Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 9
1.1. Гидроструйный способ обработки горных пород и его практическое использование
1.2. Анализ результатов исследований гидроструйной обработки горных пород и прочных материалов
1.3. Анализ основных элементов технологии гидроструйной обработки 35
поверхностей
1.4. Цель и задачи исследований 42
2. Методика и техника исследований 43
2.1. Факторы и показатели, определяющие и характеризующие процесс гидроструйной обработки горных пород 43
2.2. Общие положения методики 47
2.3. Стендовая база 50
2.4. Гидроструйный инструмент 65
2.5. Измерительная аппаратура 71
2.6. Характеристика горных пород 73
Выводы 74
3. Исследование влияния геометрических и гидравлических параметров гидроструйного инструмента на структуру высоконапорной струи
3.1. Влияние гидравлических параметров инструмента на длину активного участка струи высоконапорной воды 75
3.2. Влияние гидравлических параметров инструмента и расстояния до обрабатываемой поверхности на ширину активного участка струи 83
Выводы 91
4. Исследование влияния геометрических, гидравлических и режимных параметров инструмента на показатели процесса гидроструйной обработки
4.1. Влияние гидравлических параметров инструмента на показатели процесса гидроструйной обработки при удалении незначительных по толщине слоев 92
4.2. Влияние расстояния от среза струеформирующей насадки до поверхности обрабатываемого материала на ишрину гидроструйной обработки при удалении относительно толстых слоев 100
4.3. Влияние гидравлических 'и режимных параметров гидроструйного инструмента на показатели процесса гидроструйной обработки при удалении значительных по толщине слоев 115
4.3.1. Влияние гидравлических и режимных параметров инструмента на ширину гидроструйной обработки 115
4.3.2. Влияние давления высоконапорной ьоды. на удельную энергоёмкость процесса гидроструйной обработки 132
4.4. Анализ и обобщение экспериментальных данных и разработка метода расчета режимов работы гидроструйного инструмента 159
Выводы 165
5. Метод расчета основных показателей и параметров процесса обработки горных пород гидроструйным инструментом 167
5.1. Методика расчета режимов работы гидроструйного инструмента камнеобрабатывающего станка и выбора высоконапорного оборудования для гидроструйной обработки горных пород 167
5.2. Комплект оборудования для реализации технологии гидроструйной обработки горных пород172
5.3. Пример расчета режимов работы гидроструйного инструмента камнеобрабатывающего станка и выбора высоконапорного оборудования для гидроструйной обработки горных пород 174
Выводы 182
Заключение 183
Литература
- Анализ результатов исследований гидроструйной обработки горных пород и прочных материалов
- Гидроструйный инструмент
- Влияние гидравлических параметров инструмента и расстояния до обрабатываемой поверхности на ширину активного участка струи
- Влияние гидравлических 'и режимных параметров гидроструйного инструмента на показатели процесса гидроструйной обработки при удалении значительных по толщине слоев
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из направлений развития горной техники является реализация гидротехнологий, основанных на использовании энергии высоконапорных струй воды. Применяемые в настоящее время традиционные способы обработки природного камня, в частности, механический, имеют ряд недостатков, существенно сдерживающих расширение области применения такого оборудования.
Известные результаты научных исследований определили целый ряд достоинств гидроструйной обработки горных пород и показали, что камнеобрабатывающие станки, в которых роль породоразрушающего инструмента выполняют тонкие высоконапорные струи, могут эффективно использоваться как для раскроя породных плит (гидрорезка), так и для обработки породных образцов с целью придания им определенной формы (гидрофрезерование), а также для удаления поверхностного слоя материала (гидроочистка). Универсальность струй как инструмента и их способность разрушать даже крепкие породы, высокая скорость резания, отсутствие пыли и реакции забоя на инструменте, эрозионный характер разрушения, при котором происходит удаление верхнего слоя обрабатываемого материала без нарушения его внутренней структуры, делает гидротехнологии весьма перспективными. Однако, если механизм гидрорёзкй достаточно глубоко изучен, то для гидрофрезерования и гидроочистки закономерности процесса не установлены.
При участии автора разработан комплект оборудования для гидроструйной обработки. Оборудование позволяет осуществлять гидрофрезерование и гидроочистку не только горных пород, но и различных конструкционных и строительных материалов, однако, отсутствие исследований по определению влияния гидравлических, геометрических и і режимных параметров" инструмента на показатели процесса, а также отсутствие обоснованных методов выбора высоконапорного1 оборудования
5 сдерживают практическое применение такой техники и определяют
актуальность работы. . ^ - '
Работа выполнялась то темам НИР- ТулГУ (грант Администрации;; Тульской области № ГШ72/Д 0033-Ц), а также в рамках международного гранта Европейского фонда INTAS (проект INTAS 00-0268).
Цель работы. Установить закономерности процесса обработки горных пород высоконапорными струями для выбора и обоснования рациональных параметров гидроструйного инструмента, обеспечивающих расширение области его эффективного применения.
Идея работы. Эффективность гидроструйной обработки горных пород достигается путем обеспечения рациональных режимов работы на основе выявленной взаимосвязи гидравлических, геометрических и режимных параметров инструмента с показателями процесса, с учётом структуры высоконапорной струи в пределах её активного участка.
Метод исследования - комплексный, включающий научный анализ и обобщение опыта ранее выполненных работ по гидроструйному разрушению горных пород и материалов, а также опыта эксплуатации машин с гидроструйным инструментом; экспериментальные исследования структуры тонких высоконапорных струй и процесса их взаимодействия с горными породами; обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятностей и математической статистики на ЭВМ.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
установлены закономерности изменения длины и ширины активного участка высоконапорной струи в зависимости от геометрических :и гидравлических параметров инструмента, позволяющие определить рабочую зону струи для реализации технологии гидроструйной обработки горных пород; 1
установлены закономерности процесса гидроструйной обработки с учетом геометрических, гидравлических и режимных параметров
инструмента и прочности разрушаемого материала, обеспечивающие обоснование показателей работы гидроструйного инструмента.
-:- на основании исследований взаимосвязи прочностных свойств горных пород, геометрических, гидравлических и режимных параметров инструмента с показателями процесса гидроструйной обработки выявлены области минимальных удельных энергозатрат, что позволило установить рациональные давления воды и расстояния между срезом струеформирующей насадки гидроструйного инструмента и обрабатываемой поверхностью.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом экспериментальных данных, полученных в стендовых условиях с применением современных средств измерений и методов исследований; корректным применением методов теории вероятности и математической статистики, а также методов подобия и размерностей при обработке и анализе экспериментальных данных; устойчивостью корреляционных связей установленных зависимостей (значения индексов корреляции находятся в пределах 0,77-0,99); удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами экспериментов (отклонение не превышает 20 %).
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей гидроструйной обработки с учетом прочностных характеристик обрабатываемого материала, а также геометрических, гидравлических и режимных параметров инструмента, позволивших выявить их рациональные сочетания и обосновать режимы работы, обеспечивающие расширение области эффективного применения машин для гидроструйной обработки горных пород.
Практическое значение работы:
I - разработана конструкция экспериментального стенда,
обеспечивающего исследование процесса гидроструйной обработки горных
7 пород и материалов в широком, диапазоне изменения режимных и
гидравлических параметров; .;-
- получены ; расчетные зависимости для определения рациональных
давлений воды и расстояний между срезом струеформирующей насадки и
обрабатываемой поверхностью, обеспечивающих минимум удельных
энергозатрат и максимум скоростей приращения площади и объёма
удаляемого материала;
разработан метод расчёта режимов работы гидроструйного инструмента, учитывающий влияние диаметра и типа струеформирующей насадки, давления воды, расстояния между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемой поверхностью, прочности пород, а также скорости перемещения инструмента;
- разработана и реализована на персональном компьютере «Методика
расчёта основных режимов работы гидроструйного инструмента
камнеобрабатывающего станка и выбора высоконапорного оборудования для
гидроструйной обработки горных пород».
Реализация результатов работы.
"Методика расчета основных режимов работы гидроструйного инструмента камнеобрабатывающего станка и выбора высоконапорного оборудования для гидроструйной обработки горных пород", а также все конструктивные решения и рекомендации в полном объёме используются фирмой "НИТЕП" при создании машин для гидроструйной обработки горных пород и гидроструйной очистки.
Изготовленный экспериментальный стенд для испытаний и исследований . процесса гидроструйной обработки горных пород и гидроструйной очистки используется Скуратовским экспериментальным заводом и фирмой «НИТЕП» для испытаний выпускаемых изделий.
"Станок гидродинамической очистки - СГДО" прошел промышленные испытания и принят на эксплуатацию Скуратовским экспериментальным заводом.
8 Основные результаты проведённых исследований использоёались в
грантах Администрации Тульской области и Европейского фонда INTAS.
Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2001-2003 гг.), 2-ой международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 2002 г.), 3-й международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития горнодобывающей промышленности подмосковного бассейна» (г. Тула, 2002 г.), всероссийской научно-технической конференции 10-12 апреля 2002 "Аэрокосмическая техника и высокие технологии 2002" (г. Пермь, 2002 г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» в МГГУ (г. Москва, 2003 г.), технических советах фирмы «НИТЕП» (г. Тула, 2001-2003 гг.) и Скуратовского экспериментального завода (г. Тула, 2002-2003 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей:
Анализ результатов исследований гидроструйной обработки горных пород и прочных материалов
За последние годы как у нас в стране, так и за рубежом проведено большое число исследований, направленных на понимание физической сущности процесса, изучение параметров гидравлических струй и режимов обработки ими горных пород и различных материалов [2, 5, 10, 32-37, 59, 61]. По результатам этих исследований приведены конкретные рекомендации для наиболее эффективных режимов разрушения. Однако, данные рекомендации применительны при реализации технологии гидроструйного резания, нарезания зарубных щелей, бурения и точения (см. рис. 1.1, а, б, в, г). Что касается технологии гидроструйной очистки поверхностей и гидроструйного фрезерования горных пород (см. рис. 1.1, д, е), то данные исследования, в большинстве своем, сводились к констатации факта влияния того или иного параметра (ряда параметров) на процесс обработки.
Вопросами разработки и совершенствования технологии разрушения горных пород и других материалов струями воды занимались многие специалисты. Особенно большую научную и практическую ценность имеют результаты исследований гидромониторных струй, проведенных во ВНИИГидроуглемаш [9].
Большой объем работ по изучению гидродинамики незатопленных водяных струй и разрушению ими горного массива были выполнены в лаборатории гидравлического разрушения ИГД им. А.А. Скочинского [3]. Под руководством И.А. Кузьмича и Ю.А. Гольдина были проведены экспериментальные исследования разрушения угля и горных пород струями воды высокого давления [17] с целью определения закономерностей процесса нарезания зарубных щелей в массиве.
В результате исследований разрушения горных пород (при широком диапазоне изменения физико-механических свойств этих пород) струями воды высокого давления было установлено наличие критических давлений Ркр, ниже которых разрушение не происходит, или происходит весьма неэффективно, с образованием отдельных выколов на весьма незначительную глубину [17]. При этом отмечалось, что Ркр для крепких пород составляет приблизительно 0,5осж. Аналогичные результаты были получены и авторами других работ [3]. С увеличением давления струи (Р0 Ркр ) эффективность разрушения возрастает. При этом глубина щели имеет значительную вариацию по длине реза.
В этой же работе было показано, что при гидравлическом разрушении пород средней и выше средней крепости глубина зарубной щели h за один проход не всегда достаточна, и увеличение ее за счет гидравлических параметров нецелесообразно. Прирост глубины щели достигается путем увеличения количества проходов струи. Этот факт имеет большое значение при анализе путей повышения производительности гидроструйной очистки, т.к. схема инструмента (см. рис. 1.5 и 1.6) путем увеличения количества струй и частоты вращения гидроструйного инструмента или очищаемой трубы (в зависимости от схемы очистки) позволяет увеличить число проходов высоконапорных струй по очищаемому материалу.
Следует отметить, что по результатам экспериментальных исследований разрушения горных пород струями воды высокого давления, представленных в работе Г.П. Никонова, И.А. Кузьмича и Ю.А. Гольдина из ИГД им. А.А. Скочинского [3], приведены рекомендации по выбору эффективных режимов обработки горных пород (применительно к технологии гидроструйного резания), а также получена обобщённая формула для расчёта глубины щели, прорезаемой гидроструйным инструментом за один проход струи h = 0, lld0 (Ро / о"сж) 7: (V(/Vn) 5, которая рекомендована авторами для предварительных расчётов глубины резания. Однако, эти рекомендации в существующем виде не могут быть использованы для обоснования параметров гидрофрезерования и гидроочистки, поскольку не определяют взаимосвязь основного показателя процесса - ширины обрабатываемого паза (ширина следа струи) с другими параметрами.
Исследования по нарезанию зарубных щелей в угольном пласте одноструйными и многоструйными погружными резаками позволили определить рациональные значения конструктивных параметров резаков. Так, для эффективного нарезания зарубных щелей в углях рекомендуется использовать двухструйные резаки [12].
Большой объем экспериментальных исследований по нарезанию щелей в породах различной крепости одноструйными непогружными, одноструйными и многоструйными погружными насадками был выполнен Ю.Г. Коняшиным [38-40].
В результате проведенных исследований, в частности, было установлено: - применение погружных многоструйных насадок требует в 1,8 - 1,9 раза больших суммарных гидравлических мощностей и расходов воды при одинаковых размерах породных целиков; - погружная многоструйная насадка, в отличие от одноструйной, дает возможность образования в массиве щелей больших по ширине, что, в нашем случае, будет увеличивать скорость очистки поверхности, а, следовательно, достаточно повышать производительность.
Гидроструйный инструмент
В данной работе был использован гидроструйный инструмент (см. рис. 2.10), который представляет собой узел, обеспечивающий: измерение уровня давления воды, подаваемой к струеформирующей насадке 1 при помощи стрелочного манометра прямого действия 2; успокоение (ламиниризацию) потока высоконапорной воды перед входом ее в струеформирующую насадку 1 при помощи успокоителя потока 3; и, непосредственно, струеформирование; а также прерывание истечения струи высоконапорной струи из струеформирующей насадки при помощи заслонки 4. Закрытие-открытие заслонки 4 осуществляется вручную посредством специального рычажного механизма. Струеформирующая насадка 1 расположена в расточке корпуса 5, на конце центрального канала подачи высоконапорной воды, и закреплена при помощи гайки 6. Успокоитель потока 3 выполнен в двух вариантах исполнения: гладкий прямолинейный трубопровод с размерами сечения 10 х 2,5 мм и длиной 900 мм и гладкий прямолинейный трубопровод с размерами сечения 8x2 мм и длиной 400 мм. Оба успокоителя выполнены из нержавеющей стали. В качестве струеформирующей насадки используются і насадки фирмы «НИТЕП» (Россия) и фирмы «Ргосег» (Франция) (см. рис. 2.11 а, б) с различными диаметрами проходного отверстия, коэффициентами расхода, длинами проточной части 1„ и цилиндрического участка 1ц. Так, для насадок фирмы «НИТЕП» коэффициент расхода составляет ц = 0,7, длина проточной часїй" насадки 1П = 10 мм, длина.цилиндрического участка протечной части насадки для диаметров d0 = 0,4, 0,6 и 0,8 мм составила 1„ = 3,8, 4,3 и 5 мм соответственно. А для насадок фирмы «Ргосег» - и, - 0,81, 1м = 6 мм и 1„ = 1 мм.
Насадка фирмы «НИТЕП» (рис. 2.12) изготовлена из высокопрочного сплава, что позволяет ей при работе противостоять воздействию агрессивной среды и достаточно долго не терять заложенные геометрические параметры. Насадка фирмы «Ргосег» (рис. 2.13) высокотехнологичного исполнения, изготовленная из высокопрочного сплава, а ее наиболее изнашиваемая часть упрочнена искусственным сапфиром
Дпя регистрации основных факторов, определяющих процесс обработки -горных парод гидроструйным инструментом, экспериментальная установка была оборудована измерительными приборами. Для контроля уровня давления в напорном водяном трубопроводе преобразователя давления (см. рис. 2.3) использовался манометр типа МТП класса 1 с диапазоном измерений от 0 до 400 МПа, установленный на корпусе аккумулятора высокого давления.
Правильность тарировки указанного манометра в рабочем диапазоне давлений (от 15 до 150 МПа) проверялась сопоставлением его показаний с показаниями образцового манометра класса 1,5 с диапазоном измерений от 0 до 250 МПа..Сопоставление показаний производилось перед началом и после окончания каждой серии опытов.
В рабочем диапазоне давлений (от 15 до 150 МПа) расхождение в показаниях не превышало 5 %.
Для измерения давления в напорном водяном трубопроводе и регистрации пульсации давления использовался преобразователь разности давлений «Сапфир-22 ДИ-Ех 2182», установленный в напорной магистрали через тройник. Преобразователь разности давлений «Сапфир-22 ДИ-Ех 2182» (рис. 2.14) состоял из тензопреобразователя 6 мембранно-рычажного типа, закреплённого в держателе 8 при помощи накладки 5 и связанного с трубчатой пружиной 7 тягой 4. Трубчатая пружина 7 с эксцентричным каналом крепится в штуцере 9 держателем 8. Герметизация пружины обеспечивается при помощи линзового уплотнения 10. На штуцере 9 установлен защитный корпус 3 с крышкой 2, на которой крепится электронный блок 1. Под действием измеряемого давления свободный конец трубчатой пружины совершает перемещение, которое через тягу 4 передаётся на рычаг тензопреобразователя 6, вызывая прогиб мембраны преобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов.
Электронный сигнал передаётся на электронный блок 1, с которого /.= поступает на персональную ЭВМ. Сигнал от тензодатчика выводился на ч; экран ЭВМ и расшифровывался с помощью: специальной программы.
Тарировка преобразователя разности давления производилась перед началом, в процессе и после окончания опытов. Фактическая величина давления воды в напорном трубопроводе (в МПа) определялась по формуле: Р„ = аК, (2.17) где: а - величина амплитуды давления на осциллограмме, мм; К - тарировочный коэффициент, МПа/мм.
Величина давления масла в гидросистеме привода преобразователя давления контролировалась по манометру типа МКТ с диапазоном измерения то 0 до 40.
Влияние гидравлических параметров инструмента и расстояния до обрабатываемой поверхности на ширину активного участка струи
Суть исследования сводилась к определению максимально возможного расстояния между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом, на котором начинается процесс гидроструйной обработки. С точки зрения минимальной удельной энергоёмкости процесса гидроструйной обработки относительно тонких слоев (при соотношении h d0) данное расстояние будет являться рациональным.
Экспериментальные исследования по установлению влияния давления высоконапорной воды и диаметра струеформирующей насадки на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом проводились . на образцах мрамора (асж = 27,2 МПа) и известняка (асж=Ю0 и 120 МПа) при скорости перемещения гидроструйного инструмента относительно обрабатываемого материала V„ = 50 мм/с.
Опыты проводились при изменении давления воды для мрамора от 15 до 50 МПа, для известняка от 30 до 80 МПа. Диаметр струеформирующих насадок составил: для насадок с и. = 0,7 - d0 = 0,4, 0,6 и 0,8 мм, а для насадок с ц = 0,81 -d0 = 0,2 и 0,5 мм.
Результаты проведённых опытов по определению влияния давления воды Го и диаметра струеформирующей насадки d0 на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом Ь рай для удобства были сведены в таблицы 4.1 и 4.2. По результатам экспериментов, представленных в табл. 4.1 и 4.2, построены графики зависимостей"; изображённые на-рис. 4.1 и 4.2. : с ; у{:1: Ч -" Таблица 4.1 Влияние гидравлических и режимных параметров гидроструйного инструмента на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом при использовании насадок с ц - 0
Анализ экспериментальных данных представленных в табл. 4.1 и 4.2 и на . рис. 4.1 и 4.2 показал, что рациональное расстояние между срезом "струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом 10рац возрастает с увеличением давления воды Р0. Так, например, при обработке мрамора с зсж = 27,2 МПа насадками (с ц = 0,7) диаметром d0=0,6 мм с увеличением давления воды от 15 до 50 МПа рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом возрастает в среднем в 3,9 раза. А при применении насадок (с ц = 0,81) с d() = 0,2 мм с ростом давления от 15 до 40 МПа рациональное расстояние 10р;и возрастает в 1,2 раза.
Следует отметить, что на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом большое влияние оказывает диаметр струеформирующей насадки d0. Например, при давлении воды Р0 = 50 МПа с увеличении диаметра струеформирующей насадки с ц = 0,7 от 0,4 до 0,8 мм при обработке мрамора рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом возрастает в 3,4 раза, а для насадок с ц. = 0,81 при давлении воды Р0 = 25 МПа с увеличением d0 от 0,2 до 0,5 мм рациональное расстояние увеличивается в 1,3 раза.
Также исследования, показали, что на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом влияет предел прочности разрушаемого материала на одноосное сжатие асж. Так, например, при давлении воды Р0 = 50 МПа с увеличением предела прочности обрабатываемого материала на одноосное сжатие о еж от 27,2 до 120 МПа рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом снижается, в среднем, в 2,5 раза.
Зависимость рационального расстояния между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемом материалом Іорац от давления воды Р0 при использовании насадок с р. = 0,7
В результате обработки данных экспериментальных исследований, представленных в табл. 4.1. и 4.2 методом множественной регрессии была получена итоговая зависимость, определяющая влияние давления воды Р0, диаметра струеформирующей насадки d0 и предела прочности обрабатываемого материала на одноосное сжатие асж на рациональное расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом 1ораи. opau = 3,8Р0 + 634,3d0 + 55,3 + 196,5ц- 3,8асж -357,9 (4.1)
Для данной зависимости индекс корреляции составил R = 0,92; критерий Фишера F = 38,2; критическое значение критерия Фишера F0.o5 = 2,9, а коэффициент вариации Квар = 10,8 %, что указывает на значимость данного уравнения регрессии.
Сопоставление экспериментальных данных, приведённых в табл. 4.1 и 4.2, с расчётными, по формуле (4.1), показано на рис. 4.3. Полученный индекс корреляции и коэффициент вариации свидетельствует о достаточно хорошей сходимости экспериментальных данных с расчётными и соответствуют I классу точности классификационной шкалы горнотехнических показателей и расчётов.
Влияние гидравлических 'и режимных параметров гидроструйного инструмента на показатели процесса гидроструйной обработки при удалении значительных по толщине слоев
При обработке известняка с стсж =100 МПа, с увеличением диаметра струеформирующей насадки значение минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки снижается и для диаметров струеформирующих насадок d0 = 0,6; 0,8 мм и d0 = 0,2; 0,5 мм при скорости перемещения инструмента относительно обрабатываемого материала V„ = 25 мм/с составляет 44,6; 43,8 и 26,4; 25,8 МДж/м3 соответственно. В то же время, давление воды, соответствующее минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки, с ростом диаметра струеформирующей насадки снижается и для диаметров струеформирующих насадок d0 = 0,6; 0,8 мм и d() = 0,2; 0,5 мм составляет 78,1; 77,4 и 110,6; 108,8 МПа соответственно. При обработке известняка с осж = 120 МПа, с увеличением диаметра струеформирующей насадки значение минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки снижается и для диаметров струеформирующих насадок d0 = 0,6; 0,8 мм и d0 = 0,2; 0,5 мм при скорости перемещения инструмента относительно обрабатываемого материала Vn = 25 мм/с составляет 50,3; 49,7 и 40,7; 30,3 МДж/м3 соответственно. В то же время, давление воды, соответствующее минимальной удельной энергоемкости процесса с ростом диаметра струеформирующей насадки снижается и для диаметров струеформирующих насадок d0 = 0,6; 0,8 мм и d0 = 0,2; 0,5 мм составляет 83,7; 82,2 и 112,0; 109,0 МПа соответственно.
Следовательно, при гидроструйной обработке для всех горных пород справедливо, что с увеличением диаметра струеформирующей насадки значение минимальной удельной энергоемкости процесса снижается. В то же время, давление воды, соответствующее минимальной удельной энергоемкости процесса, с ростом диаметра струеформирующей насадки также снижается. Кроме того, видно (см. табл. 4.21 и 4.22), что с ростом стсж значение минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки, для одного и того же диаметра струеформирующей насадки, увеличивается, и соответствующее ему значение давления воды также растёт.
Так, например; для струеформирующей насадки с fi = 0,7 и d0 = 0,6 мм, при обработке. пород с асж = 27,2; 100 и. 120 МПа, значения"минимальной удельной энергоемкости.процесса гидроструйной обработки при скорости перемещения инструмента относительно обрабатываемого материала V„ = 12,5 мм/с составили 7,1; 74,9 и 83,7 МДж/м соответственно, при соответствующем давлении воды 21,1; 76,3; 82,5 МПа. А для насадки с 1-і = 0,81 и d0 = 0,5 мм при тех же значениях асж, и V,,, значения минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки составили 1,9; 33,0; 49,9 МДж/м3 соответственно, при соответствующем давлении воды 33,4; 101,0; 104,8 МПа.
На наш взгляд, наличие точки минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки объясняется тем, что при малых значениях давления воды процесс обработки идет недостаточно эффективно, из-за того, что не весь поток воды обладает достаточной энергией, а при слишком больших значениях давления поток воды обладает достаточной энергией, однако, при возрастании глубины гидроструйной обработки растут и потери энергии, расходуемые на трение о стенки паза. Кроме того, при увеличении глубины гидроструйной обработки, фактически увеличивается расстояние между срезом струеформирующей насадки и поверхностью обработки 10, что также ведет к уменьшению эффективности обработки.
Иными словами, наличие точки минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки объясняется тем, что при малых значениях давления воды интенсивность возрастания скорости приращения объёма удаляемого материала выше интенсивности увеличения гидравлической мощности струи, а при больших значениях давления -наоборот.
Для определения рационального давления воды Р0 pau с точки зрения минимальной удельной энергоемкости процесса гидроструйной обработки Е0 мы воспользовались данными, полученными при исследовании зависимостей (табл. 4.21 и 4.22) на экстремум.
В результате анализа данных, представленных в табл. 4.21, и- 4.22 установлено, что аппроксимация прямыми линиями зависимостей V„ = f (Р0 ран.) и 10 = f (Ро ран.) построенных для каждого материала и каждого диаметра струеформирующей насадки даёт в результате либо прямую параллельную оси абсцисс, либо прямую с незначительным коэффициентом регрессии при переменной Р0 Рац по критерию Стьюдента при 5% уровне значимости. Поэтому, при выводе формулы для Рорац, скорость перемещения гидроструйного инструмента относительно обрабатываемого материала V,, и расстояние между срезом струеформирующей насадки и обрабатываемым материалом 1о не учитывались. Вместо значений Р0 р;ш, полученных экспериментально при различных V,, и 1о при выводе конечной зависимости использовались средние арифметические значения Р0 ра11, приведённые в табл. 4.23 и 4.24.
