Введение к работе
Актуальность работы. В последние десятилетия возросло потребление блочного камня из мраморных, гипсовых и других пород. В строительной индустрии широко используются плиты из мрамора для облицовки зданий и оформления интерьеров. Гипсовые каменные блоки применяют для возведения стен и внутренних перегородок малоэтажных домов.
Добыча природного камня и его распиловка в зависимости от технологии производства осуществляются канатными пилами с бесконечным движением рабочего органа или дисковыми станками.
Недостатком дискового пиления являются весьма ограниченные размеры блоков, лимитированные диаметром дисковой фрезы. Недостаток канатного пиления с бесконечным движением рабочего органа заключается в его нерациональном использовании, так как канат с размещенными на нем фрезами, алмазными втулками или армированный алмазами контактирует не только с каменным блоком в зоне реза, но и с приводными и обводными блоками распиловочной установки. Работа установки сопровождается частыми обрывами дорогостоящего рабочего органа.
В середине 60-80-х годов прошлого века были разработаны и изготавливались канатные пилы с возвратно-поступательным движением рабочего органа. Концы гибкого режущего органа этих пил соединялись с тяговыми канатами, непосредственно участвующими в передаче тягового усилия от привода пилы. В этом случае дорогостоящий рабочий орган имеет длину в 5-10 раз меньшую, чем у канатной пилы с бесконечным движением режущего органа. Однако эти пилы бьши сняты с производства из-за частых обрывов гибких звеньев вследствие особенности кинематической схемы привода пилы типа ПП, не обеспечивающей синхронное движение ведущей и ведомой ветвей каната.
В то же время простота рычажно-роликового реверсирующего механизма канатной пилы и наличие режущих элементов на небольшой длине гибкого каната позволят улучшить технико-экономические показатели процесса пиления природного камня за счет синхронизации движения ведущей и ведомой тяговых ветвей каната.
Поэтому обоснование и выбор параметров канатной пилы для резания природного камня за счет установления закономерностей формирования параметров рычажно-роликового реверсирующего механизма с
синхронизированным возвратно-поступательным движением тягового каната канатной пилы от скорости ее подачи, кинематических и конструктивных параметров реверсора и физико-механических характеристик природного камня являются актуальной научной задачей.
Целью работы является установление закономерностей формирования параметров рычажно-роликового реверсирующего механизма с синхронизированным возвратно-поступательным движением тягового каната канатной пилы от скорости ее подачи, кинематических и конструктивных параметров реверсора и физико-механических характеристик природного камня.
Идея работы заключается в минимизации нагрузок в канатной пиле для резания природного камня за счет оснащения ее рычажно-роликовым реверсирующим механизмом с корректирующим устройством. Основные научные положения, выносимые на защиту:
математическая модель формирования нагрузок при достижении максимального тягового усилия в гибком органе пилы возвратно-поступательного действия, учитывающая скорость подачи, кинематические и конструктивные параметры рычажно-роликового реверсора, тяговых канатов и режущего инструмента, с учетом физико-механических характеристик разрушаемой горной породы;
для обеспечения синхронного движения тяговых ветвей каната пилы наиболее рациональной является схема механизма рычажно-роликового реверсора с корректирующим устройством в виде взаимодействующих с ведущей и ведомой ветвями спаренных двуплечих рычагов с роликами, контактирующими со специально спрофилированными кулачками;
для заданного хода режущего органа существует рациональное сочетание геометрических параметров: радиуса водил, диаметра блоков и координат размещения отклоняющих блоков относительно центра вращения водил рычажно-роликового реверсора, обеспечивающее наиболее компактную и наименее металлоёмкую конструкцию пилы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на применении современных научных методов исследований, включающих:
- аналитические исследования с использованием фундаментальных
положений теоретической механики твердого тела;
- математическое моделирование и системный анализ процесса
нагружения пилы;
подтверждение экспериментальными данными результатов, полученными в лабораторных условиях;
- сопоставление расчетных параметров, полученных из аналитических
зависимостей, с экспериментальными данными (расхождение между
аналитическими и экспериментальными данными укладывается в
доверительный интервал с вероятностью 95%, погрешность отклонения
не более 15%).
Научное значение работы заключается в разработке математической модели формирования максимального тягового усилия в гибком органе пилы возвратно-поступательного действия в зависимости от режимов резания и физико-механических характеристик горной породы; в определении рационального сочетания геометрических параметров рычажно-роликового реверсора, а также в установлении взаимосвязей между кинематическими, конструктивными и энергетическими параметрами пилы, что является развитием теории резания горных пород канатными пилами.
Практическое значение работы состоит в разработке методики проектирования рычажно-роликового реверсирующего механизма пилы по заданной структурной схеме, обеспечивающего снижение энергоёмкости процесса резания, а также повышение эксплуатационной производительности пилы.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Разработанная методика проектирования рычажно-роликового реверсирующего механизма пилы принята в ООО «КНАУФ ГИПС НОВОМОСКОВСК» при разработке опытно-промышленного образца пилы возвратно-поступательного действия для добычи ангидрита.
Научная новизна и личный вклад автора состоит в аналитическом описании формирования нагрузок в гибком органе пилы возвратно-поступательного действия в зависимости от конструктивных параметров пилы, режимов резания и физико-механических характеристик разрушаемой горной породы.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили одобрение:
- на научных симпозиумах: «Неделя горняка-2008», «Неделя горняка-
2009» , «Неделя горняка-2010» (г. Москва, МГГУ) и семинарах горномеханического факультета МГГУ;
- на международной конференции «IX Szkola Geomechaniki 2009»,
октябрь 2009 (Польша).
- на международной конференции «14 Inernational Symposium
GEOMECHANICS 2011», октябрь 2011 (Польша).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в издательствах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, и один Патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка использованных источников информации из 107 наименований и включает 35 рисунков и 8 таблиц.
