CC BY
67
3. Предложенная методика определения нормативных значений потерь и разубоживания легко адаптируется к конкретным условиям работы горных предприятий и нацеливает на повышение культуры горного производства.
Список литературы
1. Сайт центра парламентских коммуникаций [Электронный ресурс]. 1Ж: http://www.parlcom.ru.
2. Вохмин, С.А. Планирование показателей извлечения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых: монография / С.А. Вохмин, Ю.П. Требуш, В.Л. Ермолаев. Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002. 160 с.
3. Рыжов, В.П. Развитие основ технико-экономической оценки извлечения полезных ископаемых из недр в работах М.И. Агошкова // Повышение эффективности извлечения руд из недр при подземной разработке месторождений. М.: СФТГП АН СССР, 1975. С. 3-15.
4. Вохмин, С.А. Повышение полноты и качества отработки основных запасов богатых руд Талнахско-Октябрьского месторождения: дис. ... канд. техн. наук: 05.15.02 / Вохмин Сергей Антонович. Красноярск, 1982. 215 с.
5. Сборник руководящих материалов по охране недр. М.: Недра, 1973. 328 с.
6. Байков, Б.Н. Технико-экономическое нормирование потерь и разубоживания полезных ископаемых при добыче / Б.Н. Байков, B.C. Лучко. М.: Недра, 1974. 215 с.
References
1. The website of the centre of parliamentary communications. URL: http://www.parlcom.ru
2. Vokhmin S.A., Trebush J.P., Yermolaev V.L Planning of extraction indicators by underground mining of mineral deposits. Krasnoyarsk: KSAONFM&G, 2002. 160 p.
3. Ryzhov V.P. The development of technical-and-economic assessment of extraction useful minerals from the subsoil in the works M.I.Agoshkova. Increase of efficiency of the extraction of ores from the depths of the underground development of deposits. Moskow: The USSR Academy of Sciences, 1975. P. 3-15.
4. Vokhmin S.A. Increase the completeness and quality testing of the main reserves of rich ores Талнэхско-Oktyabrsky Deposit: dis. ... candidate of technical Sciences: 05.15.02. Krasnoyarsk, 1982. 215 p.
5. Collection of the guidance on the protection of the earth entrails. M.: Nedra, 1973. 328 p.
6. Baykov B.S., Luchko V.S. The feasibility normalization of loss and dilution of the mineral extraction. M.: Nedra, 1974. 215 p.
УДК 622.23.054:621.9.025.7 Першин Г.Д., Митин A.H.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА*
Аннотация. Определение производительности и энергосиловых показателей процесса резания является приоритетным направлением в совершенствовании технологии обработки природного камня.
Для исследования эффективности процесса поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом авторы предлагают модель контактной поверхности породоразрушающего алмазно-абразивного инструмента.
Описывая эту модель, авторы не только дают её геометрические характеристики, но и выводят ряд математических зависимостей, характерных для неё. Введён коэффициент, учитывающий влияние поверхностного предразрушения породы между двумя соседними контактами зёрен. На основании численного значения данного коэффициента становится возможным определение эффективности поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом, рациональных конструкций рабочих элементов алмазно-абразивного инструмента.
Ключевые слова: алмазное зерно, алмазно-абразивный инструмент, пропил, пятно контакта, единичный рез.
Pershin G.D., Mitin A.N.
GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE CONTACT SURFACE OF THE ROCK-BREAKING MODEL OF DIAMOND ABRASIVE TOOLS
Abstract. Determination of performance and energy-power parameters of the cutting process is a priority in improving the technology of processing of natural stone.
To study the effectiveness of the surface damage of rocks diamond abrasive tools, the authors propose a model of the contact surface of the rock cutting diamond abrasive tools.
In describing the model, the authors not only give its geometry, but the outcome of a series of mathematical functions typical for her. Introduced a coefficient that takes into account the influence of surface pre-fracture rock between two adjacent contacts of the grains. Based on the numerical value of this ratio is then possible to determine the effectiveness of surface weathering of rocks diamond abrasive tools, sound design work items of diamond abrasive tools.
Keywords: diamond grit, diamond grinding wheels, propyl, contact patch, a single cut.
Модель режущей поверхности алмазно- ной линии резания. Размеры зёрен регламентируются
абразивного инструмента может быть представлена ГОСТ 9206-80 «Порошки алмазные. Технические
набором рабочих, т.е. активно контактирующих с по- условия», который включает 18 групп зернистости в
родой зёрен, количество которых удобнее рассматри- зависимости от области применения.
вать в пределах некоторой базовой длины контактной Форму зёрен в интересах простоты аналитическо-
поверхности инструмента, например шага зёрен в од- го описания напряжённо-деформированного состоя-
ния контакта (НДС) необходимо выбирать из ряда
Работа выполнена при финансовой поддержке федеральной простейших Геометрических фигур, Например В ВИДе Программы направленной на коммерциализацию наукоёмких раз- , обладающей СВОЙСТВОМ осево
работок в области нанотехнологии и наноматериалов, новых мате- т 1
риалов и энергоресурсосбережения. ВаЖНО ДЛЯ КИНемаТИЧеСКИХ расчётов.
Геометрическая характеристика модели режущей поверхности инструмента включает также и выбор закономерности взаимного расположения рабочих зёрен. Минимальному количеству рабочих зёрен на контактной поверхности инструмента с породой будет отвечать такое условие их взаимного расположения, при котором осуществляется полное поражение забоя по ширине пропила в процессе перемещения инструмента вдоль распиливаемой породы. Оптимальную поверхностную концентрацию рабочих алмазных зёрен определим на элементарной контактной площади, ограниченной шириной инструмента Ь и шагом их расположения в одной линии резания ^ (рис. 1). В этом случае из множества всех выступающих над уровнем металлической связки зёрен к рабочим можно отнести только те, у которых проекции пятен контактов, расположенные по ширине инструмента, соприкасаются между собой. Остальная часть зёрен, в пределах рассматриваемой элементарной контактной площади, несмотря на то, что их вылет над уровнем связки такой же, как и у рабочих, являются в рассматриваемый момент времени балластными.
Балластные зёрна упруго взаимодействуют с поверхностью горной породы, не нарушая её сплошности, участвуют в процессе измельчения шлама, увеличивая тем самым непроизводительные затраты энергии и не выполняют, таким образом, полезную работу. Поэтому при оценке эффективности процесса поверхностного разрушения горных пород необходимо брать во внимание взаимодействие только активных рабочих зёрен инструмента.
Рис. 1. Модель поверхности алмазно-абразивного инструмента
Согласно разработанной модели поверхности алмазно-абразивного инструмента рабочие зёрна предложено располагать вдоль диагонали элементарной контактной площади р = Ь ■ ҐІ, которая с продольной осью и образует угол ц/ (см. рис. 1). Данной
модели соответствуют следующие геометрические взаимосвязи:
81П^ =
2а + Д
__________а
2г + Д
(1)
(2)
где а - радиус пятна контакта, м; Г - радиус шаровой сферы, имитирующей алмазно-абразивное зерно, м; Д а - зазор между проекциями пятен контакта рабочих зёрен с породой, обусловленный зоной предразруше-ний, которая образуется за счёт влияния на поверхностное разрушение за пределами радиусов пятен соседних контактов, м; ДГ - зазор между соседними зёрнами в линии их расположения, обусловленной фактической поверхностной концентрации рабочих зёрен, м.
Выражение (2) можно записать в следующей форме:
(
1 + А„/ 2 а 1+ Д, /2г
Л
а
к„
(3)
Для случаев когда:
ка = 1 - имеем соприкосновение проекций пятен контактов вдоль ширины пропила;
кг = 1 - имеем плотный контакт шаровых сфер зёрен вдоль диагонали элементарной площади контакта, расположенной под некоторым углом ц/ [1].
Расчёт величины коэффициента кг = 1 построим на основе взаимосвязи поверхностной удельной концентрации рабочих алмазных зёрен пр и геометрических характеристик режущей поверхности инструмента в соответствии с её предложенной моделью:
(4)
(2г + Аг )• Ь • 008^
откуда
А = -
1
2г ■ Ь ■ пр. • 008^
Подстановка (5) в (3) даёт: 8Іп^ = 2ка ■ а ■ Ь ■ прР • 008^
или
(5)
tgw = 2ка ■ а • Ь • п
(6)
Совместно решая (1) и (6), получим основную зависимость геометрических характеристик контакта:
tl ~
1
2к ■ а ■ пр
(7)
Выражая радиус пятна единичного контакта через его относительную глубину к3 по формуле
1
пі =
I ---\ 0,5
а = г ^ 2Нз ^ ,
получим для (7) следующую взаимосвязь:
tl ~
1
2ка • пР • Г (2К )
(8)
(9)
где Нз = Нз / Г - относительное заглубление зерна в породу (деформация внедрения).
Взаимосвязь (9) описывает статистический контакт, в случае динамического контакта, когда имеем перемещение инструмента относительно распиливаемой породы, задняя поверхность алмазного зерна не несёт нагрузки, поэтому имеем следующее ^
соотношение [2]:
Численные расчёты величины коэффициента ка проводим на основании экспериментальных данных работы [6] по резанию различных горных пород (ко-елгинский мрамор, карагандинский песчаник, янцев-ский гранит, шокшинский кварцит) единичным алмазным зерном, зернистостью гср=360 мкм. В результате было установлено, что расстояние между резами, при котором происходит полное разрушение целиков породы, составляет tp = 6Н3 для различных заглублений в пределах Ьр=0,05-0,1 мм, т.е. при изменении глубины резания в два раза. На рис. 2 приведена графическая зависимость изменения ка от кз, полученная на основании данных экспериментов.
= 2,
(10)
учёт которого для (9) даёт окончательную зависимость
tl ~'
2к„
• пр ■ г
(*)°
(11)
где ^кз ^ ^кз ^ - относительная глубина
внедрения зерна в породу в динамическом и статистическом состояниях инструмента.
Коэффициент ка в зависимости (11) учитывает влияние зоны поверхностного предразрушения породы между двумя соседними контактами зёрен. Если ка <1, то проекции пятен контактов перекрываются друг с другом, а в случае ка =1 они только соприкасаются друг с другом. Для значениякоэффициента ка >1 имеемзазор между проекциями пятен контактов. Установить величину коэффициента ка наиболее простым способом для каждого конкретного случая можно на основании экспериментальных исследований по резанию горных пород единичным алмазным зерном.
Для дальнейшего анализа зависимости коэффициента ка от силовых условий контакта проведём преобразование, для чего величину зазора между проекциями пятен контакта представим в следующем виде:
Д„ = пк - 2а .
где п =— (t - расстояние между соседними еди-к р
ничными резами).
С учётом данного выражения для величины к получаем
Рис. 2. Зависимость изменения ка от к3, полученная на основании данных экспериментов
Как видно из рис. 2, разрушение целиков между соседними единичными резами достигается при различном значении коэффициента ка в зависимости от заглубления алмазного зерна в породу. Чем больше заглубление, тем выше значение коэффициента ка , который отражает эффективность поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом.
Полученная зависимость (11) связи геометрических характеристик поверхности резания горных пород алмазно-абразивным инструментом является основополагающей для аналитических расчётов:
- производительности резания по кинематической теории [3];
- энергосиловых показателей процесса резания по энергетической теории [4, 7];
- напряжённо-деформированного состояния
(НДС) контакта [5];
- рациональной конструкции рабочих элементов алмазно-абразивного инструмента [6].
(12)
к„ =
пк
Список литературы
1. Першин Г.Д., Церман С.И. Методические основы расчёта рациональ-(13) ной конструкции алмазоносного элемента камнерезных пил // Добы-
ча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2010. С. 295-302.
1
2. Першин Г.Д., Ахметшин А.М., Михайлов А.А. Оценка эффективности процесса поверхностного разрушения природного камня с учётом активно работающих зёрен алмазно-абразивного инструмента// Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 233-240.
3. Першин Г.Д., Ахметшин А.М., Павлов А.С. Кинематика процесса резания природного камня алмазно-дисковым инструментом // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2007. С.180-188.
4. Першин Г.Д., Павлов А.С. Энергетический паспорт поверхностного разрушения природного камня алмазно-абразивным инструментом // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2009. С. 217-224.
5. Першин Г Д., Митин А Н. Напряжённо-деформированное состояние контакта алмазно-дискового инструмента с распиливаемой породой // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2011. С. 225-236.
6. Алмазный инструмент для разрушения крепких горных пород / А.Ф. Ки-чигин, С.Н. Игнатов, Ю.И. Климов, В.Д. Ярёма. М.: Недра, 1980. 159 с.
7. Першин Г.Д., Садиков Е.В. Технико-экономическме показатели работы алмазно-канатных пил при добыче блочного камня // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2003. Вып. 4. С 45-47.
t----------------------------------------------------------------
References
1. Pershin G.D., Tserman S.I. Methodological basis for calculating rational design element diamond masonry saws // Production, processing and use of natural stone: Sat. scientific. mp. Magnitogorsk, 2010. P. 295-302.
2. Pershin G.D., Akhmetshin A.M., Mikhailov A.A. Assessment of the effectiveness of the process of destruction of the surface of natural stone with the active grains of diamond abrasive tools // extraction, processing and use of natural stone: Sat. scientific. mp. Magnitogorsk, 2005. P. 233-240.
3. Pershin G.D., Akhmetshin A.M., Pavlov A.S. Kinematics of cutting natural stone diamond disk tool // Production, processing and use of natural stone: Sat. scientific. mp. Magnitogorsk, 2007. P. 180-188.
4. Pershin G.D., Pavlov A.S. Energy Passport surface damage natural stone diamond abrasive tools // Production, processing and use of natural stone: Sat. scientific. mp. Magnitogorsk, 2009. P. 217-224.
5. Pershin G.D., Mitin A.N. Stress-state contact diamond disk tool with sawn rock // extraction, processing and use of natural stone: Sat. scientific. mp. Magnitogorsk, 2011. P. 225-236.
6. Diamond tools for breaking hard rock / A.F. Kichigin, S.N. Ignatov, Y.I. Klimov, V.D. Yarema. Moscow, Nedra, 1980. 159 p.
7. Pershin G.D., Sadikov E.V. Techno-ekonomicheskme performance diamond wire saws in the extraction of block stone // Vestnik MGTU named after G.I. Nosov. Vol 4. Magnitogorsk, 2003. P. 45-47.
УДК 622.2
Константинова C.A., Аптуков B.H., Мерзляков А.Ф.
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ОБРАЗЦА НА СКОРОСТЬ КРАТКОВРЕМЕННОЙ РЕЛАКСАЦИИ И ПОЛЗУЧЕСТИ СИЛЬВИНИТА, КАРНАЛЛИТА И КАМЕННОЙ СОЛИ*
Аннотация. Реологические свойства соляных пород изучаются, как правило, при больших временах (дни-месяцы). Представляет интерес анализ их реологического поведения в кратковременном диапазоне (минуты-десятки минут) в связи с построением моделей механического поведения соляных пород при активных нагрузках и небольших временах; интерпретацией стандартных экспериментальных данных (предел прочности на сжатие, предельная деформация, модуль деформации и т.п.), получаемых при постоянной скорости нагружения в течение обозначенного времени. Представлены результаты эксперимента для соляных пород, полученные на универсальной испытательной машине Zwick/Roell-Z250, показано влияние геометрии образца на скорость кратковременной релаксации и ползучести.
Ключевые слова: соляные породы; экспериментальные исследования; кратковременная релаксация и ползучесть; геометрия образца.
Konstantinova S.A., Aptukov V.N., Merzlyakov A.F.
THE SPECIMEN GEOMETRY EFFECT ON THE SHORT-TERM SYLVINITY, CARNALLITE,
ROCK SALT RELAXATION AND CREEP RATE
Abstract. Rheological properties of salt rocks are generally studied within long time (days, months). Salt rock short-term (within minutes or tens of minutes) rheological behavior analysis is of interest being concerned with construction of models of salt rocks mechanical behavior under active loads and within short time; interpretation of standard test data (ultimate compressive strength, ultimate strain, modulus of deformation, etc.), obtained at a constant rate of loading within specified time. Results of the rock salt specimen tests conducted in the Zwick/Roell-Z250 universal testing machine are presented laying special emphasis on the specimen geometry effect on the short-term relaxation and creep rate.
Keywords: salt rocks, experimental studies, short-term relaxation and creep, the specimen geometry.
Эксперименты с использованием сильвинитовых образцов различной геометрии (И / й = 0,5; 1,0; 2,0), отобранных из слоя № 3 пласта Вс на Верхнекамском месторождении калийных и магниевых солей, проводились в режимах релаксации и ползучести. Сначала образцы нагружали до уровня напряжения 10 МПа. Затем, с фиксацией положения траверсы, нагружение прекращали на 20 мин, в течение которых в образце отмечали релаксацию напряжений.
Испытания в режиме ползучести проводили при
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.1.2/5135).
нагружении образцов сильвинита до уровня напряжения 10 МПа. После фиксации усилия траверсы испытательной машины в течение 20 мин наблюдали рост относительной деформации образца.
Подобные эксперименты с образцами карналлита пласта Вк (И / й = 1,0) слоя №4 проводились в режиме релаксации при уровнях нагрузки 5 МПа. С прекращением перемещения траверсы испытательной машины в течение 20 мин (рис. 1) напряжение в образце упало до 3,1 МПа (на 37,1%).
Испытание образца карналлита в режиме ползучести проводили при нагружении до уровня напряжения 5 МПа. Затем движение траверсы испытатель-
