Научная статья на тему 'Энергетический метод расчета производительности алмазно-канатных машин при добыче облицовочного камня'

Энергетический метод расчета производительности алмазно-канатных машин при добыче облицовочного камня Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
526
66
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / АЛМАЗНО-КАНАТНАЯ МАШИНА / УДЕЛЬНОЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ / ЭНЕРГОЕМКОСТЬ / РЕЖИМ РЕЗАНИЯ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Першин Геннадий Дальтонович, Уляков Максим Сергеевич, Пшеничная Елена Геннадиевна, Габбасов Булат Маратович

Разработана методика расчёта производительности и удельных энергозатрат для алмазно-канатных машин, применяемых при разработке месторождений блочного природного камня. Расчёты базируются на энергетической теории резания природного камня алмазно-абразивным инструментом, согласно которой производительность камнерезных машин определяется по установленной мощности привода породоразрушающего инструмента и удельного энергопотребления процесса контактного взаимодействия инструмента с породой. При этом определение удельного энергопотребления может включать как экспериментальный путь, так и аналитический. В работе разработан и предлагается аналитический метод нахождения удельных энергозатрат процесса поверхностного разрушения горной породы по её физико-механической константе энергоёмкости и коэффициентам, выражающим доли суммарной удельной энергии, затрачиваемой на разрушение породы, инструмента и их взаимное трение. Энергоёмкость поверхностного разрушения материала породы, как и её доля в общем балансе энергопотребления, определяются только расчётным путём, исключающим влияние взаимного трения инструмента с породой на данные показатели. Энергетическая характеристика материала горной породы, энергоёмкость, представлена через показатель поверхностной контактной прочности, характеризуемой твёрдостью по Бринеллю. Для адекватного отражения взаимодействия алмазно-абразивного инструмента с породой при расчёте коэффициента её поверхностного разрушения был использован принцип активно работающих алмазных зёрен, согласно которому для фронтального поражения забоя при движении инструмента ему должна соответствовать определённая поверхностная концентрация выступающих над связкой алмазных зёрен. В этом случае реализуется эффективная породоразрушающая способность инструмента при минимальной поверхностной концентрации алмазных зёрен. Полученные показатели дают возможность аналитическим путём рассчитывать удельное энергопотребление и, таким образом, производительность резания горных пород алмазно-абразивным инструментом в зависимости от режима работы алмазно-канатной машины. Режим резания с постоянной мощностью энергопотребления по отношению к режиму с постоянной скоростью подачи инструмента на забой имеет преимущества в увеличении производительности и снижении удельных энергозатрат, однако при этом существенно повышается удельный расход дорогостоящего алмазного инструмента, что необходимо учитывать в каждом конкретном случае путём расчёта и сопоставления удельной себестоимости резания. Произведённые расчёты производительности отвечали режиму работы с постоянной мощностью энергопотребления и выполнялись по двум схемам, когда в первом случае удельная работа резания определялась аналитическим путём по предложенной методике и когда удельная работа резания принималась на основе экспериментальных данных. Сравнение расчётов даёт удовлетворительное совпадение (расхождение не более 10 %), что позволяет рекомендовать разработанную комплексную методику для расчёта производительности алмазно-канатных машин при добыче блоков камня различной прочности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Першин Геннадий Дальтонович, Уляков Максим Сергеевич, Пшеничная Елена Геннадиевна, Габбасов Булат Маратович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENERGY BASED DIAMOND CUTTING MACHINE PERFORMANCE CALCULATION METHOD USED FOR FACING STONE EXTRACTION

A performance and specific energy calculation procedure has been developed for diamond cutting machines used for mining of natural stone blocks. The calculations are based on the natural stone diamond cutting theory according to which the stone cutting machine performance can be determined by the rated drive power of the cutting tool and by the specific energy of the tool-rock interaction. The specific energy can be estimated either through experiment or analytically. The work offers an analytical method of determining the specific energy of the rock surface destruction process based on energy consumption and ratios which are fractions of the total specific energy used for rock destruction, the tool and the friction between the rock and the tool. The energy capacity of the rock surface destruction process and its percent from the total energy consumption can only be determined through calculations which do not allow for the friction. The energy capacity of the rock is described by the surface contact hardness which is Brinell hardness. For a more accurate interaction between the diamond cutting tool and the rock when calculating the rock surface destruction factor, an active diamond grain principle was applied. The principle says that for front-end hole coverage a cutting tool should have a certain percent of single-point diamonds. This helps achieve an efficient rock destruction at the lowest percent of single-point diamonds. With the help of the data collected, it was possible to analytically estimate the specific energy and thus the diamond cutting performance depending on the cutting mode. Cutting at a constant specific energy has a number of advantages over cutting at a constant advance speed of the tool, which include a higher performance and a lower specific energy. At the same time the energy based cutting mode leads to an increased specific tool consumption, which should be taken into account in each particular case by way of estimating and comparing the specific cutting cost. The performance calculations performed were done for the cutting at a constant specific energy and followed two different patterns. In the first case the specific cutting performance was estimated analytically based on the proposed procedure. And in the second case the specific cutting performance was calculated based on the experimental data. Comparison of the two outcomes showed a discrepancy of no more than 10%, which means that the procedure developed can be recommended as a comprehensive method of estimating the performance of diamond cutting machines used to cut stone blocks of different hardness.

Текст научной работы на тему «Энергетический метод расчета производительности алмазно-канатных машин при добыче облицовочного камня»

РАЗРАБОТКА П0ЛЕЗНЫХИСК0ПАЕМЫХ

УДК 622.35:621.93.025.7 DOI:10.18503/1995-2732-2016-14-2-18-24

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АЛМАЗНО-КАНАТНЫХ МАШИН ПРИ ДОБЫЧЕ ОБЛИЦОВОЧНОГО КАМНЯ

Першин Г.Д., Уляков М.С., Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия

Аннотация. Разработана методика расчёта производительности и удельных энергозатрат для алмазно-канатных машин, применяемых при разработке месторождений блочного природного камня. Расчёты базируются на энергетической теории резания природного камня алмазно-абразивным инструментом, согласно которой производительность камнерезных машин определяется по установленной мощности привода породоразру-шающего инструмента и удельного энергопотребления процесса контактного взаимодействия инструмента с породой. При этом определение удельного энергопотребления может включать как экспериментальный путь, так и аналитический. В работе разработан и предлагается аналитический метод нахождения удельных энергозатрат процесса поверхностного разрушения горной породы по её физико-механической константе - энергоёмкости и коэффициентам, выражающим доли суммарной удельной энергии, затрачиваемой на разрушение породы, инструмента и их взаимное трение. Энергоёмкость поверхностного разрушения материала породы, как и её доля в общем балансе энергопотребления, определяются только расчётным путём, исключающим влияние взаимного трения инструмента с породой на данные показатели. Энергетическая характеристика материала горной породы, энергоёмкость, представлена через показатель поверхностной контактной прочности, характеризуемой твёрдостью по Бринеллю.

Для адекватного отражения взаимодействия алмазно-абразивного инструмента с породой при расчёте коэффициента её поверхностного разрушения был использован принцип активно работающих алмазных зёрен, согласно которому для фронтального поражения забоя при движении инструмента ему должна соответствовать определённая поверхностная концентрация выступающих над связкой алмазных зёрен. В этом случае реализуется эффективная породоразрушающая способность инструмента при минимальной поверхностной концентрации алмазных зёрен.

Полученные показатели дают возможность аналитическим путём рассчитывать удельное энергопотребление и, таким образом, производительность резания горных пород алмазно-абразивным инструментом в зависимости от режима работы алмазно-канатной машины. Режим резания с постоянной мощностью энергопотребления по отношению к режиму с постоянной скоростью подачи инструмента на забой имеет преимущества в увеличении производительности и снижении удельных энергозатрат, однако при этом существенно повышается удельный расход дорогостоящего алмазного инструмента, что необходимо учитывать в каждом конкретном случае путём расчёта и сопоставления удельной себестоимости резания.

Произведённые расчёты производительности отвечали режиму работы с постоянной мощностью энергопотребления и выполнялись по двум схемам, когда в первом случае удельная работа резания определялась аналитическим путём по предложенной методике и когда удельная работа резания принималась на основе экспериментальных данных. Сравнение расчётов даёт удовлетворительное совпадение (расхождение не более 10 %), что позволяет рекомендовать разработанную комплексную методику для расчёта производительности алмазно-канатных машин при добыче блоков камня различной прочности.

Ключевые слова: производительность, алмазно-канатная машина, удельное энергопотребление, энергоемкость, режим резания.

Введение

Большинство горных машин при добыче твердых полезных ископаемых реализует поверхностное, послойное разрушение породы. При этом механическая энергия передается через породоразрушающий инструмент. В процес-

© Першин Г.Д., Уляков М.С., Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М., 2016

се контактного взаимодействия разрушается как порода, так и инструмент, на что и затрачивается вводимая энергия. Кроме этого обязательно возникают потери энергии от совместного трения, которая нагревает инструмент и породу. Для уменьшения влияния нагрева инструмента на его абразивный износ, инструмент активно охлаждают воздухом или водой. Наиболее целесооб-

Энергетический метод расчета производительности ... Першин Г.Д., Уляков М.С., Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М.

разно охлаждать пару «порода-инструмент» водой, так как она подавляет пыль и одновременно, являясь контактной смазкой, снижает удельное энергопотребление.

Целью настоящего исследования является совершенствование методики расчёта производительности резания природного камня при его добыче алмазно-канатными машинами на основе энергетического соотношения, связывающего производительность камнерезной машины, установленную мощность привода породоразруша-ющего инструмента и удельное энергопотребление процесса контактного взаимодействия инструмента с породой.

Методика исследования

Производительность горной машины и ее удельное энергопотребление на процесс поверхностного разрушения породы и инструмента -режимно связанные показатели. Применительно к режущему инструменту данная взаимосвязь описывается следующим уравнением:

П = -

N

Ь • А

(1)

уд

где П - техническая производительность алмазно-канатной машины, м2/с; N - мощность, потребляемая главным приводом алмазно-канатной машины, Вт; Ь - ширина пропила (диаметр алмазоре-жущей втулки гибкого инструмента), м; Ауд -удельная работа резания, Дж/м3.

Выражение (1) является основополагающим в энергетическом методе расчета производительности камнерезных машин по показателям установленной мощности привода породораз-рушающего инструмента и его удельного энергопотребления. Как следует из (1), величина производительности лимитируется только установленной мощностью привода, которая принимается исходя из обоснованных параметров режимного поля камнерезной машины. Показатель удельного энергопотребления также зависит от режимных (силового и скоростного) параметров процесса резания, что в сумме и определяет (1) как функцию режима резания горных пород различной прочности. Таким образом, основу расчета производительности по формуле (1) составляет определение либо экспериментальным, либо аналитическим способами удельных энергозатрат. Значительно выгоднее выполнить аналитические расчеты, а затем их результаты проверить экспериментально, на что требуется затра-

тить меньше времени и средств.

Согласно энергетической теории поверхностного разрушения породы резанием аналитический вид удельной работы примем в виде [1]

Ауд - Эп "

к+К

(2)

где Э„ - энергоемкость материала породы, Па; ц/, ц/ - коэффициенты разрушения материала породы и инструмента; цтр - коэффициент взаимного трения инструмента и породы.

Энергоемкость Э„ принимается как физико-механическая константа разрушаемого материала горной породы, а коэффициенты ц/, ц/, цтр выражают доли суммарной удельной энергии, затрачиваемые на разрушение породы, инструмента и их взаимное трение. Величину Ауд определяют коэффициенты цр" и ц/, которые функционально связаны с режимными параметрами резания. Для дальнейшего анализа Ауд представим следующим образом:

(

Ауд - Эп

г^тр

\

(3)

р /

где + - условный коэффициент тре-

ния, представляющий непроизводительные по отношению к разрушению породы удельные затраты энергии.

Коэффициент разрушения горной породы црп находится только расчетным путем. Для единичного контакта алмазного зерна с породой величина данного коэффициента была определена в работе [1] следующим образом:

к

(4)

где Ап = - отношение пределов прочности

на сдвиг и сжатие и определяемое аналитически по теориям прочности или экспериментально на

микроуровне разрушения; Н3 = й3/ г - относительная величина заглубления зерен в поверхность разрушаемой породы; г - радиус алмазного зерна, м.

Формула (4) имеет, скорее, теоретический интерес, чем практический, так как ее расчет построен на упрощенной модели единичного контакта через относительное заглубление зерна в породу, которое в практических условиях не может быть задано по причине отсутствия кон-

РАЗРАБОТКА П0ЛЕЗНЫХИСК0ПАЕМЫХ

троля за ее величиной. Заглубление зерна в породу задается и определяется по скоростям подачи и резания инструмента. В дальнейших исследованиях данная задача была рассмотрена с учетом множественного контакта по модели активно работающих алмазных зерен инструмента [2].

Величина относительного заглубления алмазного зерна в породу характеризует силовой режим взаимодействия инструмента с породой, в кинематической теории резания. В энергетической теории резания силовым режимным параметром является контактное нормальное напряжение ап. Согласно [1] напряженно-деформированное состояние динамического контакта инструмента с породой описывается уравнением

<ЭП =п-НБ • г • пР ■ Из

(5)

где НБ - твердость поверхности горной породы по Бринеллю, Па; п0Р - количество алмазных зерен, приходящихся на единицу рабочей поверхности режущего элемента, шт./м2.

Для модели множественного контакта активно работающих алмазных зерен на основании кинематической и энергетической теорий резания значение величины коэффициента поверхностного разрушения породы алмазно-абразивным инструментом определяется следующим образом:

и" - э • — ■ —

(6)

где tc - шаг расположения алмазных зерен в одной линии резания, м.

С учетом уравнения (5) имеем

Э

" НБ • г ■ ^ ■ пР

(7)

Модель активно работающих алмазных зерен характеризуется следующей взаимосвязью параметров состояния рабочей поверхности и инструмента и силовым режимом его нагружения [2]:

— • tc ■ пр =

1

2 V 2 • И 3 Подстановка (8) в (7) дает 2л/2 Э„

(8)

% Н

(9)

Из энергетической теории резания следует, что величина энергоемкости поверхностного разрушения материала породы Эп, как удельная энергия, численно равна пределу прочности на сдвиг, т. е. Эп =т. Однако методикам определения прочностных показателей материала породы на сдвиг, растяжение, сжатие присущ общий недостаток. С увеличением объема испытуемого образца породы его прочность снижается, т. е. проявляется так называемый «масштабный фактор» [1]. В этом случае можно утверждать, что предел прочности на сдвиг есть физико-механическая характеристика объемной прочности образца, когда с увеличением его объема прочность снижается. Поэтому Э„ как энергетическая характеристика поверхностного разрушения породы алмазно-абразивным инструментом должна определяться через показатели поверхностной контактной прочности, например через твердость по Бринеллю НБ. Следуя методике расчета [1], находим величину Э„ как функцию НБ.

Для случая множественного контакта алмазных зёрен с породой из определения коэффициента поверхностного разрушения породы как отношения сдвигающих поверхностный слой сил к контактным нормальным силам имеем

„» р;=д. И•Ь•2•а р Я Р„ ° 0,5- а2 -п-Ь

2уП

(10)

где Рг - площадь сечения, перпендикулярного к движению сферического индентора, м2; р -площадь нормального контакта движущегося индентора, м ; Ь - ширина алмазорежущей части

инструмента, м; а « г -\/2 • И3 - радиус пятна контакта зерна шаровой формы с породой, м. Совместно решая (10) и (9), получим

Э = Д • Н „.

п а Ь

(11)

Таким образом, коэффициент поверхностного разрушения породы (9) алмазно-абразивным инструментом с учетом полученного выражения (11) будет иметь окончательный вид

- 2л/2 .

и =--А

р О

И 3.

(12)

Для представления коэффициента поверхностного разрушения относительно нормального контактного давления инструмента на породу примем уравнение (5), описывающее напряжен-

Энергетический метод расчета производительности... Першин Г.Д., Уляков М.С, Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М.

но-деформированное состояние динамического контакта, при этом поверхностную концентрацию активно работающих алмазных зерен определим на основании работ [1, 2] в виде следующей взаимосвязи:

1

2 • г • Ь

На основании вышесказанного получим

242

п

V

Е

(13)

(14)

п г

где Ек =----НБ - модуль контакта инструмен-

та с породой, МПа.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Полученное выражение (14) дает возможность аналитическим путем получать значения коэффициента поверхностного разрушения породы алмазно-абразивным инструментом и, тем самым, с учетом зависимости (11), рассчитывать удельное энергопотребление (3) и производительность (1) процесса резания. На рис. 1 в графическом виде приведена аналитическая зависимость изменения удельных энергозатрат от контактного давления инструмента на породу для различных значений условного коэффициента трения. В расчетах принималось: Аст = 0,177 ;

550 МПа [3]; г = 2-10"4 м; Ь = МО"2 м.

2500

2000

1500

1000

Рис. 1. Зависимость показателя удельной работы резания (А, МДж/м3) от контактного давления инструмента на породу (оп)

Для сравнения на рис. 1 показана зависимость удельных энергозатрат, полученная экспериментальным путем, для гранита Мансуровского месторождения (Н=550 МПа, пунктирная линия). Данная зависимость описывается уравнением вида

А -Л.

Ауд а0,5

(15)

где А=820 МПа , - коэффициент пропорциональности.

Удовлетворительное качественное и количественное соответствие аналитических и экспериментальной кривых является проверкой разработанного математического аппарата для расчета как коэффициента поверхностного разрушения, так и удельных энергозатрат процесса резания природного камня алмазно-абразивным инструментом.

Особенностью резания природного камня добычными алмазно-канатными машинами является непрерывное изменение длины контакта алмазного инструмента с породой. Изменение длины контакта при постоянной скорости подачи машины на забой приводит к постоянному изменению расходуемой мощности на процесс резания. С целью повышения энергетического КПД камнерезной машины процесс резания ведут в режиме постоянной мощности, но при этом контактное нормальное давление инструмента на породу изменяется от некоторого минимального значения до максимального, которые определяются следующими соотношениями:

ат1П =-

2 • N

я-ц-кп • Ь • Ну • Ур 2 ■ N

'я-ц-кп • Ь• ПШК • Ув

(16)

где ц = + - коэффициент распиловки;

N - Nкn - предельная мощность резания; Nкn -установленная мощность главного привода алмазно-канатной машины, Вт; Ну - высота уступа, м; Вшк - диаметр ведущего шкива, м; кп - коэффициент прерывистости режущей поверхности; Ур - скорость распиловки (скорость движения гибкого режущего органа), м/с.

Режим резания с постоянной мощностью по

0

п

F

РАЗРАБОТКА П0ЛЕЗНЫХИСК0ПАЕМЫХ

отношению к режиму с постоянной скоростью подачи имеет преимущества в увеличении производительности и снижении удельных энергозатрат, однако при этом существенно повышается удельный расход дорогостоящего алмазного инструмента, что необходимо учитывать в каждом конкретном случае путем расчета удельной себестоимости резания [4-6].

Общее решение по определению производительности алмазно-канатной машины будем искать для случая переменной во времени величины контактного нормального напряжения, что предопределяет дифференциальную форму записи выражения производительности (1) с учетом (3) и (4):

дП

N

да 2 • Ь ■ Э,

..и у° . к .

Ртр

(к.

•С0'5

п г^тр

(17)

где К =

2^2 Д„

- коэффициент, учитываю-

щий физико-механические свойства контакта системы «порода-инструмент», Па-0,5. Откуда имеем

ц тР

N

2 • Ь Э

да

„м. ст- -Iк2-а + 2-и,3* ■ к -а^ +

1 п г тп и п

(н*тр ) |

Интегрирование осуществим способом подстановки х = а0п'5, йап = 2 • х • йх, что приводит к табличному интегралу вида

• к „ хшх йх

п =

Г т

. N

Эп

I

(к-х)2

г

Ь

N

' э„

к ■(к -х +

м ^ Г-щр )

Лшах хшт

Возвращаясь к первоначальной переменной, получаем:

ц _ . тр _

Ь

N Эп

1

(к.

Подстановка пределов интегрирования дает следующую окончательную зависимость:

^ £ • К , N

э

П = ' тр --X

Ь

/ \0,5 / • \0 I _шах \ ' I „_шт \

Iе» ) "К )

(18)

Результаты исследования

Анализируя полученное выражение, видим,

гс Л . „ дП

что при

•0:

аст„

0, п ^ 0 , т.

е. задача определения производительности резания в такой постановке не имеет физического

смысла, так как представляет собой долю

энергии, затрачиваемой на разрушение инструмента и его взаимное трение с породой. При механическом воздействии инструментом на породу нельзя ее разрушить, не затратив при этом непроизводительную долю энергии, связанную с разрушением инструмента и трением.

Целью данной работы являлось получение точных зависимостей для расчета производительности и удельных энергозатрат процесса резания гибким алмазным инструментом в режиме постоянной мощности. Ранее в работе [4] аналогичная задача была решена, но в упрощенном варианте, когда удельные энергозатраты на основе экспериментальных данных принимались в форме (15), что позволяло наиболее простым способом получить формулу для расчета производительности:

П N =

N

(

К • Ь 1

2 • N

V

\

х0.5

ц-К • Ьу

(

ПШК /

1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

р / х0.5

V у У

(19)

На рис. 2 в графическом виде приведены зависимости изменения производительности алмазно-канатной машины от высоты отрабатываемого уступа, рассчитанные по формулам (18) и (19), т. е. по точной и упрощенной методикам. В расчётах принималось: N=25,47 кВт, ц^ас=0,25, к„=0,16, Ь=0,01 м, 0ШК=0,8 м, У„=30 м/с.

2

X

Приби peuiei пнженн nie \ oe \ /у ✓ / fX

/ V у

Toni знач \ ioe ение

Энергетический метод расчета производительности... Першин Г.Д., Уляков М.С., Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М.

Так как приближенная методика расчета основывалась на использовании удельной работы разрушения Ауд, полученной на основе эксперимента, то помимо сравнения расчетов по формулам (18) и (19) кривые, приведенные на рис. 2, дают возможность сопоставить теорию и эксперимент. При этом минимальное расхождение будет наблюдаться, если коэффициент пропорциональности К будет определен экспериментальным путем либо теоретическим:

Ну, M nN, м2/4 Расхождение, %

Точное значение Приближенное значение

2 0,21 0,20 -4,22

3 0,61 0,59 -2,84

4 1,14 1,12 -1,68

5 1,77 1,76 -0,67

6 2,50 2,51 0,23

7 3,32 3,35 1,05

8 4,21 4,28 1,80

9 5,17 5,30 2,50

10 6,19 6,39 3,15

11 7,27 7,56 3,76

12 8,42 8,80 4,33

13 9,61 10,10 4,88

14 10,85 11,47 5,40

15 12,15 12,91 5,90

16 13,48 14,40 6,38

17 14,86 15,95 6,83

18 16,29 17,56 7,27

19 17,75 19,23 7,70

20 19,25 20,95 8,11

К = Э

(20)

и J

ближенный метод расчета дает удовлетворительное совпадение с точным (расхождение не более 10%, см. таблицу).

Сравнение численных значений производительности пиления гранита Мансуровского месторождения (N = const) для точного и приближенного решений

Ну, м

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

riN, М2/Ч

Точное значение

0,21

0,61

1,14

1,77

2,50

3,32

4,21

5,17

6,19

7,27

8,42

9,61

10,85

12,15

13,48

14,86

16,29

17,75

19,25

Приближенное значение

0,20

0,59

1,12

1,76

2,51

3,35

4,28

5,30

6,39

7,56

8,80

10,10

11,47

12,91

14,40

15,95

17,56

19,23

20,95

Расхождение,

-4,22

-2,84

-1,68

-0,67

0,23

1,05

1,80

2,50

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3,15

3,76

4,33

5,40

5,90

6,38

6,83

7,27

7,70

8,11

где контактное нормальное напряжение <зп

должно соответствовать средней величине между сГ и сГ (16).

Список литературы

1. Першин Г.Д., Гуров М.Ю., Чеботарёв Г.И. Канатные пилы. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2006. 152 с.

2. Першин Г.Д., Митин А.Н. Геометрические характеристики модели контактной поверхности породоразрушающего ал-мазно-абразиного инструмента // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №1 (41). С. 10-13.

3. Ахметшин A.M. Аналитический метод определения сопротивляемости породы поверхностному разрушению // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. C. 199-203.

4. Першин Г.Д., Уляков М.С. Анализ влияния режимов работы канатных пил на эффективность отделения монолитов природного камня от массива // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. №4 (48). С. 14-21.

5. Акопян Р.В., Лусинян К.Г. Исследование влияния режимов резания на износ алмазных элементов алмазно-канатного режущего инструмента // Изучение природных каменных материалов и силикатного сырья, разработка эффективной техники и технологии производства: сб. науч. тр. Ереван: НИИКС, 1983. С. 40-49.

6. Левицький В.Г., Соболевський Р.В. ОбГрунтування опти-мальних технолопчних параметр1в видобування граытних блоюв на основ! показниюв трЦинуватосл // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий. 2014. Т. 3. № 3 (69). С. 48-52.

Материал поступил в редакцию 10.03.15. INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

DOI: 10.18503/1995-2732-2016-14-2-18-24

ENERGY BASED DIAMOND CUTTING MACHINE PERFORMANCE CALCULATION METHOD USED FOR FACING STONE EXTRACTION

Pershin Gennadiy Daltonovitch - D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.

РАЗРАБОТКА П0ЛЕЗНЫХИСК0ПАЕМЫХ

Ulyakov Maxim Sergeevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: maxim-atlet@yandex.ru.

Pshenichnaya Elena Gennadievna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: pshenichnaya_e@mail.ru.

Gabbasov Bulat Maratovich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: bulatg74@mail.ru.

Abstract. A performance and specific energy calculation procedure has been developed for diamond cutting machines used for mining of natural stone blocks. The calculations are based on the natural stone diamond cutting theory according to which the stone cutting machine performance can be determined by the rated drive power of the cutting tool and by the specific energy of the toolrock interaction. The specific energy can be estimated either through experiment or analytically. The work offers an analytical method of determining the specific energy of the rock surface destruction process based on energy consumption and ratios which are fractions of the total specific energy used for rock destruction, the tool and the friction between the rock and the tool. The energy capacity of the rock surface destruction process and its percent from the total energy consumption can only be determined through calculations which do not allow for the friction. The energy capacity of the rock is described by the surface contact hardness which is Brinell hardness.

For a more accurate interaction between the diamond cutting tool and the rock when calculating the rock surface destruction factor, an active diamond grain principle was applied. The principle says that for front-end hole coverage a cutting tool should have a certain percent of single-point diamonds. This helps achieve an efficient rock destruction at the lowest percent of single-point diamonds.

With the help of the data collected, it was possible to analytically estimate the specific energy and thus the diamond cutting performance depending on the cutting mode. Cutting at a constant specific energy has a number of advantages over cutting at a constant advance speed of the tool, which include a higher performance and a lower specific energy. At the same time the energy based cutting mode leads to an increased specific tool consumption, which should be taken into account in each particular case by way of estimating and comparing the specific cutting cost.

The performance calculations performed were done for the cutting at a constant specific energy and followed two different patterns. In the first case the specific cutting performance was estimated analytically based on the proposed

procedure. And in the second case the specific cutting performance was calculated based on the experimental data. Comparison of the two outcomes showed a discrepancy of no more than 10%, which means that the procedure developed can be recommended as a comprehensive method of estimating the performance of diamond cutting machines used to cut stone blocks of different hardness.

Keywords: Performance, diamond cutting machine, specific energy, energy capacity, cutting mode.

References

1. Pershin G. D., Gurov M. Iu., Chebotaryov G. I. Rope saws. Obosnovanie konstruktivnykh parametrov i rezhimov [Justification of design parameters and operating modes]. Monograph. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2006, 152 p.

2. Pershin G. D., Mitin A.N. Geometry of diamond cutting tool contact surface model. Vestnik Magnitogorskogo Gosudar-stvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2013, no. 1 (41), pp. 10-13.

3. Akhmetshin A.M. Analytical method to determine surface breakage resistance of rock. Dobycha, obrabotka i primenenie prirodnogo kamnya [Extraction, processing and application of natural stone]. Scientific papers. Magnitogorsk: MGTU. 2004, pp. 199-203.

4. Pershin G. D., Ulyakov M. S. Analyzing the effect of operating modes of rope saws on natural stone severance performance. Vestnik Magnitogorskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2014, no. 4 (48), pp. 14-21.

5. Akopyan R. V., Lusinyan K.G. A study of the effect of cutting modes on diamond wear of diamond cutting tools. Izuchenie prirodnykh kamennykh materialov i silikatnogo syrya, raz-rabotka effektivnoy tekhniki i tekhnologii proizvodstva [Study of natural stones and silicate raw materials, development of efficient machinery and process technology]. Scientific papers. Yerevan: NIIKS. 1983, pp. 40-49.

6. Levitsky V. G., Sobolevsky R. V. Justification of optimum granite extraction parameters based on cleavage. Vostochno-Evropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy [East European Journal of Advanced Technologies]. 2014, vol. 3, no. 3 (69), pp. 48-52.

Энергетический метод расчета производительности алмазно-канатных машин при добыче облицовочного камня / Пер-шин Г.Д., Уляков М.С., Пшеничная Е.Г., Габбасов Б.М. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т.14. №2. С. 18-24. doi:10.18503/1995-2732-2016-14-2-18-24

Pershin G.D., Ulyakov M.S., Pshenichnaya E.G., Gabbasov B.M. Energy based diamond cutting machine performance calculation method used for facing stone extraction. Vestnik Magnitogorskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2016, vol. 14, no. 2, pp. 18-24. doi: 10.18503/1995-2732-2016-14-2-18-24

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.