WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Согласно полученным результатам (рис. 9), на данном этапе видно, что для условий сухого пиления по сравнению с применением воды удельная работа распиловки повышается в 1,4…1,5 раз в широком диапазоне изменения контактного давления n=1,5…10 МПа.

Рис. 9. Графические зависимости удельной работы поверхностного разрушения серпентинита алмазно-дисковым инструментом от его контактного давления на породу при окружной скорости резания 44 м/с и глубинах пропила 7,5 мм (а) и 3 мм (б): верхняя кривая – сухое резание; нижняя кривая – резание с водой

Для алмазно-дискового инструмента выражение, учитывающее силы трения за счет сухого резания, было получено в следующем виде:

, (23)

или с учетом сделанных выше допущений:

. (24)

На основе результатов стендовых испытаний при пилении образцов природного камня по предложенной методике возможен прогноз прироста сил трения в канатно-алмазных пилах, когда осуществляется отказ от применения воды при отрицательных температурах. Численные расчеты выполнялись для различных максимальных значений дополнительного угла охвата, которыми характеризуется процесс отделения монолита камня от массива горной породы: в продольном направлении д0,6…0,7 рад; в поперечном направлении д0,15…0,2 рад.

Для схемы, приведенной на рис.8, относительную оценку энергетических показателей можно осуществить по следующей упрощенной зависимости:

. (25)

Результаты расчетов по формуле (22) с учетом (24) показывают, что если в зимних условиях при эксплуатации канатно-алмазных пил на карьере работать без воды, то удельная работа резания как комплексный энергетический показатель процесса увеличивается в 1,2–1,25 раза на продольном пропиле и в 1,176–1,215 на поперечном. А для условий по формуле (25) удельная работа резания увеличится только в 1,05.

Повышение энергосиловых показателей процесса резания без применения воды обусловлено проявлением дополнительных сил трения из–за отсутствия смазочного действия охлаждающей жидкости, при этом сухое трение от образующегося шлама является источником повышенного абразивного износа металлической связки алмазных зерен, что увеличивает удельный расход канатно-алмазного инструмента. Принимая прямо пропорциональное изменение износа связки от работы сил дополнительного трения (22), (25), получим прогнозное максимальное повышение удельного расхода канатно–алмазного инструмента в зависимости от условий пиления на 5 – 25 %.

Таким образом, доказывается второе научное положение: 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.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованием рабочих температур и определению рациональных режимов работы канатно-алмазного инструмента в процессе резания природного камня в условиях карьера.

С целью оценки объективности теоретических решений, приведенных выше, проводились промышленные испытания по установлению фактических температур нагрева, элементов контактного взаимодействия с помощью тепловизионной съемки инфракрасной камерой (ИК) «ThermaCAMTME45». ИК «ThermaCAMTME45» измеряет инфракрасное излучение, испускаемое объектом, и создает на его основе изображение. Тот факт, что излучение является функцией температуры поверхности объекта, дает возможность камере вычислять и отображать эту температуру. В результате проведенной тепловизионной съемки (рис. 10) были получены термограммы канатно-алмазного инструмента в период их работы и в момент их остановки.

Рис. 10. Результаты тепловизионной съемки в момент остановки канатно-алмазного инструмента, находящегося в эксплуатации два часа

Согласно результатам промышленного эксперимента применительно к неохлаждаемой водой системе «горная порода – канатно-алмазный инструмент» 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.

Для определения рационального режима работы канатно-алмазного инструмента через показатель скорости перемещения канатно-алмазной пилы по направляющим были приняты следующие исходные данные: относительная доля энергии, затраченной на поверхностное разрушение породы и взаимное трение: мягкие мрамора – рп/тр0,2…0,3; прочные мрамора – рп/тр0,1…0,2; расрп + тр=(0,1…0,3)тр +тр = (1,1…1,3)тр.

При этом удельная работа распиловки без использования воды принята согласно выражению (22).

Используя выражения (20) и (3), получим рабочую формулу для определения рациональной скорости подачи канатно-алмазного инструмента на забой:

. (26)

Результаты теоретических расчетов рациональных скоростей подачи ка­натно-алмазного инструмента согласуются с данными производственной практики (ошибка 10 %), когда отсутствует дополнительный расход алмазного инструмента от теплового фактора.

Изучение аналитической зависимости показывает, что 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. В этом состоит сущность третьего научного положения.

При резании монолитов природного камня всухую себестоимость снижается до 34 руб./м2, экономия затрат за зимний период времени составляет 1,632 млн руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на базе выполненных исследований изложены научно обоснованные технические и технологические разработки, обеспечивающие повышение эффективности работы канатно-алмазных пил при добыче природного камня в зимних условиях без охлаждения водой за счет рационализации режимных параметров процесса резания, имеющие существенное значение для камнедобывающей отрасли страны.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

  1. Определено, что аккумуляция теплоты на рабочих элементах замкнутого в кольцевой контур канатно-алмазного инструмента, работающего без охлаждающей воды, происходит за счет их циклического контактирования с породой в зоне резания и конвективного охлаждения на воздухе. При этом величина остаточной теплоты на каждой стадии распиловки вертикальных плоскостей отделения монолита от массива горной породы определяется взаимосвязанным через кинематику движения кольцевого контура временем контакта и временем охлаждения на воздухе рабочих элементов канатно-алмазного инструмента.
  2. Согласно определенным временным зависимостям контакта и воздушного охлаждения, по стадиям распиловки установлена экстремальная закономерность аккумуляции теплоты с максимумом на стадии стационарного резания (продольный пропил) либо в начале стадии допиливания реза (поперечный пропил).
  3. Разработана математическая модель расчета температуры нагрева от времени резания, которая дает возможность учитывать влияние как жидкой, так и воздушной среды на условия трения и охлаждения рабочих элементов инструмента. Доказано, что максимум остаточной теплоты однозначно определяет максимум температуры нагрева рабочих элементов канатно-алмазного инструмента, уровень которой определяется величиной теплового потока, связанного с режимными параметрами процесса распиловки, а именно: нормальным давлением инструмента на породу; скоростью резания и условиями взаимного трения системы «порода – инструмент».
  4. Аналитически установлено, что конечная температура нагрева рабочих элементов канатно-алмазного инструмента определяется формой плоскостей отделяемого монолита камня от массива и стадией распиловки через соотношение времени контакта инструмента с породой и времени охлаждения его на воздухе.
  5. Доказано, что рациональные значения режимных параметров распиловки определяются предельной величиной долевого теплового потока на рабочих элементах канатно-алмазного инструмента, предотвращающих повышение температуры графитизации алмазных зерен на контактных с породой поверхностях, которые составляют величину порядка 400 – 670 кВт/м2 в зависимости от геометрии пропила, характеризуемой коэффициентом формы kф.
  6. Экспериментами установлено, что сухое резание на воздухе по сравнению с охлаждением водой повышает такие энергетические показатели, как мощность и удельная работа распиловки природного камня типа мрамор алмазным дисковым инструментом, в 1,4…1,5 раза. Однако в силу кинематических и динамических особенностей карьерных канатных пил, когда нижняя ветвь гибкого контура не охлаждается водой, подаваемой с кровли добычного уступа, данные показатели отличаются только в 1,05…1,25 раза.
  7. Установлено, что повышение энергосиловых показателей процесса резания с применением воды и без нее обусловлено проявлением дополнительных сил трения из–за отсутствия смазочного действия охлаждающей жидкости. При этом сухое трение от образующегося шлама является источником повышенного абразивного износа металлической связки алмазных зерен, что увеличивает удельный расход канатно-алмазного инструмента. Прогнозное максимальное повышение удельного расхода при работе всухую составляет 5…25 %.
  8. Аналитическими исследованиями получена рабочая формула для расчета рациональной скорости подачи канатно-алмазного инструмента на забой через предельную величину теплового потока: Vп=0,03–0,034 м/мин – для продольной плоскости отделения монолита при kф=2; Vп=0,04–0,057 м/мин – для поперечной плоскости отделения монолита, при kф=0,33.
  9. Основные результаты работы и практические рекомендации внедрены и применены на Верхнеуфалейском мраморном карьере ООО «Уралмрамор» при добыче монолитов природного камня. Суммарный экономический эффект от использования результатов исследования составляет 1,632 млн руб. в ценах 2007 г.

Основные научные результаты диссертации
опубликованы в следующих работах
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых
научных журналах и изданиях:

  1. Габбасов, Б.М. Основные пути повышения эффективности применения канатно-алмазных пил на мраморных карьерах / Б.М. Габбасов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2007. – №4. – С. 191–193.
  2. Першин, Г.Д. Теплофизический анализ резания природного камня канатно-алмазным инструментом / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2007. – №4. – С. 193–198.
  3. Першин, Г.Д. Расчет остаточной теплоты и температуры поверхности канатно-алмазного инструмента в процессе пиления с учетом охлаждения его на воздухе / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2007. – №5. – С. 97–100.
  4. Першин, Г.Д. Обоснование возможности алмазно-канатного резания мрамора без водяного охлаждения / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Горный журнал. – 2008. – №1. – С. 37–39.

Статьи, опубликованные в научных сборниках
и материалах конференций:

  1. Першин, Г.Д.Температурный режим резания природного камня канатно-алмазным инструментом / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. – Магнитогорск, 2007. – С. 229–237.
  2. Першин, Г.Д. Расчет теплоты поверхности трения канатно-алмазного инструмента с распиливаемой породой / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. – Магнитогорск, 2007. – С. 237–243.
  3. Першин, Г.Д. Расчет температуры нагрева канатно-алмазного инструмента при резании природного камня / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. тр. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГГУ», 2007. – С. 202–205.
  4. Першин, Г.Д. Экспериментальное определение рабочих температур канатно-алмазного инструмента при резании природного камня / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Материалы 65–й науч.-техн. конференции: сб. докл. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. – Т.1. – С. 172–174.
  5. Абдурахимов, Ю.В. Энергетика сухого резания в зимних условиях при добыче блоков мрамора канатными пилами / Ю.В. Абдурахимов, Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Камень вокруг нас. – 2007. – № 18. – С. 32–35.
  6. Першин, Г.Д. Энергетическая оценка сухого резания мрамора при его добыче канатными пилами в зимних условиях / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. – Магнитогорск, 2008. – С. 37–46.
  7. Першин, Г.Д. Рациональная эксплуатация канатно-алмазных пил на мраморных карьерах в зимний период в режиме сухого резания / Г.Д. Першин, Б.М. Габбасов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. – Магнитогорск, 2008. – С. 47–54.

Подписано в печать 2008. Формат 60х84х 1/16. Бумага тип. №1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00 Тираж 100 экз. Заказ.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38

Полиграфический участок МГТУ

Pages:     | 1 | 2 ||






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