CC BY
4УДК 622.35:621.93.025.7
ЕличевК.А., к.техн.н.
доцент
кафедра «Механизация и автоматизация производства»
Пинт Э.М., к. техн. н. профессор, доцент
кафедра «Механизация и автоматизация производства»
Петровнина И.Н., к.техн.н.
доцент
кафедра «Механизация и автоматизация производства»
Морозов А.А. студент
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства Россия, г. Пенза ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЗАНИЯ ДЕКОРАТИВНОГО БЕТОНА
Аннотация
В работе проводились экспериментальные исследования по оптимизации параметров резания декоративного бетона с точки зрения получения высокой производительности при минимальных затратах. Получена регрессионная зависимость потребляемой мощности от величины подачи инструмента. Кроме того, проведена оценка интенсивности изнашивания инструмента от свойств обрабатываемого материала. Определены оптимальные параметры резания, а именно скорость подачи S и окружная скорость резания Vp.
Ключевые слова: алмазный диск, абразивность, параметры резания, мраморовидный известняк.
Elichev K.A., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Associate Professor of the Department «Mechanization and automation of
production»
Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza
Pint E.M., Candidate of Technical Sciences, Professor Associate Professor of the Department «Mechanization and automation of
production»
Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza
Petrovnina I.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Associate Professor of the Department «Mechanization and automation of
production»
Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza
Morozov A.A., tudent Penza State University of Architecture and Construction
Russia, Penza
OPTIMIZATION OF CUTTING DECORATIVE CONCRETE
PARAMETERS
Annotation
Experimental studies were carried out to optimize the cutting parameters of decorative concrete from the point of view of obtaining high productivity at minimal cost. A regression dependence of the power consumption on the tool feed amount is obtained. In addition, an assessment of the intensity of tool wear on the properties of the material being processed was conducted. The optimal cutting parameters are determined, namely, the feed rate S and the peripheral cutting speed Vp.
Key words: diamond disc, abrasiveness, cutting parameters, marbled limestone.
В качестве режущего инструмента в опытах применялись алмазные круги диаметрами 320 и 400 мм со сплошной режущей кромкой и алмазный сегментный диск диаметром 500 мм для пробных резов. Исследования параметров резания проводились при распиловке декоративных блоков с сопротивлением сжатию 200 кг/см2 и более, соответствующим прочности бетонных плит, применяемых в покрытиях полов и наружных площадок.
Мощность резания. В общем виде мощность резания камня можно представить в виде [1, 2, 3]:
Np = m0 + CVnHVpx, [кВт],
где: Vp - окружная скорость резания;
m0, C, x - эмпирические коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств камня.
При постоянстве Н и Vp видно, что приведенная выше зависимость мощности резания от скорости подачи носит линейный характер.
Физический смысл формулы заключается в том, что к потребляемой мощности на резание прибавляется постоянная m0, которая объясняется боковым трением алмазного инструмента о стенки пропила. С увеличением прочности и абразивности материала значение m0 растет.
Математическая обработка экспериментальных данных по резке декоративных бетонов на разных заполнителях привела к функциональной зависимости вида:
Np = a + bS,
где: S -скорость подачи инструмента.
Коэффициенты этого уравнения приведены в табл. 1.
Таблица 1
№ п/п Наименование пород заполнителей испытуемых бетонов Коэффициенты
а Ъ
1 Бодракский известняк 0,25 5,31
2 Коелгинский мрамор 0,901 10,014
3 Новоданиловский гранит 0,151 10,5
4 Артикский туф 0,05 3,76
5 Обычный портландцемент М-500 0,95 10,903
Мощность, потребляемая при резании бетона, зависит от его механической прочности (Ясж) и других свойств компонентов смеси и затвердевшего бетона. Мощность резания бетонов различной прочности при одинаковой глубине резания Н = 150 мм резко возрастает с увеличением подачи. Таким образом, с увеличением прочности мощность резания растет, и она тем больше, чем выше предел прочности бетона при сжатии [4].
При резании бетонов важную роль играет абразивность и при ее увеличении обрабатываемость материала ухудшается.
Абразивность - это свойство обрабатываемого материала изнашивать инструмент. В опытах абразивность определялась по методике, суть которой заключалась в истирании образцов-цилиндриков из калиброванной стали (диаметром 8 мм, длиной 80 мм, с отверстием на одном конце диаметром 4 мм и глубиной 10...12 мм) при вращении их на сверильном станке о поверхность испытуемого материала при условиях: осевое давление - 15 кг; скорость вращения шпинделя - 400 об/мин, материал стержней - сталь-серебрянка. Истирание производилось по 10 мин для каждого образца.
Испытания показали, что средняя абразивность бетонов на бодракском известняке - 0,8 мг, а на гранитном заполнителе Ново-Даниловского месторождения - 35.75 мг. Абразивность бетонов (на мраморах и мраморовидных известняках отобранных горных пород) составила от 8,4 до 9,6 мг, а затвердевшего камня из портландцемента обычного (М-500) - 4,4 мг, белого (М-400) - 0,75 мг. Показатель абразивности коелгинского мрамора составил 0,05 мг, бираканского 0,15 мг, а лондоковского мраморовидного известняка - 2,55 мг.
Работа резания. Работа, затраченная на резание, выражается формулой:
А = Ыр Т,
где Т - время работы диска.
Время работы диска при распиловке материала длиной Ь будет:
т = Ь
Б .
Учитывая последнее значение Т, работа будет равна:
л=Ы*±
Б
Разделив работу А на объем пропила (объем реза), получим удельную
работу:
Ао = — =
А А
Уо Ь ■ В ■ Н
где ¥0 - объем пропила в м3, Ь - длина блока в м, В - ширина пропила в м, Н - глубина (высота) пропила в м.
Опыты показали, что наибольшая удельная работа приходится на бетон со щебнем из салиэтского мраморовидного известняка, а наименьшая - на бетон со щебнем из бодракского известняка.
Плиты, вырезанные из камнебетона, имели следы выпавших зерен камня. Несмотря на это, такие плиты можно применять для покрытия полов и площадок. Плиты, вырезанные из бетонных блоков, имели хороший внешний вид, без видимых крупных раковин и каверн [5].
Установлено, что оптимальными параметрами резания декоративных бетонов при одинаковой глубине (Н = 150 мм) являются: 5 = 0,55 м/мин,
Щ = 6...8 кВт. Критерием оптимальности является наибольшая производительность. При увеличении скорости подачи производительность резко растет:
Пт = Н 5, [м2/мин], где: Н - глубина (высота) резания, м, 5 - скорость подачи, м/мин.
Следует отметить, что резание декоративных бетонов со скоростью подачи, превышающей 5 = 0, 55 м/мин, резко ухудшает качество плит. При этой скорости в процессе резания алмазный инструмент скалывает крупный заполнитель. Поэтому, при резании блоков с оптимальной скоростью 5 = 0,55 м/мин исключается скалывание щебня.
Износ инструмента измеряли двумя способами: скобообразным измерителем с микрометрическим винтом (точность 0,01 мм) и приспособлением с индикатором (точность 0,001 мм).
Удельный расход алмаза q приближенно определяется по формуле:
И5 , [карат/м2],
где АИ - линейный износ алмазоносных сегментов по высоте, мм, И - высота алмазоносных сегментов, мм, Q - количество алмаза 1 круге, карат, 5 - площадь пропила, м2.
Наибольший износ инструмента наблюдался у бетонов с гранитным заполнителем (3,04 карат/м2), а наименьший - у бетонов на колгинском мраморе (0,175 карат/м2). Износ алмазного инструмента при резании декоративных бетонов на ново - даниловском граните почти в 17 раз больше износа при резании на коелгинском мраморе[3, 6, 7].
При оптимальных условиях резания блоков с карбонатным
заполнителем одной пилой можно обеспечить производительность:
п==0,6:М=0,116
T 2'06 [м2/мин],
где: L - длина блока, м,
H - глубина (высота), м,
T - время резания, мин.
При многодисковой распиловке производительность будет
П = (n +1)
T [м2/мин],
где п - количество алмазных пил, шт.
При п — 1 производительность составит 0,928 м2/мин.
Фактическая производительность Пф с учетом коэффициента машинного времени KM будет
Пф = L-H KM (n +1)
T [м2/мин].
В данной работе KM = 0,76. Тогда фактическая производительность будет равна 0,705 м2/мин.
Из выше изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Алмазное резание при соблюдении оптимальных условий обеспечивает получение качественных плит, которые в дальнейшем должны подвергаться шлифованию, а для облицовки и полированию.
2. Мощность резания находится в линейной зависимости от подачи и может быть представлена в следующем виде: Np = a + bS. Учитывая малые значения коэффициента а для практических расчетов его величиной можно пренебречь.
3. Оптимальными условиями резания декоративных бетонов являются: Vp = 38...40 м/сек, S = 0,55 м/мин. В этих условиях может быть обеспечена производительность при работе одной пилой - 0,116 м2/мин при минимальном износе инструмента.
4. Износ инструмента, выраженный в карат/м2 (алмазного порошка) при резании бетонов на гранитном заполнителе, равен 3,04, а при резании бетонов на мраморном заполнителе - 0,175.
Использованные источники:
1. Першин Г.Д., Уляков М.С. Обоснование способов подготовки к выемке блочного природного камня высокой прочности // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. №4 (32). С. 14-19.
2. Першин Г.Д., Караулов Н.Г., Уляков М.С. The research of high-strength dimension stone mining technological schemes in Russia and abroad // Сборник научных трудов SWorld. Вып. 2. Т. 11. Одесса: КУПРИЕНКО, 2013. С. 64-73.
3. Сопилкин Г.В. Использование полиномиальных моделей при обработке больших массивов информации / Г.В. Сопилкин, А.Е. Серик, В.И. Исаенко,
B.А. Сидоров // Экономика и математические методы. Т. XXV. - 1989. - с. 1129-1132..
4. 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.
5. Чирков С.Е., Присташ В.В. Энергетические показатели разрушения горных пород различными способами // Горные машины и автоматика. -2002.-№10.-С. 29-33.
6. Першин Г.Д., Уляков М.С. Анализ влияния режимов работы канатных пил на себестоимость отделения монолитов камня от породного массива // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2.
C. 125-135.
7. Бычков Г.В., Кокунин Р.В. Оптимальные способы вскрытия рабочих горизонтов на перспективных и эксплуатирующихся месторождениях природного камня // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2007. С. 83-92.
