведении добычных работ, влечет за собой оледенение всей рабочей площадки, шкива и других исполнительных органов камнерезной машины. В итоге повышается вероятность возникновения незапланированных простоев из–за остановок и аварий, травмирования рабочих, что в целом ухудшает условия труда и снижает эксплуатационную производительность камнерезных машин на 20 – 40 %. Подача подогретой воды (30°С) не устраняет указанных недостатков.

В процессе отделения объемов камня от массива породы канатно-алмазными пилами основная доля затрат (свыше 50 %) связана с износом дорогостоящего алмазного инструмента. При этом расход алмазного инструмента зависит как от режимов работы, так и от способа его охлаждения. Следовательно, с целью повышения эффективности добычных работ в зимних условиях за счет снижения безопасности их ведения на карьере и улучшения условий труда рабочих, а также повышения эксплуатационной производительности канатно-алмазных пил необходимо установить рациональные режимы сухого резания мрамора канатно-алмазным инструментом, когда контактная температура не оказывает влияния на износостойкость алмазных зерен и их металлические связки в рабочих элементах.

Поэтому установление рациональных режимов работы канатно-алмазного инструмента в зимних условиях без охлаждения водой, при которых удельная наработка его будет максимальна, а эксплуатационные затраты на процесс резания минимальными, является актуальной задачей.

Объект исследований: канатно-алмазный инструмент добычной камнерезной машины.

Предмет исследований: температурные параметры и энергосиловые показатели процесса резания природного камня канатно-алмазным инструментом.

Цель работы: повышение эффективности работы камнерезных машин при добыче природного камня в зимних условиях без охлаждения водой гибкого алмазного инструмента за счет рационализации режимных параметров процесса резания.

Идея работы: обоснование рациональных режимных параметров процесса резания природного камня канатно-алмазным инструментом достигается на основе разработанной математической модели путем ограничения максимальной контактной температуры нагрева алмазных зерен, вызывающей их графитизацию.

Основные задачи исследований:

  • выявить параметры, влияющие на интенсивность износа канатно-алмазного инструмента в зимних условиях при воздействии его на горную породу;
  • разработать математическую модель температурного поля, возникающую в процессе взаимодействия канатно-алмазного инструмента с породой без применения воды;
  • исследовать влияние режимов воздействия канатно-алмазного инструмента на породу при отсутствии охлаждающей воды, вследствие которого наблюдается минимальный удельный износ (расход) поверхности алмазного инструмента, и выявить зависимости данных режимов с физико–механическими свойствами обрабатываемой породы и конструкционными особенностями инструмента;
  • установить рациональные режимы работы канатно-алмазных пил в зимний период, повышающие эффективность и безопасность добычных работ в карьере.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Температура нагрева канатно-алмазного инструмента в процессе резания горных пород зависит от теплового потока в зоне резания, физико-механических свойств системы «горная порода – канатно-алмазный инструмент», геометрии отделяемых монолитов камня от массива и схемы расположения камнерезной машины по отношению к добычному уступу. При этом максимальная температура нагрева соответствует кинематическому условию, при котором время единичного контакта рабочего элемента инструмента с породой по отношению к времени его нахождения на воздухе максимально.
  2. При воздушном конвективном охлаждении рабочих элементов канатно-алмазного инструмента в процессе выполнения пропилов для отделения монолита камня от массива породы удельная работа сухого резания повышается в 1,05 – 1,25 раза по сравнению с водяным охлаждением за счет дополнительных сил взаимного трения, что приводит к пропорциональному увеличению удельного расхода канатно-алмазного инструмента.
  3. Рациональный режим работы канатно-алмазного инструмента без охлаждения его водой определяется скоростью подачи камнерезной машины на забой, при которой отсутствует повышение удельного расхода канатно-алмазного инструмента от теплового фактора. Значение рациональной скорости подачи увеличивается с изменением формы монолита от ленточной к столбовой, что необходимо учитывать при разработке месторождения в зимний период.

Научная новизна:

  • Разработана математическая модель температурного состояния рабочего элемента канатно-алмазного инструмента, позволяющая определить уровень его нагрева в зависимости от режимов резания горных пород.
  • Впервые применительно к неохлаждаемой водой системе «горная порода – канатно-алмазный инструмент» экспериментальным путем в производственных условиях установлено относительное распределение температур нагрева по элементам контактного взаимодействия: алмазорежущие втулки – 1,0, горная порода – 0,875, шлам – 0,73, несущий канат – 0,56, на основании которого определена плотность долевых тепловых потоков.

Методы научных исследований включают анализ опыта эксплуатации алмазно-абразивного инструмента в процессах добычи и переработки природного камня; экспериментальные исследования влияния режимов воздействия на энергосиловые показатели процесса распиловки алмазным инструментом и их зависимость от физико-механических свойств; аналитические расчеты по установлению рациональных режимов работы канатно-алмазного инструмента в зависимости от температурного фактора.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования: научные положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным использованием теоретических и практических основ теплотехники и достаточным объемом проведенных экспериментов, а также удовлетворительной сходимостью (90 %) результатов аналитических исследований с результатами полученных экспериментов и данными практики.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики расчета температуры нагрева канатно-алмазного инструмента при резании природного камня с учетом вынужденного конвективного охлаждения его на воздухе; установлении рациональных режимных параметров распиловки, таких как скорость резания, скорость подачи, контактное давление канатно-алмазного инструмента на породу.

Личный вклад автора состоит: в организации, проведении и анализе результатов всего комплекса экспериментальных исследований; аналитическом обосновании возможности эффективного применения канатно-алмазного резания горных пород в зимний период без водяного охлаждения.

Реализация выводов и рекомендаций работы: основные научные положения и рекомендации диссертации использованы при разработке технологической инструкции (ТИ) и технологической карты (ТК) по добыче блоков мрамора канатно-алмазными пилами на Верхнеуфалейском мраморном карьере ООО «Уралмрамор». Экономический эффект от использования результатов исследования составляет 1,632 млн руб.

Апробация работы: результаты и основные положения диссертационной работы докладывались: на международной научно-технической конференции «Добыча, обработка и применение природного камня» (Магнитогорск, 2006–2008 гг.); международной научно-технической конференции «Чтения памяти В. Р. Кубачека» (Екатеринбург, 2007 г.); на международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2007 г.); ежегодных научно-технических конференциях МГТУ (Магнитогорск, 2006–2008 гг.); на заседаниях научного семинара кафедры механизации и электрификации горных производств и факультета горных технологий и транспорта МГТУ (Магнитогорск, 2006–2008 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 103 наименований, приложений и содержит 114 с. машинописного текста, 27 рисунков, 18 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры механизации и электрификации горных производств за постоянное внимание, ценные советы и оказанную помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Изучению процесса разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом посвящены работы З.А. Берберяна, Г.А. Блинова, Г.В. Бычкова, К.С. Варданяна, В.В. Василевского, Н.К. Вересова, А.Ф. Кичигина, А.И. Косолапова, В.И Морозова, Г.Д. Першина, Е.К. Субботина, Ю.И. Сычева, В.Р. Ткача и многих других.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель, идея и научные положения, кратко охарактеризовано значение работы и т.д.

В первой главе рассмотрено и проанализировано современное состояние добычи природного камня в России и за рубежом, существующих технологий и применяемого оборудования для добычи блоков на мраморных месторождениях Урала; особенностей тепловых явлений при резании природного камня канатно-алмазным инструментом и проведен анализ существующих методик расчета температуры нагрева алмазного инструмента при резании природного камня.

Вторая глава посвящена аналитическому исследованию параметров температурообразования на поверхности рабочего элемента канатно-алмазного инструмента в процессе резания монолитов природного камня.

Изучению тепловых процессов резания различных материалов алмазно-абразивным инструментом посвящены работы В.А. Александрова, В.А. Балакина, А.Н. Резникова, Ю.А. Черкашина и многих других.

Для кратковременных процессов высокоскоростного резания при определении температуры поверхности трения алмазных втулок можно воспользоваться линейным дифференциальным уравнением теплопроводности для одномерного (изменяется лишь по оси z, нормальной к поверхности трения) и постоянного теплового потока (q=const), направленного в рабочий элемент:

. (1)

Решение уравнения (1) для случая полуограниченного тела при граничных условиях: T(z,0)=T0; - T(0,t)/ z=q(0,t); T(,t)/ z=0; T(,t)=T0,

дает выражение для температурного поля, из которого контактная температура поверхности трения алмазных зерен рабочего элемента определяется как

, (2)

где Т0 – температура окружающей среды, °С; 1 – коэффициент теплопроводности связки, Вт/м°С; а – коэффициент температуропроводности связки, м2/с; tк – время контактирования гибкого инструмента с породой, с; q1 – долевая удельная интенсивность тепловыделения, Вт/м2.

Удельная интенсивность суммарного теплового потока

, (3)

где тр – коэффициент взаимного трения инструмента и породы; n – контактное давление инструмента на породу, Па; Vр – скорость линейного перемещения инструмента относительно разрушаемой породы м/с; kд – долевой коэффициент суммарного теплового потока на рабочем элементе.

Особенностью расчетов температуры нагрева алмазно-режущих втулок по формуле (2) является условие непрерывного контакта канатно-алмазного инструмента с породой, в результате чего температура также непрерывно повышается с увеличением времени контактирования. В реальных условиях рабочий элемент (алмазно-режущая втулка) в пределах одного цикла работы как нагревается, так и охлаждается, проходя внеконтактную зону по воздуху с высокой скоростью. Поэтому в данном случае суммирование температуры по циклам работы алмазно-режущей втулки будет существенно отличаться от непрерывного режима контактирования.

Для оценки температурного режима за счет тепла, выделяемого в процессе резания природного камня канатно-алмазным инструментом и частично поглощаемого воздушной средой, необходимо составить энергетический баланс остаточного тепла в результате теплообразования и теплораспределения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»