Магнитогорск Екатеринбург 2013

Скачать 2.13 Mb.

Название	Магнитогорск Екатеринбург 2013
страница	7/13
Тип	Задача

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Задача

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 13

УДК 679.8.05:330.13

Першин Г.Д., д-р техн. наук,

Митин А.Н., инж.

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный

технический университет им. Г.И. Носова»
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МНОГОПРОХОДНОЙ МНОГОДИСКОВОЙ РАСПИЛОВКИ ПРИРОДНОГО КАМНЯ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ
Дисковые алмазные пилы занимают доминирующее положение на камнеобрабатывающих предприятиях, производящих облицовочные плиты и архитектурно-строительные изделия. С разработкой и внедрением более работоспособного и долговечного алмазно-дискового инструмента диапазон прочности обрабатываемого природного камня всё время расширялся, и к настоящему времени все известные разновидности камня распиливаются данным инструментом. Однако для повышения технико-экономических показателей процесса распиловки прочных горных пород идёт развитие и совершенствование многодисковых камнеобрабатывающих станков. При этом применяемые модификации многодисковых станков распиливают природный камень как за один проход, так и за несколько проходов. В первом случае станки реализуют так называемую многодисковую последовательную схему резания за один проход, когда каждый диск устанавливается вдоль линии резания на своём приводном валу. При таком конструктивном решении возможно и целесообразно применение конвейерного процесса распиловки. Во втором случае все диски монтируются на одном приводном валу, а процесс резания осуществляется по схеме возвратно-поступательного перемещения многодисковой кассеты за несколько проходов относительно распиливаемого блока камня.

Станки, реализующие данную схему, являются модификациями существующих и широко применяемых ортогональных станков для резания горных пород средней прочности (типа мрамор), в которых один диск большого диаметра за один проход осуществляет вертикальный рез, а другой – меньшего диаметра одновременно выполняет горизонтальную подрезку отделяемого от блока камня заготовки. Вертикальный и горизонтальный режущие диски в таких станках устанавливаются на едином мосту, имеющем возможность перемещения в двух плоскостях. В многодисковых станках, реализующих многопроходную распиловку, вертикальные диски устанавливаются на одном мосту, а горизонтальный подрезной диск на другом. Мосты перемещаются в автономном и последовательном режимах, когда после завершения вертикальных пропилов осуществляют горизонтальную подрезку отделяемых заготовок.

Многодисковые станки с кассетным расположением дисков на одном валу в настоящее время широко применяются в камнеобрабатывающей промышленности всех стран. Основными производителями данных станков являются фирмы Италии, Германии и Китая. Однако схемы, реализующие процесс многодисковой распиловки за один проход, получившие название «ступенчатые» (система «scaleta», «лисий хвост»), не нашли должного распространения и широкого промышленного применения, соответствующего своим потенциальным возможностям. Одной из причин такого состояния дел, на наш взгляд, является отсутствие научной проработки технико-экономических возможностей данных процессов со стороны фирм-разработчиков, выпускающих соответствующее оборудование. Перекладывание производителями камнерезного оборудования забот оптимизации режимов резания на производителей продукции из камня и совершенствование конструктивных параметров алмазного инструмента на инструментальную промышленность и приводит к тому, что многие перспективные схемы распиловки так и остаются «перспективными», а иногда даже дискретизируются по причине отсутствия рациональной обоснованности комплекса технологических, технических и конструктивных параметров.

На сегодня очевидна несостоятельность тех фирм-разработчиков камнерезного оборудования, которые, стремясь быстро получить выгоду от выпуска станков, реализующих ту или иную технологическую «новинку», не занимаются усовершенствованием и рационализацией выпускаемого ими оборудования в соответствии с экономическими требованиями минимизации эксплуатационных затрат.

В работах [1-4] последовательно и системно приводятся результаты научно-исследовательских изысканий, направленных на создание методов расчёта основных параметров и показателей многодисковой ступенчатой распиловки природного камня. Целью данной работы является изучение возможностей повышения эффективности многопроходной многодисковой распиловки природного камня высокой прочности «типа гранит».

Так же как и в работе [4], в качестве критерия технологических параметров процесса резания и конструктивных параметров алмазного инструмента примем удельные затраты, связанные непосредственно с операцией обработки:

, (1)
где

– удельные затраты на алмазно-абразивную распиловку, руб./м²;

– стоимость одного часа работы оборудования без учёта стоимости инструмента и электроэнергии, руб./ч;

– стоимость электроэнергии в единицу времени, руб./кВт·ч;

– стоимость одного карата алмазов в инструменте, руб./кар;

– коэффициент использования камнерезного оборудования во времени;

– масса алмазов в каратах, содержащихся в единице объёма алмазонесущего слоя инструмента, кар/м³;

– ширина щели пропила, м;

– потребляемая внешняя удельная энергия, Дж;

– удельный расход (износ) инструмента;

– техническая производительность однодисковой распиловки в один проход, м²/ч.

Представленная экономико-математическая модель поверхностного разрушения горной породы алмазно-абразивным инструментом составлена на основе взаимосвязанных через режимные параметры резания и геометрические параметры пропила критериев процесса взаимодействия системы «порода – инструмент», достаточно характеризующих эффективность применения инструмента в технологическом комплексе добычи и обработки природного камня различной прочности.

Оптимизация предложенной технико-экономической модели с целью определения оптимальных режимных условий и средств разрушения горных пород в процессе пиления становится возможной, если выявлена аналитическая связь между геометрическими параметрами пропила, т.е. его шириной и глубиной. Такая связь находится из статического либо динамического прочностного расчёта режущего инструмента, который и определяет технологические возможности выполнения пропилов заданной глубины. Для дисковых пил основой такого расчёта является условие устойчивости плоской формы корпуса пилы под воздействием сил резания. Потеря устойчивости приводит к искривлению корпуса инструмента и, таким образом, к недопустимым его радиальным и осевым биениям, препятствующим дальнейшей эксплуатации инструмента.

В качестве исходного расчётного условия, обеспечивающего необходимую работоспособность дискового инструмента, примем устойчивость равновесия согласно критерию Эйлера. Как и в работе [4], критическую силу, соответствующую предельному состоянию, при котором обеспечивается плоская форма корпуса дискового инструмента, определим из следующего выражения обеспечивающее безаварийную работу каната на заданный срок. Для дисковых и штрипсовых пил должно выполняться условие, когда устраняется потеря устойчивости плоской формы корпуса пилы под действием сил резания. Условие заданной работоспособности режущего инструмента от вибрационных критериев его оценки записывается в общем виде следующим образом:

, (2)
где Р_КР – критическая сила, соответствующая предельному состоянию, при котором обеспечивается плоская форма дисковой пилы, МПа; Е, μ – модуль упругости и коэффициент Пуассона материала корпуса пилы, МПа; t_КР, D – толщина корпуса и диаметр пилы, м; k_З≈0,5 – коэффициент, учитывающий закрепление корпуса пилы; k_Ф=d_Ф/D (d_Ф – диаметр прижимного фланца, м).

Критическое нормальное усилие найдем как сумму распределенных нормальных нагрузок вдоль зоны контакта инструмента с распиливаемой породой:

, (3)

где k_П – коэффициент прерывистости режущей поверхности инструмента; _n – удельное нормальное давление инструмента на породу, Па; k_В´=b/t – коэффициент, учитывающий превышение ширины (b) алмазного сегмента по отношению к толщине (t) корпуса пилы; σ_п – нормальная удельная нагрузка инструмента на породу, Па; φ_ПР=arccos((k_B+k_Ф)/(k_B+1)) – предельный угол контакта пилы с породой, рад; k_В≈0,05 – коэффициент, учитывающий технический зазор между поверхностью распиливаемого блока камня и прижимным фланцем.

Совместное решение (2) и (3) дает искомую зависимость:

, (4)
где

.

При этом взаимосвязь между предельной глубиной пропила Н и диаметром D инструмента определяется по соотношению

. (5)
В последующих расчетах для однопроходного резания будем принимать

, (6)
где [n] – показатель запаса устойчивости.

Приведённая система уравнений (1)-(6) использовалась ранее в работе [4] для технико-экономического обоснования оптимального диаметра дисковой алмазной пилы путём минимизации удельных эксплуатационных затрат при резании природного камня средней прочности (типа мрамор) за один проход на предельно возможную глубину.

Для варианта многопроходной многодисковой распиловки природного камня необходимо оптимизационную функцию (1), записать с учётом как количества проходов

, так и пил

в кассете. Количество проходов определяется отношением предельной глубины пропила

дисковой пилы к величине её заглубления за один проход

, т.е.

. (7)
В свою очередь, величина

связана с диаметром инструмента D и углом контакта

следующим выражением:

. (8)
Путём расположения тригонометрической функции в степенной ряд с удержанием в нём двух членов, что обеспечивает достаточную точность вычислений для максимальных значений угла контакта в пределах

, выражение (8) преобразуется к виду

. (9)
Подстановка (9) в (7), с учётом (4), даст

. (10)
На основании энергетической теории количественная оценка производительности распиловки природного камня дисковым инструментом за один проход определяется следующим образом [4]:

, (11)
где _р^П - коэффициент разрушения породы; Э_П - энергоемкость материала породы, Дж/мм³; V_р - скорость резания, м/с.

Для многопроходного резания с

количеством дисковых пил в кассете расчётная зависимость технической производительности (11) преобразуется к виду

. (12)
Оптимизационная функция (1) включает параметр

, характеризующий ширину пропила (толщину дискового инструмента), который также должен определяться с учётом количества проходов

. По аналогии с выражением (12) зависимость (6) можно представить как

. (13)
Таким образом, для резания высокопрочного природного камня с количеством проходов

и дисковых пил

в кассете, с учётом (12) и (13), получена следующая оптимизационная функция:

, (14)
где С_в - суммарные удельные затраты на электропотребление и алмазный инструмент, руб./м².

Оптимальное значение количества проходов, соответствующее минимальным удельным эксплуатационным затратам, найдём из экстремального условия:

. (15)
Решением (15) будет являться функциональная зависимость вида

, (16)
из которой следует, что любому заданному количеству проходов, начиная с

, соответствует оптимальное значение количества дисковых пил

в кассете, величину которых будет определять соотношение затрат

, толщина дисковой пилы

и её техническая производительность

, соответствующие однопроходной, однодисковой распиловке природного камня.

При этом необходимо иметь в виду, что показатели оптимизационной функции (1)

взаимосвязаны силовым режимом таким образом, что, задаваясь значением

, мы однозначно определим величины

как функции

.

Для дальнейшего технико-экономического анализа оптимальное соотношение и оптимизационную функцию (1) удобнее записать следующем образом:

, (17)

, (18)
где

;

,

что позволяет в упрощённом виде, путём подстановки (17) в (18), найти в безразмерном виде значение минимальных эксплуатационных затрат в зависимости от количества проходов:

. (19)
Минимальным эксплуатационным затратам (19) будет соответствовать оптимальная величина производительности

(20)
и толщина дисковой пилы (ширина алмазного сегмента)

. (21)
Зависимости (17), (19), (20) и (21) получены на основе технико-экономического обоснования рационального сочетания количества дисковых пил в кассете и её проходов относительно распиливаемого блока камня и являются основополагающими при совершенствовании комплекса технико-технологических и конструктивных параметров процесса многопроходной многодисковой распиловки высокопрочного природного камня.

Форма записей зависимостей (17), (19), (20) и (21) даёт возможность с общих позиций, не рассматривая частные случаи резания камня различной прочности конкретным инструментом, разрабатывать практические рекомендации, существенно повышающие эффективность рассматриваемого процесса.

Как показывают исследования и практика, суммарные удельные затраты

всегда больше удельных затрат

, т.е.

, поэтому их отношение больше единицы

.

Дальнейшие расчёты по зависимостям (17), (19), (20) и (21) и их графическое отображение произведём для ряда значений отношения эксплуатационных затрат, например:

, что позволит сделать обобщающие выводы относительно технологических показателей и конструктивных параметров камнерезных станков, реализующих многопроходную многодисковую распиловку высокопрочного природного камня.

На рис.1 в графическом виде приведена основополагающая зависимость (17), оптимальным образом связывающая количество проходов с количеством дисковых пил в кассете.

Рис. 1. График зависимости количества дисковых пил от проходов при определённом соотношении эксплуатационных удельных

затрат, полученных для однодисковой распиловки природного камня за один проход
Из рис.1 следует, что каждой функциональной зависимости связи между количеством проходов и дисковых пил соответствует определённое соотношение эксплуатационных удельных затрат, полученных для однодисковой распиловки природного камня за один проход. Поэтому анализ затрат для конкретных условий резания высокопрочных горных пород дисковым инструментом за один проход, полученных на основе экспериментальных данных, в дальнейшем должен составить исходную информацию для выработки практических рекомендаций для повышения эффективности процесса многопроходной многодисковой распиловки природного камня.

Изменение минимальных удельных эксплуатационных затрат (в безразмерной форме), рассчитанных по зависимости (19) от количества проходов, показано на рис.2.

Рис. 2. График зависимости минимальных эксплуатационных

затрат от количества проходов при определённом соотношении эксплуатационных удельных затрат, полученных для однодисковой распиловки природного камня за один проход

Независимо от величины соотношения составляющих эксплуатационных затрат

, общая тенденция расчётных графических зависимостей такова, что с увеличением количества проходов минимум эксплуатационных затрат понижается. При этом темпы снижения различные, более интенсивно снижение происходит в интервале

. Данному интервалу проходов, как рациональному, соответствует повышение относительной производительности согласно выражению (20) до значений

(рис. 3).

Рис. 3. График зависимости относительной производительности

от количества проходов при определённом соотношении

эксплуатационных удельных затрат, полученных для однодисковой распиловки природного камня за один проход

Мощность привода дисковых пил по отношению к резанию одним диском за один проход можно выразить следующим образом:

, (22)
где

- мощность главного привода станка, реализующего однопроходное резание одним дисковым инструментом.

Подстановка в (22) оптимальной связи (17) между количеством проходов и количеством дисковых пил даёт

. (23)
Как видим, рациональное соотношение (23) не зависит от количества проходов, а определяется только отношением составляющих эксплуатационных затрат

, от величины которых мощность

может быть как больше, так и меньше единицы.

Проведённые оптимальные исследования дают возможность с технико-экономических и энергосиловых позиций анализировать и, таким образом, проектировать технологию и технические средства, реализующие процесс многопроходного резания природного камня высокой прочности на многодисковых станках.
Литература

Першин Г.Д. Технологические параметры многодисковой последовательной распиловки природного камня // Камень и бизнес, 1998. №1. С.31-32.
Першин Г.Д., Чеботарёв С.И. Пути повышения эффективности распиловки природного камня алмазно-дисковыми пилами по системе "SCALETA" // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 117-129.
Першин Г.Д., Чеботарёв С.И. Концепция алмазосберегающих технологий и режимов обработки природного камня // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 170-178.
Першин Г.Д., Чеботарёв С.И. Условия равной наработки алмазоносного слоя в многодисковых пилах, реализующих ступечатое резание камня // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 203-209.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 13

	Годовой отчёт ОАО «Банк «Екатеринбург» за 2012 год Положение Банка в отрасли Протоколу №29 годового общего Собрания акционеров ОАО «Банк «Екатеринбург» от 31. 05. 2013 г		Решение по жалобе №72/18. 1/2013 21. 10. 2013 г. Екатеринбург Комиссия Управления Федеральной антимонопольной службы по Свердловской области по рассмотрению жалоб на действие (бездействие) организатора...
	Критерии постановки диагноза преэклампсии Авторы: Шифман Е. М. (отв редактор, Москва), Беломестнов С. Р. (Екатеринбург), Вученович Ю. Д. (Москва), Дробинская А. Н.(Новосибирск),...		Программа евразийский Конгресс «Медицина, фармация и общественное здоровье-2013» ...
	Психология сегодня Материалы Х региональной студенческой научно-практической... Психология сегодня [Текст]: Материалы Х регион студ науч практ конф. Екатеринбург, 23 – 24 апр. 2008 г. / Отв за выпуск В. А. Лебедева;...		Решение по жалобе №246-з г. Екатеринбург 09. 03. 2017г Муниципальное казенное учреждение «Многофункциональный центр предоставления государственных и муниципальных услуг муниципального...
	А. В. Куликов (Екатеринбург), Е. М. Шифман (Москва), С. В. Сокологорский... Сокологорский (Москва), А. Л. Левит (Екатеринбург), Э. В. Недашковский (Архангельск), И. Б. Заболотских (Краснодар), Д. Н. Уваров...		Мвц «Екатеринбург-Экспо», г. Екатеринбург, Россия 30 октября 3 ноября 2016 года Повышение квалификации региональных координаторов и старших региональных экспертов JuniorSkills
	Правила оказания услуг акадо-екатеринбург Вступают в действие с 05 июня 2015 г.  Порядок подключения к сети «акадо-екатеринбург». Модернизация и ремонт абонентской кабельной разводки 10		Contacts data, project detail(all fields are mandatory) Почтовый адрес: 620063, г. Екатеринбург, а/я 522. Инн 6659005570 кпп665901001 Фактический адрес: г. Екатеринбург, ул. Шевченко 9,...
	Правила оказания услуг акадо-екатеринбург Вступают в действие с 05 июня 2015 г.  Порядок подключения к сети «акадо-екатеринбург». Модернизация и ремонт абонентской кабельной разводки 11		Микрофинансирование мониторинг сми 03 августа 2017 Московский Комсомолец # Екатеринбург. Урал (eburg mk ru), Екатеринбург, 2 августа 2017
	Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:...		Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:...
	Актуальные вопросы развития экономики и профессионального образования в современном обществе Материалы XII международной молодежной научно-практической конференции 18 марта 2015 г., гг. Екатеринбург, Алматы, Харьков, Елабуга:...		Неотложная помощь при преэклампсии и её осложнениях (эклампсия, hellp-синдром) Клинические рекомендации А. В. Куликов, Е. М. Шифман, С. Р. Беломестнов, А. Л. Левит Уральская государственная медицинская академия...

Магнитогорск Екатеринбург 2013

УДК 679.8.05:330.13

Першин Г.Д., д-р техн. наук,

Похожие: