автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Научные основы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи

ТВЕРСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СТРУЖ00ЕРА30ВАНИН. ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТОР2ЙНОЯ ЗАЛЕЖИ

05.15.05 - Технология и комплексная механизация торфяного производства

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

На правах рукописи

ЗКВИН БОРИС ВДОРОВИЧ

Тверь 1992

/

Работа выполнена в Тверском ордена Трудового Красного . Знамени политехническом институте (ТвеПИ).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор САМСОНОВ Л.Н.

Официальные оппоненты: •

доктор технических наук, профессор БОГАТОЗ Б.А.

доктор технических наук, профессор КУЗИН Э.Н.

доктор технических наук, ' . старший научный сотрудник • _ • ШЕННОВ В.Г.

■ 'Ведущая организация: Государственный проектный

институт по комплексному использованию торфа в народном хозяйстве (Ш1Р0Т0РФ, г .Москва)

Защита состоится г. в

часов на заседании специализировай&ого Совета Д 063.22.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте (по адресу: 170026, г.Тверь, ' Набережная Афанасия Никитина, 22, ауд.Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского политехнического института. .. *

Автореферат разослан " 73" ¿¿М.г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат технических наук, доцент КОПЕШШН З.Д.

\ ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

<

Актуальность проблемы. Основой экономической и социальной стратегии развития является ускорение научно-технического прогресса и, прежде всего, овладение достижениями его современного этапа. Всесторонняя разработка логико - математических проблем, достижение теоретического уровня, на котором осуществляется высший синтез знания (в форме научной теории) и который знаменут собой более высокую ступень в развитии научного познания - важнейший фактор научного прогресса.

Основной объем торфяного производства осуществляется фрезерным способом, на долю которого приходится 98$ всей добычи торфа. При этом большинство рабочих органов торфяных машин и оборудования представляют собой ротационные механизмы, активно взаимодействующие с торфяной'залежью с целью ее экскавации, разрушения и переработки в соответствии с технологическими требованиями.

В основе теории взаимодействия рабочих органов фрезерующих устройств с торфяной залежью находятся вопросы кинематики движения режущих элементов, обеспечивающие стружкообразование при фрезеровании. Многообразие целей и задач фрезерования торфяной залежи обуславливает необходимость разработки общей теории расчета и проектирования рабочих органов фрезерующих устройств, базирующейся на принципах выбора оптимальных параметров и режимов их работы.

Современный уровень состояния вопроса позволяет выполнить теоретическое и экспериментальное обобщение, классифицировать способы и методы фрезерования, установить основные положения общей теории кинематики и определить приоритетные направления •развития и совершенствования конструкций рабочих•органов фрезе-рущих устройств и режимов их эксплуатации.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике и задания.'.!: Министерства топливной промышленности РСФСР (1976 -19У8 гг. по теме Ш> '77038933; 1979 г. по теме №ГР 79019556; 1979 - 1980гг. по теме да 8006004;•1980 г. по теме ИР 80046418; 1981-1982гг. по теме ЙГР 81078088; 1983 - 1984 гг. по теме ИР 01830025198; 1985 - 1987 гг. по теме да 01860113316; по теме ШШ870038949),

в которых автор принимал участие и являлся ответственным испол- . нителем.

Цель -работы. Установить основные закономерности стружкообразования при фрезеровании, разработать методику расчета и выбора оптимальных параметров и режимов - работы фрезерующих устройств с учетом физико-механическйх условий взаимодействия рабочих органов с торфяной залежью, дать научное обоснование приоритетным направлениям развития и совершенствования их конструкций и наиболее эффективным способам и' методам фрезерования.

В соответствии с поставленной целью исследования включали:

- разработать классификацию способов и методов фрезерования торфяной залежи и определить области изменения режимов работы фрезерущих устройств;

- обобщить теорию кинематики фрезерования и разработать методы расчета параметров фрезерования;

- установить основные закономерности и физико-механические принципы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи с позиций обеспечения снижения энергоемкости ее разрушения и роста производительности;

- разработать комплексный вычислительный алгоритм оптимизации параметров и режимов работы фрезерующих устройств и провести компьютерный эксперимент по решению задач оптимизации для различных способов и методов фрезерования;

- провести экспериментальную проверку основных положений теории стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи,разработать методики проведения и обработки результатов лабораторных и полевых исследований, создать приборы и установки в соответствии с поставленными задачами; >

- разработать теоретические основы новых способов фрезерования торфяной залежи и формирования расстила фрезерной крошки укрупненной фракции, а также путей совершенствования конструкций рабочих органов фрезеруыцих устройств;

- разработать методологию количественной и качественной оценки эксплуатационных показателей работы фрезерущих устройств и дать рекомендации технико-экономической эффективности областей их применения на залежах с данной качественной характеристикой;

- создать стандартную методику расчета и проектирования

конструкций рабочих органов фрезерующих устройств целевого назначения.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований были наиболее распространенные виды торфа верхового и низинного типа. В лабораторных исследованиях использовались специально подготовленные образцы торфа без древесных включений и отдельно' образцы древесины. Дня решения проблемы использованы теоретические и экспериментальные методы. В основу теоретических исследований положен системный анализ, математическое моделирование и компьютерный эксперимент, а также предложенный автором метод количественной и качественной оценки функциональных процессов. При проведении экспериментально-технологических исследований использованы методы планирования эксперимента, статистические и регрессионные методы анализа с широким. привлечением средств вычислительной техники. Исследования проведены на экспериментальных, натурных и промышленных образцах рабочих органов фрезерующих устройств с применением специальных тензоизме-рительных приборов.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся впервые разработанные и обоснованные теоретическими исследованиями, подтвержденные экспериментальной проверкой научные основы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи, обеспечивавдие выбор рациональных конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств.

1. Экспериментально-теоретические разработки: общая теория кинематики фрезерующих устройств; классификация способов и методов фрезерования торфяной залежи; основные закономерности и физико-механические принципы стружкообразования: и формирования расстила фрезерной крошки укрупненной фракции; новые эффективные способы и методы фрезерования торфяной залежи.

2. Научно-методические^ разработки: методы определения параметров траектории движения режущих элементов фрезерующих устройств; методика количественного и качественйого анализа эксплуатационных показателей'работы фрезерующих устройств; методика выбора рациональных параметров фрезерующих устройств на стадии проектирования.

3. Научно-технические разработки: стандарт предприятия (Устройства для фрезерования торфяной зале .та. Основы расчета и

проектирования параметров рабочих органов и режимов их работы. СТП 214-1-52-88); комплексный алгоритм оптимизации режимов работы фрезерующих устройств; пакет вычислительных программ и результаты решения задач оптимизации; рекомендации областей наиболее рационального использования существующих фрезеров, полученные по результатам опытно-промышленной проверки и внедрения конструкций рабочих органов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке основ теории стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи, включающей основные физико-механические принципы формирования стружки, расчета, моделирования и выбора оптимальных параметров и режимов работы фрезерующих устройств, обеспечивающих обоснование основных тенденций развития методов фрезерования и определение приоритетных направлений в совершенствовании техники и технологии добычи фрезерного тор^а, как исходного продукта комплексной переработки и использования в народном хозяйстве. Установлена закономерность изменения толщины стружки при фрезеровании, которая позволяет перейти к расчету напряженно-деформационного состояния в зоне контакта режущего элемента с торфяной залежью с целью моделирования режимов стружкообразования, обеспечивающих преобладание процессов скалывания и отрыва над дроблением и измельчением фрезеруемого слоя.

Разработаны принципы многослойного фрезерования, способствующие решению задач интенсификации поверхностного,а также других методов фрезерования. Применение метода многослойного фрезерования меняет физико-механическую и реологическую модель взаимодействия рабочего органа с торфяной залежью, в которой наряду с вязко-пластическими .наблюдаются и упруго-хрупкие деформации, сопровождающиеся явлениями скола, отрыва и крошимости , образующейся фрезерной кротки. Установлены основные закономерности поверхностно-многослойного фрезерования.

Введены критерии количественной и качественной оценки эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств с учетом качественного состояния торфяной залежи, специфики стружкообразования при фрезеровании и конструкций рабочих органов. -'*

Практическая ценность работы заключается в разработке универсального метода расчета кинематических параметров для поверх-

ностного, глубокого и вертикального фрезерования; в создании инженерной методики выбора оптимальных параметров рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств для горизонтального, вертикального, многорядного и многослойного способов фрезерования, реализованной в виде пакета вычислительных программ. Научные и методические принципы, изложенные в работе, находят дальнейшее применение и развитие в исследованиях при подготовке диссертаций аспирантами и соискателями. Методы общей теории кинематики фрезерующих устройств и стандарт предприятия (СТП 214-1-52-80,88) внедрены и используются в учебном процессе при изучении дисциплин торфяного профиля в ТвеПП и Белорусской политехнической академии , Уральском горном институте. Научно-технические рекомендации по совершенствованию конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств подтверждены производственными испытаниями и результатами использования материалов НИР на предприятиях ПО Глав- . торфа (Емельяновское - 1978 г., Уломское - 1979 г., Петровское-1981-1982 гг., Вышневолоцкое - 1976 г.), а также во ВНШТП -1983, 1990 гг. Новизна научных и технических решений .подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение (№798305, 1080010, 1642018).

Апробация работы. Результаты научных исследований докладывались и обсуждались, начиная с 1979 года на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников Тверского политехнического института (Тверь-1979,1980,1984,1986,1988,1990 гг.), Белорус скои политехшгче с-кой академии (Минск - 1979,1989 гг.); на научно-технической конференции молодых специалистов ЕНИИТП (Ленинград - 1980 г.); на республиканских школах-семинарах: "Опыт эксплуатации фрезерующих устройств на предприятиях торфяной промышленности" (Москва - 1986 г.), "День молодого новатора торфяной промышленности" (Москва - 1987 г.); на научно-технических конференциях: "Итоги внедрения новой'техники и технологии на предприятиях ПО Калининторф" (п.Радченко - 1986,1988,1989 гг.); на научно-технической конференции по физике-химии торфа (Тверь -'1989 г.); на совещании главных инженеров ПО Главторф Минтоппрома РСФСР (Иваново - 1988 г.); на научно-технических советах ТвеПИ и ЕНИИТП, в объединениях Шатурторф, Вологдаторф, Ивановоторф и в Институте проблем использования природных ресурсов и экологии АН Белоруссии (Минск - 1991 г.).

Публикации. По результатам проведенншс исследований опуб- ■ ликовано 47 работ, в том числе 2 учебных пособия (ТвеПИ, 1977, 1988), лабораторный практикум (ТвеПИ, 1988), 5 методических указаний (ТвеПИ, 1987-1989), 3 методических рекомендации (БНИИТП, 1980,1989,1990), 3 авторских свидетельства (19811991), депонированная научная работа:"Общая теория кинематики фрезерующих устройств" (ЦШТИ МТП РСФСР, 1990, 208 е.), 22 статьи в журнале "Торфяная промышленность" (1976-1990), Материалы работы включены в учебное пособие для вузов:"Торфяные машины и комплексы" (М.: Недра, 1981. - С.172-184, 204-213),в монографию:"Фрезерование торфяной залежи" (М.: Недра, 1985.-С. 36-40 , 91-Ш, 134-146) и в "Справочник механика торфяного , предприятия" (М.: Недра, 1990. - С.90-93).

, Объем и структура -работы. Диссертация объемом 447 страниц состоит из введения, шести разделов, общих выводов и заключения, библиографического списка из 332 названий, приложения, содержит 284 страниц машинописного текста, 208 рисунков, 38 таблиц.

Во введении отражены актуальность проблемы и современное состояние вопросов, сформулированы цель и задачи исследований, охарактеризованы объекты и методы теоретических и экспериментальных исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту, указана научная новизна и практическая ценность работы, определены дальнейшие направления исследований в области совершенствования методов фрезерования торфяной залежи.

Шесть разделов диссертации посвящены обоснованию значения стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи (раздел I), разработке общей теории кинематики фрезерующих устройств«(раздел 2) и методики оптимизации выбора параметров и режимов их работы (раздел 3), рассмотрению перспективных способов фрезерования торфяной залежи (раздел 4), физико-механическим принципам стружкообразования и эффективным методам разрушения торфяной залежи (раздел 5), а также вопросам количественного и качественного анализа эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств (раздел 6). В приложении отражены результаты экспериментально-теоретических исследований, даны рекомендации по выбору рациональных параметров и режимов работы фрезерующих устройств для однослойного, интенсивного, многорядного и

многослойного фрезерования; приведены документы, подтверждающие апробацию результатов работы.

Автор благодарен преподавателям и сотрудникам кафедры торфяных машин и оборудования, где была выполнена диссертационная работа, а также сотрудникам Всесоюзного НИИ торфяной промышленности, где была проведена ее апробация. ,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. СТРУЖ00ЕРА30ВАНИЕ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЕИ

1.1. Принцип фрезерования, как один из основных методов разрушения грунтов, нашел в торфяной промышленности благодатную почву для широкого многопланового практического применения, позволив успешно осуществить целый ряд сложнейших технологических процессов наиболее прогрессивным техническим способом. Фрезерование осуществляется ротационными механизмами, рабочие органы которых - фрезы совершают сложное движение, состоящее из вращательного относительно оси фрезы и поступательного в направлении передвижения. Спектр конструктивных параметров, режимов работы и технологического назначения данных механизмов весьма обширен. С одной стороны они применяются для разрушения, разрыхления горных пород и грунтов, снятия определенного слоя с поверхности обрабатываемой почвы , с другой стороны само фрезерование является'частью технологического процесса получения заданного продукта в виде сфрезерованной массы материала. Разнообразие целей и задач фрезерования определяет особенности их расчета, проектирования и эксплуатации. В то же время кинематическая общность принципов их работы объединяет•выше указанные механизмы и устройства в класс фрезерных машин. Большинство •наиболее трудоемких операций в технологии производства торфа . осуществляется фрезерными машинами, которые обеспечивают повышение производительности труда, сокращение численности производственного персонала, создают условия для комплексной механизации торфяного производства.'

1.2. Факторы, влияющие на процесс разрушения торфяной залежи, определяют условия стружкообразования при фрезеровании.Специфическое напряженно-деформированное поведение торфа при разрушении объясняется главным образом структурой и.составом органической твердой фазы, отличающейся высокоразвитой пористой

структурой, повышенной гидрофильностыо, низкой плотностью и проч-. ностью и весьма высокой сжимаемостью с проявлением упруго-вязко-пластичных свойств. Режимы взаимодействия, характер приложения нагрузки, методы и способы стружкообразования способствуют проявлению в определенных условиях упруго-хрупких свойств слоя торфяной залежи.

Г.З. Специфика стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи заключается в том, что в отличии от обработки металлов и древесины, когда стружка является продуктом отхода от основного изделия, получаемая в результате активного взаимодействия режущих элементов рабочих органов фрезерующих устройств со слоем торфяной залежи стружка или образующаяся вследствие дробления, усадки и сушки крошка является исходным продуктом для последующего ее использования или переработки с целью получения различных видов торфяной продукции. Процесс стружкообразования непосредственно связан с параметрами рабочего органа и режимами работы фрезерующего устройства, он определяет энергоемкость, качество и производительность выполнения технологической операции, а также ее надежность и технико-экономическую эффективность. Разработка научных основ данного процесса реально способствует решению задач интенсификации торфяного производства на основе всемерного применения методов математического моделирования и средств вычислительной техники, что в условиях перехода к рыночной экономике позволяет оперативно решать вопросы разработки и применения новой высокопроизводительной фрезерной техники целевого назначения.

1.4. Теоретическими и экспериментальными предпосылками к разработке основ стружкообразования при фрезеровании торфяной 'еалеет являются фундаментальные исследования, главным образом,' советских ученых Л.С.Амаряна, В.Я.Антонова, А.Е.Афанасьева, Е.Т.. Базина, Б.А.Богатова, В.С.Варенцова, М.П.Воларовича, Н.И.Гамаю-нова, М. А.Га тиха, В.Г.Горячкина, Н.М.Караваевой, С.С.Корчунова, И.О.Ларгина, И.И.Липтвана, Л.Ы.Малкова, В.ЛЛЬфонова, М.В.Мурашова, В.Ы.Наумовича, Ф.А.Опейко-, Н.С.Панкратова, Л.Н.Самсонова, С.Г.Солопова, С.Н.Тюремнова, Н.В.Чураева, В.К.Фомина и многочисленных их учеников и последователей, внесших решающий вклад в становление и дальнейшее развитие торфяной промышленности и за-

доживших основы проведения экспериментально-теоретических методов исследования. Изучение процессов экскавации и фрезерования как разновидности резания грунтов и горных пород базируются также на фундаментальных трудах советских ученых В.Д.Абезгауса, В.И.Баловнева, Ю.А.Ветрова, М.И.Гальперина, В.П.Горячкина, А.Д. Далина, Н.Г.Домбровского, В.А.Желиговского,,А.Н.Зеленина, М.Е. Мацепуро, С.П.Огородникова, Н.Е. Резника, Г.Н.Синеокова, Р.Л.Турецкого, Д.И.Федорова, Е.П.Яцука и зарубежных исследователей Г. Вернадского, Г.Кюна, В.Лиглберка, И.Пайпера и др. По определению М.В.Мурашова теорию машин для фрезерования торфяной залежи необходимо выделить в самостоятельный раздел теории торфяных машин. Современный этап развития теорий фрезерования характеризуется переходом к высокопроизводительным режимам работы фрезерующих устройств и применением энергонасыщенных тракторов на основе принципиально новых решений в развитии технологии добычи торфа - сушки торфа в многослойном расстиле, получения укрупненной фракции, а также раздельного метода уборки фрезерного торфа.Интенсификация технологических процессов потребовала применения новых методов анализа и обоснования параметров и режимов работы ■ технических средств. С применением глубокого математического анализа производственных явлений и вычислительной техники становится возможным находить оптимальные варианты технологического режима добычи и сушки торфа, обеспечивающего получение наивысших технико-экономических показателей.

Особенность и существенное отличие рассматриваемой диссертационной работы от предшествующих заключается в том, что в ней' наряду, с традиционным обобщением и анализом состояния вопроса,с разработкой качественного и количественного рписания процесса фрезерования и. выбором оптимальных режимов эксплуатации фрезе-'рунцих устройств в конкретных условиях состояния .торфяных залежей, определены основные закономерности стружкообразования при фрезеровании,на основании чего установлены тенденции совершенст-, вования и развития способов и методов фрезерования, обоснованы приоритетные направления разработки техники и технологии добычи фрезерного торфа .• '

1.5. Изложенные принципы разработки основ стружкообразования позволяют расчленить проблему для выяснения существа постановки вопроса, его структуры, состава и методов изучения.

Первый принцип заключается в рассмотрении формирования стружки одних и тех же размеров рабочими органами - фрезами с различными конструктивными параметрами, из чего следует возможность отдельного рассмотрения выбора рациональных параметров стружкоофазования с целью снижения энергоемкости процесса разрушения слоя торфяной залежи, повышения производительности и улучшения качества его выполнения. Второй принцип заключается в обосновании выбора рациональных параметров конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств применительно к установленному оптимальному режиму стружкообразования с позиций обеспечения технико-экономической эффективности их работы в конкретных условиях эксплуатации. Третий принцип устанавливает влияние режима стружкообразования (метода и способа фрезерования) на характер разрушения слоя торфяной залежи с позиций обеспечения интенсификации технологического процесса фрезерования.

1.6. Струккообразование заключается в формировании стружки определенных параметров, соответствующих.заданным требованиям, и включает стадии: дробления, деформирования, уплотнения, скалывания, отрыва, усадки, крошения. Критерий эффективности формирования стружки с учетом энергетических,'технологических и экономических требований характеризуется отношением сечения срезаемой стружки и длины дуги контакта режущего элемента со слоем торфяной залежи. Данный показатель аналогичен значению средней толщины срезаемой стружки 5с при резании.. Однако для оценки энерге-.тики фрезерования, в случае скалывания и отрыва, стружки он не приемлем, поскольку теряет физический смысл. Более общим показателем эффективности стружкообразования и критерием энергоемкости метода разрушения слоя торфяной залежи является отношение в виде дроби, у которой числитель - удельное сопротивление слоя разрушению кр (в виде коэффициента сопротивления резанию или удельной энергоемкости фрезерования А<р ) при заданном способе и методе фрезерования, осуществляемым конкретным рабочим органом, а знаменатель - сопротивляемость слоя 'при'соответствующем виде разрушения X (в виде предельного.напряжения сдвига или разрыва;"

ёр слоя нарушенной структуры торфяной залежи). Величина характеризует степень несовершенства применяемого способа или метода фрезерования,,а также конструкции рабочего'органа фрезерующего устройства. Чем больше это отношение, тем более'энергоемок данный способ и ¡летод стружкообразования'при фрезеровании.

<5>ВЗ£Р0ВАШЕ

I Активное^

(Горизонтально^* »{Вертикальное! |Повэ рхностное)-»- -»-Глуб окое!

Попутное

| Цилиндрическое^ ^Коническое)

J

_ |0днослойное| [Простое { -

i Пассивное]

■¡Встречное

7

Юпирвльное]

)Винтовое |

|Коноольное1—«jPoTQPHoel Рднонодев ое | -*- »{Многоножевое! ¡Однородное] —■ 4Йногорядноё]

['ДногослоЯное!

Коибиниро-. ванное

РисЛ. Структурная схема классификации основных методов фрезерования торфяной залежи

1.7. Одним из методов обобщения накопленного опыта является разработка классификаций признаков, параметров и назначений технических средств. Существенным недостатком всех предлагаемых ранее классификаций фрезерующих устройств является то, что они не отражали тенденции развития и совершенствования конструкций рабочих органов. Не умаляя достоинств предшествующих попыток систематизировать имеющийся опыт,автор предлагает свою концепцию построения классификации на альтернативном принципе. Предложенная структурная схема позволяет комплексно охарактеризовать особенности конструкции рабочего органа фрезерующего устройства, кинематики его движения, методов стружкообразования и формирования технологических показателей процесса фрезерования (рис.1).

1.8. Дано научное обоснование перехода к стандартизации методов и принципов проектирования и расчета механизмов торфяных машин, позволяющей выработать единую общепринятую методику оценки эффективности применения тех или иных разрабатываемых средств 1 механизации еще на стадии их проектирования. Применение методов алгоритмизации и средств вычислительной техники позволяет соз-.дать базу для осуществления комплексной автоматизации проектно-конструкторских работ, перейти к новому качественному, уровню создания высокоэффективных образцов торфяной техники'.

2.•ОСНОВНЫЕ'ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КИНЕМАТИКИ

2.1. Рассмотрены основные этапы развития теории кинематики

фрезерующих устройств. Подчеркнута ведущая роль научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре торфяных машин и оборудования Тверского политехнического института в области разработок методов расчета и анализа параметров и режимов работы фрезерующих .устройств . .

2.2. Дан анализ влияния скоробтного параметра фрезерования на характер траектории движения режущего элемента рабочего органа с учетом обеспечения условия неразрывности траектории движения и необходимости перехода к многоножевому фрезерованию.

2.3. Стружкообразование осуществляется однослойным или многослойны».! способом путем наложения соседних траекторий движения режущих элементов фрезы с учетом рядности рабочего органа, особенности его конструкции и скорости взаимодействия с торфяной залежью. Траектория движения режущего элемента - трохоида (циклоида) на участке контакта его с торфяной залежью аппроксимируется дугой вписанной окружности и характеризуется радиусом кривизны С . Для описания основных закономерностей изменения параметров стружкообразования в .общем виде применяются безразмерные параметры: относительная подача на нож (цикл) й(ч)= с/г-относительная глубина фрезерования б = % ] Г ; относительная высота гребешков ^ - Аг / А ; относительный радиус кривизны р = Г / Д , где Я - радиус фрезы по концам режущих элементов. Область исследования закономерностей стружкообразования математически может быть описана ограничениями: 0< СI 2, О <6 < 2. Область размерностью О. х V охватывает всевозможные случаи, среди которых следует выделить зону поверхностного (П) и глубокого (Гл) фрезерования. Границей перехода от глубокого к поверхностному фрезерованию является условие о / 0. ¡< I.

2.4. При постоянных значениях глубины фрезерования и подачи на рабочий элемент характер стружкообразования всецело 'определен радиусом кривизны траектории движения. Стружкообразование можно рассматривать как отдельный,процесс. При этом основные его закономерности справедливы для различных способов и методов фрезерования. 3 этом проявляется общность теории кинематики фрезерующих устройств. С другой стороны, изменение параметров стружкообразования определяется и характером взаимодействия рабочих . органов со слоем торфяной залежи, с учетом его физико-механических свойств.

2.5. Выполнен критический анализ существующих методик опре-

деления параметров стружкообразования при фрезеровании. На основании приведенных доводов следует отдать предпочтение параметру 5с (средней толщине срезаемой стружки), как наиболее приемлемому для описания'закономерностей процесса стружкообразования в области упруго-вязко-пластичных деформаций при фрезеровании торфяной залежи активными фрезерующими устройствами.

2.6. Определены основные закономерности стружкообразования. При фрезеровании толщина срезаемой стружки носит переменный ха- ' рактер, изменяясь в пределах . В обобщенном виде с

достаточной степенью точности мгновенное значение ' дайны дуги контакта режущего элемента с торфяной залежью выражается экспоненциальной зависимостью в относительных величинах:

=т-е1'тк , где пг = ^ = 0,368, При этом для уровня оценки больше 0,75 и для ^ ¿0,2 в случае поверхностного фрезерования зависимость 6%= / ( & ) носит линейный характер = /- ^ .На основании полученных зависимостей установлена теоретическая закономерность и'змене_ния мгновенного значения толщины срезаемой стружки ¿Г = / ( С ), которая в свою очередь определяет характер изменения удельного сопротивления ре_закиЕ>, согласно теоремы Ф.А.Опейко. Т.к. £ = или £п1 = (Те - в ,то 8" = 1+ . Экспериментальная проверка закономерности изменения стружки проводилась в лабораторных условиях с использованием тензоизмерительной аппаратуры, обеспечивающей запись диаграмм изменения усилия резания в процессе криволинейного срезания стружки в диапазоне изменения параметра ¿0,2. Полученные экспериментальные данные отражают общую закономерность изменения толщины стружки (рис.2), которая аппроксимируется линейной функхщей д" - X .

Рис.2. Основные закономерности.стружко-образоващш при фрезеровании: I - зависимость р = _, при Ьс 6 0,2;

2 - зависимость / ( );

3 - зависимость & = / ( ^ )

4 - Экспериментальные данные.

Т.е. изменение толщины срезаемой стружки или усилия резания при фрезеровании происходит по закону треугольника. Уменьшение значений усилия резания по сравнению

с расчетными величинами объясняется процессом скалывания струя- . ки. Так в начале резания оно возрастает аналогично к теоретической кривой 3, в области при Ц = (о,4 ... 0,5)£л.ах из-за скалывания снижается и на предельной глубине вновь возрастает до максимума. В зависимости от даны контакта режущего элемента с торфяной залежью и ее физико-механических свойств данный процесс может повторяться. Вследствие этого образуется фрезерная крошка укрупненной фракции.

2.7. На основании предложенной классификации введены понятия поверхностно-однослойного, поверхностно-двухслойного (интенсивного) , многослойного и многорядного фрезерова!В1Я. Указана их специфика, определены их основные режимы.

2.8. Дан анализ описания параметров траектории движения и струж^ообразования при помощи радиуса фрезы (метод - Л ). В практике для определения основных параметров траектории движения применяются приближенные методы, соответствующие достаточной для инженерных расчетов степени точности. При работе фрезеров, когда виток трохоиды близок к кругу, целесообразно траекторию движения рабочего элемента заменять окружностью с радиусом, равным радиусу фрезы, тогда поверхность резания будет условно представлять собой часть кругового цилиндра. В случае, когда А-^^Ю, траектория движения имеет вид трохоиды, виток которой отличается от окружности. Погрешность в определении отдельных параметров фрезерования по методу - /? достигает 15..30$. К числу недостатков данного метода также относится неучет влияния скоростного параметра на характер траектории. К достоинствам следует отнести возможность качественного отражения всех основных закономерностей стружкообразования в параметрах Д = С / Д и В = А / й , которые устанавливают непосредственную связь режимов фрезерования с конструктивными параметрами рабочего органа через его радиус Я.

2.9. Циклоида - трансцендентная кривая. Сна не является алгебраической кривой. Аппроксимация траектории движения режущего элемента дугой .вписанной окружности (метод - Л" ) позволяет считать ее алгебраической, т.е. дать строгое математическое описание кинематики. фрезерующие устройств, йнный метод был регламентирован стандартом предприятия СТП 214-1-52-80,88.' 0-диссертации изложена методика расчета ^тематических параметров стружкообразования. Ввиду аппроксимации траектории движения, значения основ-

них кинематических параметров в диапазоне возможного их изменения могут отличаться от реальных величин на - Ъ% при доверительной вероятности 0,95.

2.10. Комбинированный метод - £ объединяет два предыдущих. Он устанавливает взаимосвязь между конструктивными параметрами рабочего органа фрезерующего устройства и режимами его работы. Область изменения параметров и режимов фрезерования определяется из выражения: ^ В (2 - В)

Атасе = & ± агссов (7-В) '

где знак "плюс" - для попутного, знак "минус" - для встречного фрезерования. Выбор соответствующего режима работы осуществляется исходя из условия A¿ 4 Атасе дая заданных конструктивных параметров 2 . Метод позволяет определять параметры и режимы работы фрезерующих устройств'для поверхностного, глубокого и вертикального способов фрезерования. В этом проявляется универсальность метода. Другим достоинством является точность метода, поскольку аппроксимация траектории движения режущего элемента дугой вписанной окружности производится только на участке его контакта с торфяной залежью до узловых точек пересечения смежных траекторий движения. Недостатком метода является сложность в иллюстрации схемы фрезерования и построения траектории движения, а также расчета координат узловых точек.

2.11. Для проведения комплексного исследования процесса стружкообразования при фрезеровании необходимо иметь строгий математический алгоритм, позволяющий с достаточной степенью точности определять характеристики процесса. Такой алгоритм разработан, моделируя движение режущего элемента согласно заданной траектории движения, путем последовательных итераций. Практически он ■реализуется в виде вычислительной программы для ЭВМ и представлен отдельной универсальной процедурой.

3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ И РЕЕИМОВ РАБОТЫ ФРЕЗЕРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

3.1. В диссертации показана взаимосвязь принципов рационального резания и фрезерования. Процесс фрезерования можно рассматривать как процесс резания при радиусе кривизны траектории движения режущего элемента Р-- оо . Особенностью обычного резания

р С г*

является выполнение условия: ^ = -¡— = — = = I. Данные со-

отношения выражают условия рационального резания и могут характеризовать процесс стружкообразования в области упруго-вязко-пластических деформаций.

3.2. Одним из критериев формирования стружки является условие максимизации ее средней толщины -*та.х . В диссертации дано теоретическое обоснование выбора оптимального режима стружкообразования. Наличие тригонометрических функций в выражении функции б'с = /.( CL , ¿ ) не позволяет методами дифференцирования решить задачу оптимизации в явном виде. Конечное решение находится при помощи численных методов. Единство целей и технических средств поверхностного и глубокого фрезерования обуславливает возможность проведения обобщенного теоретического анализа параметров и режимов работы фрезерующих устройств. Основные безразмерные параметры выбираются исходя из условия обеспечения неразрывности траектории движения режущих элементов при-

Ar ^ к , которое описывается уравнением: í¿- 2b * ? О-Корни уравнения определяет ограничения для поверхностного фрезе-' рования: Í 1 - //-"•§- и для глубокого Í6 / + /^ На основашш принципов геометрического подобия, с использованием безразмерных параметров ¿L и 6 , получено выражение для определения средней толщины стружки: ___

„ & aresin, f - &('' 0.2!>M-a.l'-6) ^

0 ^ Я + arcs¿/i($-J)->-CLr<>s¿ti -j-

М н /\р / yJ ч

Чу 3 / /

Рис.3. Выбор оптимальных параметров фрезерования: 1-ограничение поверхностного и глубокого фрезерования; 2-ограниченир по условию неразрывности -траектории- движения при

К г ^ я ; 3-оптималъное .соотношение параметров поверхностного фтэезерова-ния; 4-оптиыальное соотношение параметров глубоко-то фрезерования.

1

¿CL-

Реализация данной функции в области исследования й*6 при ограничениях неразрывности проводилась по средствам разработки вычислительной программы для ЭВМ. В основу алгоритма решения задачи максимизации функции = £ ( , V ) <5ыл лодожен метод Ныо-тона. Результаты решения задачи оптимизации представлены на рис.3. Верхняя часть кривой 4 при 6>а. соответствует режимам глубокого, а нижняя часть кривой 3 при 6 < & - ре язи,им поверхностного фрезерования. Замкнутый характер кривой оптимального соотношения основных безразмерных параметров свидетельствует о взаимосвязи режимов глубокого и поверхностного фрезерования, общности их теоретических основ расчета и оптимизации.

3.3. Изложена методика расчета оптимальных конструктивных параметров рабочего органа фрезерующего устройства. Получены критериальные уравнения взаимосвязи конструктивных параметров рабочего органа Я , К с параметрами стружкообразования А , С ,

Г" . Для поверхностного однослойного, многослойного и многоряд-. него фрезер

Для интенсивного фрезерования: __,

Ф={£Щр) * ^агсму-ЬуЩг^Ьуо.

Решение данных уравнений производится численным методом с использованием ЭВМ, в результате чего определяется взаимосвязь Я = / ( Я. , 2 ). конструктивные параметры рабочего органа фрезерующего устройства устанавливаются в соответствии с оптимальным режимом стружкообразования и основными технологическими параметрами процесса фрезерования. Выполненный анализ параметров и режимов работы существующих фрезеров определяет основные направления их технологического использования в процессе производства торфяной продукции.

3.4. В работе широко применяется компьютерный эксперимент для нахождения эмпирических зависимостей, получаемых внутри самого вычислительного алгоритма в результате анализа определенной области исследования с учетом качественного характера изменения исследуемых функциональных зависимостей. Полученные .эмпирические зависимости определяют основные тенденции в изменении взаимосвязей рассматриваемых параметров в области возможного их варьирования. Примером реализации проведения компьютерном эксперимента

-служит анализ режимов работы фрезерующих устройств, выполненный . автором на основании общей теории-кинематики. Полученные результаты использованы для установления технологического регламента работ,при котором выбор режимов фрезерования осуществляется при фиксированном значении. > регламентирующим степень измельчения фрезеруемого слоя. В работе Приведены результаты расчетов на ЭВМ, отражающие общие закономерности-изменения параметров фрезерования во всем возможном диапазоне их варьирования,применительно для поверхностного, глубокого и вертикального способов фрезерования.. ...

4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ' ТОРФШОЯ ЗАЛЕЯИ

4.1. В связи с переходом к интенсивным технологиям добычи фрезерного торфа, обеспечивающих максимальное использование ес-тествённО -природных и организационно-технических ресурсов, был проведен анализ основных тенденций развития конструкций и режимов работы торфяного оборудования с целью выявления прогрессивных способов и методов добычи и переработки торфа. На рис.4 приведена область изменения кинематических параметров фрезерования.

Кривая П соответствует точкам каса-

В 2. иес-- ния К^ (разрыва) траекторий движения

при £ режущих элементах с минимальными значениями скоростного параметра • При заданном значении В качество проработки слоя торфяной залоге ', — "< лежи при Д' < достигается за

счет увеличения (кривые

I). Это приводит к росту энерго^мкос-

В,

1

- О

т

2У

Ш

Рис.4. Область изменения кинематических параметров

I - зависимость П - ограничение по условию неразрывности траектории движения режущих элементов

чения кинетической энергии отбрасывания срезанной стружки,-поэтому данная тенденция в выборе.режимов отруж-.кообразования не получила своего развития. Предпочтение отдается увеличению числа режущи элементов на рабочем органе при снижении значения

Л , изменение которого соответствует "рекомендациям СТП 214-' 1-52-88. Рассмотрение закономерности в изменении конструктивных

параметров рабочих органов и режимов фрезерования.указывает на возникновение "тупиковой" ситуации в их проектирован™ при' росте 2 и уменьшении , Л и А . Это обстоятельство требует перехода к'принципиально новым, более эффективным способам фрезерования.; Разорвать существующую взаимосвязь между оО и 2 можно при Применении'конструкции многорядных рабочих органов,а сохранить ¡тенденцию уменьшения Я и Л - при переходе к по-верхностно-адогослойному способу фрезерования торфяной залежи.

4.2. Многорядный.рабочий орган представляет собой две и более последовательно расположенные фрезы, смещенные относительно друг друга в направлении плоскости.резания на величину кратную подачи на один режущий элемент. При этом ножи фрез устанав-

/ У 57" 1 л

ливаются со смещением на угол, равный <Х = + , где; У£ -

угол между ножами = 2% / & . Несоответствие угла о(. установленным-пределам приводит к росту энергетических затрат.. Лдно обоснование эффективности применения конструкции нового рабочего органа, определены оптимальные режимы его работы, изложена методика расчета параметров стружкообразования.

4.З., Одним "из путей "интенсификации процесса экскавации торфяной залежи является переход, к поверхностно-многослойному фре-' зерованию. Принцип многослойного фрезерования.заключается в сра-ботке. заданного" слоя торфяной залежи в результате ряда' последовательных резов по глубине. При этом формирование стружки осуществляется поэтапно. Сначала выполняется предварительное фрезерование поверхностного слоя торфяной залежи, с технологическими пропусками, что соответствует третьему высокоскоростному режиму фрезерования, согласно рекомендаций СТП 214-1-52-88. Затем производится фрезерование на большую глубину с проработкой несфрезе-рованных участков, оставшихся от предыдущего прохода. При необходимости сработки большего слоя торфяной залежи фрезерование■по данному принципу продолжается. Для осуществления поверхностно-многослойного фрезерования могут применяться многорядные рабочие органы, а также фрезы'интенсивного фрезерования. Анализ областей изменения режимов работы фрезерующих устройств (рис.5) указывает на возможность перехода к высокопроизводительным методам фрезерования в случае применения поверхностно-многослойных режимов (Б,В) при 0. =2 ... 3,5. Одновременно обеспечивается постоянство формирования гранулометрического состава фрезерной крошки

независимо от количества слоев сработки торфяной залежи

о 1 г г> аа

Рис.5. Области изменения режимов работы фрезерующие устройств: Гл - глубокое; П - поверхностное фрезерование; А - поверхностно-однослойное; Б - поверхностно-двухслойное (интенсивное); В - поверхностно-многослойное; Г -много-рядаое фрезерование; 1,2,3 - граница режимов фрезерования.

Поверхностно-многослойное фрезерование в полной мере отвечает условиям рационального резания и фрезерования, при котором должно обеспечиваться соотношение параметров стружхообразования:

и - М^ & . С . С , Л .4 н<р~~Щ17 ~г---1---1 * (I)

при условии $с гпат.. Для случаев поверхностно-однослойного фрезерования в оптимальном режиме при ¿£ -+гьах максимальное значение Кр - 0,86. Полностью реализовать условие (I) возможно только при многослойном фрезеровании на основе единства принципов и основных закономерностей процесса стружкообразования и формирования расстила. Совокупность данных принципов сформулирована как закономерность поверхностно-многослойного фрезерования.Аналитически она выражается тождеством: _

1/ - 4' - - . а* г 9

где ¿£, , £г, - средняя толщина срезаемой стружки для

1-го, 2-го и !Ь - слоев в средней; . , пСл_ - средняя глубина ■■фрезерования для 1-го, 2-го и -слоев в среднем; йц— относительная цикловая подача на нож для' п. слоев фрезерования; о(х - угол контакта режущего элемента с то^яной залежью.

Выражения (I и 2) устанавливают взаимосвязь принципов стружкооб-разования при однослойном и многослойном методах поверхностного фрезерования, а также показывают на возможность увеличения значения комплексного показателя Кср за счет роста при oi* = const . Применение поверхностно-(.5ногослойного фрезерования обеспечивает рост среднего значения толщины срезаемой стружки и показателя • определяющих эффективность_энерго-затрат на стружкообразование. Максимизация значения ¿¿¿-таос. при глубине фрезерования А = Const и числе слоев сработ-ки залежи /Ь обеспечивает (минимальные затраты энергии на фрезерование , способствует уменьшению относительного отклонения значения толщины стружки Д&д,, повышает однородность гранулометрического состава образующейся фрезерной крошки и равномерность ее расстила на поверхности торфяной залежи. Анализ результатов компьютерного эксперимента определил основные тенденции изменения процесса стружкообразования в зависимости от величины относительного слоя сработки торфяной залежи . Эффективность применения многослойного фрезерования (Б, В) возрастает с уменьшением, параметра , что приводит к увеличению до 50%' значения 6сл . 5та закономерности на практике сопровождаются увеличением подач на режущий элемент, снижением скоростного параметра ^ , обеспечением сработки заданной глубины фрезерования послойно с применением многорядного рабочего органа. Теоретически при И > 10 уровень обеспеченности прироста составляет 100$, т.е. полностью реализуется эффект принципа многослойного фрезерования. 3 то же время интенсивность прироста л Scrv о увеличением рядности снижается. Наиболее целесообразным с конструктивных позиций является 2-х или 3-х рядный рабочий орган с уровнем обеспеченности 60 80$. Принципы многослойного фрезерования способствуют решению задач интенсификации, помимо поверхностного, также глубокого-сплошного и вертикального фрезерования. Возможно сочетание методов активного и пассивного, а также комбинированного фрезерования. Применение многослойного фрезерования меняет пизико-механпческую и реологическую модель взаимодействия рабочего органа с торфяной залежью, в которой наблюдаются наряду с упруго-пластическими дефорйаикями и упруго-хрупкие, сопровождающиеся явлениями скола и отрыва слоя торфяной залежи. Поверхностно-многослойное фрезерование обеспечивает наиболее

благоприятные условия формирования укрупненного расстила фрезер- • ной крошки .для технологии послойной добычи торфа, что может способствовать выводу технологической операции фрезерования за рам-•ки цикла добычи фрезерного торфа.по схеме с раздельной уборкой.

. 4.4. .Принципы многослойного фрезерования реализованы в кон- . струкции единого рабочего органа. Для этого режущие элементы устанавливаются со смещением внутреннего ножа относительно наружного в. направлении вращения рабочего органа фрезерующего уст- . ройстза на угол. о( ■ , который определяется из условия равенства -объемов смежных рабочих полостей ножей. При разноглубинной обработке залеги можно получить качественный фракционный состав расстила 'путем подбора геометрических параметров рабочего органа (.2 ,■/? и Г .).и за счет минимального контакта ножей с •залежью уменьшить силу трения и энергоемкость процесса фрезерования. Экспериментальные исследования подтвердили эффективность применения нового рабочего .органа - фрезы интенсивного фрезерования.

4.5; Методика расчета кинематических параметров была использована для. всестороннего анализа работы фрезерующих устройств в высокопроизводительном,режиме поверхностно-послойного фрезерования по схеме попутного и встречного резания с учетом винтового •расположения режущих элементов на рабочем органе. Тенденция снижения скоростного параметра отвечает условию уменьшения затрат энергии на фрезерование,-что реализуется при попутном фрезеровании за счет роста числа режущих,элементов в плоскости резания ( 2 =16, 'фрезер ГЛТ2—18), с одной стороны, и увеличения диамет-'ра рабочего органа - с другой. (,<® = 0,5 м, фрезер Шр-9,5).- При встречном фрезеровании мождо уменьшить размер рабочих органов и число их режущих элементов, т.е. перейти к пассивному резанию при

.Я I, обеспечивая сработку слоя торфяной залежи в основном 'за счет энергии поступательного-движения фрезерного агрегата (плоскорезы и рыхлители). Применение попутного.фрезерования.с ■ учетом винтового расположения режущих элементов позволяет, распщ-. рить диапазон регулирования параметров стр^жкробразования за счет дополнительного изменения кривизны траектории. Приведены Основные'расчетные зависимости и номограммы. Даны рекомендации по .выбору .оптимальных параметров и режимов.

4.6. Теоретически и экспериментально показана возможность ;

применения шнекового аппарата с ленточными проходными ножами, • расположенными под углом к образующей поверхности вращения рабочего органа. При этом появляется возможность разделить процесс резания и транспортирования, уменьшить затраты энергии на- резание и трение по сравнению со. шнек-фрезой. Приведена методика расчета необходимого зазора, определяющего максимально возможную подачу на нож из условия неподфрезеровызания торфяной залежи шнеком. Затраты энергии на резание по сравнению со шнек-фрезой " в 2 2,5 раза меньше, а энергия на транспортирование сфрезерован-ной крошки составляет 20 30$.:от общих затрат энергии.

4.7. Показана возможность применения общей теории кинематики фрезерующих устройств при оценке эффективности работы корчующих механизмов. Определено необходимое условие обеспечения рацио-, нального режима экскавации древесных включений при корчевании

Г й Ыцсу^д- , где Ыуст - угол установки клыка, - угол, характеризующий условие захвата пня в момент входа корчующего клыка в торфяную залежь, # - угол выхода корчующего клыка во избежание обратного схода пня с ротора. Приведенные аналитические расчеты указывают на возможность повышения'эффективности процесса корчевания путем снижения скоростного параметра .Я , увеличения относительной глубины корчевания- В и соответствующего учета угла установки клыка ротора о. По мере увеличения числа корчущях клыков целесообразность введения коррекции угла скует отпадает. ■

4.8.- Изложены принципы введения полной коррекции траектории движения режущего элемента рабочего органа фрезерующего устройства, основанные на замене участка дуги контакта ножа с залежью дугой вписанной окружности. Разработанный механизм коррекции угла резания позволяет уменьшить затраты энергии на фрезерование за счет обеспечения постоянства угла резания в процессе взаимодействия проходного ножа с залежью.

4.9. Одним из методов фрезерования торфяной: залежи при проведении болотнЬ-подготовительных- работ и добыче торфяной продукции является вертикально-фрезерный. Особенность работы данных 1 фрезерующих устройств заключаете^ в интенсификации процесса разрушения заданного слоя-торфяной залежи за счет увеличения активного контакта с ней режущих элементов-рабочего органа. При вертикальном фрезеровании взаимодействие режущих элементов фрезы с

залежью осуществляется в горизонтальной плоскости, движение ре- , жуцих элементов стабилизировано по углу резания и толщине срабатываемого слоя. Переменным параметром является ширина резания • 6с • Выбор рациональных параметров и режимов определен условием 6Н = 6с где Ьц~ ширина режущего элемента. При & ^ Ье

• наблвдаются технологические пропуски фрезерования. Если '6л'>'6е , то при фрезеровании будет наблвдаться чрезмерное измельчение слоя торфяной залежи, возрастут затраты энергии на трение режущего элемента о поверхность залежи и сфрезерованную крошку. В связи с трудностью расчета зон пропусков фрезерования аналитическим методом, предпочтение при моделировании режимов работы вертш'лльно-ффсзерующих устройств отдается алгоритмическим методам с применением вычислительных программ и ЭВМ. Максимизация функции $с - $ ( А , £ ) тах* при заданном-числе режу-.щих элементов на рабочем органе обеспечивает минимальные затраты энергии на фрезерование, способствует увеличению производительности фрезерующего устройства. Реализация данной задачи проводилась при помощи разработанного автором комплексного алгоритма оптимизации параметров и режимов работы фрезерующих устройств, который, позволяет решать аналогичные задачи для различных методов фрезерования, включая вертикальный, горизонтальный, глу-

- ' боюш, поверхностный и др. Параметр 6С определяет фактически

.степень измельчения фрезеруемого слоя торфяной залежи. Интенсив. . ность измельчения возрастает с ростом ¿Г и уменьшением А .

. При этом, для 2^8 значение ое близко А /2. Эта особенность используется для выбора конструктивной ширины режущего элемента из условия Ьн = {с = Ао /2.

5. шзпю-глшничЕсгаи'пршщшш стружооеразозания при

ФРЕЗЕРОВАНИИ ТОР4ЯНОЙ ЗАЛЕЖИ

5.1. Рассмотрение физико-механических принципов стружкооб-раз'ования связано с анализом напряженного деформационного состояния фрезеруемого слоя торфяной залежи. Наглядное представление о характере изменения условия взаимодействия режущих элементов рабочих органов фрезерующих устройств, с торфяной залежью дают

• 'реологические модели. Сложные реологические модели в виде меха-

нического сочетания простыв моделей позволяют с большим приближением описать свойства торфа и кинетики развития деформаций во

времени. Характер процессов струккообразования определен уизи- ■ ко-механическими свойствами торфа,' структурными свойствами торфяной залежи, а также режимными параметрами взаимодействия. .Идя оценки структурных связей, плотности и деформируемости торфа используется расчетная величина консистенции, которая определяется по показателю удельного сопротивления пенетрации . При этом можно выделить область с преобладанием свойств твердой фазы торфа, что соответствует условию Ру, > 0,66 кг/см^ и 0,33". Представлена взаимосвязь структурных характеристик различных видов торфа. Реологическая модель резания при фрезеровании торфяной залежи представлена моделью Кельвина и Еингама. Характер приложения усилия резания, наличие дефектов поверхностного" слоя, а также геометрические параметры срезаемой стружки определяют преобладание явлений скалывания и отрыва слоя в процессе разрушения торфяной залежи. Здесь достигается наибольший эффект воздействия за счет распространения деформаций в тонком поверхностном слое. При этом проявляются мгновенно-хрупкие свойства торфа, что может быть съимитировано стеклянной.пружиной в реологической модели процесса резания. Создание условий для скалывания и' отрыва срезаемой стружки обеспечивается изменением геометрических параметров стружкообразования и- непосредственно способом ее формирования. Так максимизация значения средней толщины срезаемой стружки при заданной глубине- фрезерования способствует преобладанию скалывания и отрыва над дроблением, ущ)упнениы фракционного состава образующейся фрезерной крошки.и снижению энергозатрат. При этом соотношение геометрических размеров срезаемой стружки находится в пределах ^ / ^ = 4 ... 6.

для экспериментальной оценки изменения усилия резания при фрезеровании использован метод регистрации, составляющих ^ и Рп. при помощи тензоизмерительных приборов-двухкомпонентных динамометров. Характер регистрируемых диаграмм изменения 'составляющих усилия резания отражает кинетику-каждой из реологических моделей для Р± и Р/т, а отношение У' = Рп. [ Рь определяет основные тенденции развития процессов разрушения срезаемого слоя торфяной залежи. Количественное значение.показателя У служит критерием, качественной оценки характера процесса разрушения. При Ч> > I преобладает дробление (измельчение) материала, сопровождающееся соответственно и большими затратами энергии. При У < I наблю-

даются процессы срезания, скалывания и отрыва слоя материала, образуется у1фупненная фракция, снижаются затраты энергии на разрушение единицу объема материала. В случае изменения режимных параметров во времени взаимодействия режущих элементов рабочего органа с торфяной залежью, что имеет место при фрезеровании, - -функция У = / ( £ ) характеризует динамику изменения процессов разрушения срезаемого слоя. Приведены данные экспериментальных исследований по оценке влияния режимных параметров на процесс разруше!{ия слоя торфяной залежи: угла резания, заднего угла установки режущего элемента, скорости взаимодействия (скорости резания), глубины резания, степени затупления режущей кромки,, средней толщины срезаемой струнки дая различных типов режущих элементов.Установлена область минимального снижения дробления слоя торфяной залежи при V — 0,4.1),5.

5.2.' Независимо от степени деформирования торфяной залежи при любом сложно-напряженном состоянии разрушение происходит ли-, бо от касательных или нормальных напряжений, когда последние по своей величине достигнут в опасном сечении предельных значений дая данного.вида. торфа и его структуры. При этом разрушение от растяжения характерно дая хрупкого состояния торфа, а от сдвига-для пластичного. За критерий преобладания хрупкого разрушения торфа по .аналогии с грунтами принято отношение предельных значений ^ / ¿р , где 2; - разрушающее напряжение сдвига при <=> = 0, т.е. сцепление в - формуле Кулона; ё>р -нормальное напряжение растяжения, при котором происходит чистый разрыв. На основании теории Мора-Зеленина определено аналитическое выражение критерия разрушения г/бр = 0,5'?^ ( ^ - ^г ),где У7 - угол внутреннего трения. При соотношении параметров '^/¿>р> I преобладают хрупкие свойства материала. Пластическая деформация при постоянно приложенной силе увеличивается во времени, что характерно дая статического нагружения. При быстром действии силы механизм пластической деформации отличается, мгновенная прочность может быть .значительно 'выше длительной в результате одновременного увеличения' сцепления С0 .и У с возрастанием скорости нагружения'(уменьшением времени нагружения до■предельной нагрузки). При этом торф, находясь в естественно пластическом со'стоянии (показатель консистенции > 0,33) проявляет мгновенно-хруп-кий свойства; Рассмотрена модель напряженно деформационного, сос-

тояния слоя торфяной залезки нарушенной структуры, определены соотношения геометрических параметров срезаемой стружки, при которых происходит скалывание слоя торфяной залежп в зависимости от характера приложения разрушающего усилия. Представлена- схема и методика решения плоской задачи напряженного состояния при резании стружки переменного сечения. Определено влияние угла внутреннего трения торфа на характер отрыва слоя торфяной залежи при образовании открытых поверхностей.

5.3. Проведено экспериментальное сравнение статического и динамического значений предельного напряжения сдвига фрезеруемого слоя торфяной залежи. Величина ¥пр при динамическом нагру-жении превышает Ъпрет при.статическом в 2,2_2,5 раза. Определена корреляционная взаимосвязь мезду ?прст и Ъпр^чц , которая позволяет использовать значительный статистический материал, полученный предыдущими авторами на различных типах торфов для оценки энергетических показателей процесса фрезерования.

5.4. Большое влияние на прочность слоя торфяной.залежи оказывает концентрация в нем напряжений, причина возникновения которых может быть различна: внешние повреждения поверхности за счет воздействия ходовых устройств торфяных машин, усадочные трещины, краевые явления , наличие древесных и волокнистых включений, метод и способ формирования стружки при фрезеровании и другие причины, вызывающие локальное повышение напряжений в- отдельных точках поля напряжения. В связи с этим проведено экспериментальное определение предельного напряжения сдвига слоя торфяной залежи нарушенной структуры при помощи сдвигомера-крыльчатки в комплексе с двухкомпонентншл динамометром. С целью получения общих закономерностей и проведения количественной и качественной их оценки результаты исследования соизмерялись со значениями предельного напряжения сдвига монолита образиз торфа , а в качестве критерия преобладания разрыва или сдвига ' использовалось соотношение / ¿си , где Зк - площадь контакта крыльчатки,

Зсл - площадь образвд нарушенной структуры. Преобладание разрыва слоя исследуемого образца торфа происходит при '^к/Бсл>0,25.

5.5. Проведена серия экспериментальных исследований' взаимодействия режущих элементов рабочих органов фрезерующзх устройств с торфяной залежью. Применение методов планирования экспериментов , разработка конструкций специальных тензометрическзх Звеньев

и приборов способствовали повышению точности и достоверности результатов исследований. Новизна работ заключалась в .исследовании высокопроизводительного режима работы фрезерующих устройств.оснащенных проходными режущими элементами. Проведзна проверка зависимости коэффициента сопротивления резанию Ар от толщины срезаемой стружки ¿Г . Характер полученной зависимости йр =

/ ( 6 ) аналогичен основным положениям теории фрезерования. Целью лабораторных исследований явилось также экспериментальная проверка экстремального характера изменения в процессе

фрезерования. Методика проведения эксперимента была основана на функциональной взаимосвязи 6с со значением Ар . При прочих равных условиях характер изменения отражает особенности

процесса струккообразования при фрезеровании торфяной залежи. •Результаты исследований наглядно показали экстремальный характер •изменения функции ( &) при "6 = CO/гst . При этом

минимальное значение Ар соответствовало области формирования стружки при ' -*тадз. Одновременно с исследованием энергетических показателей производилась оценка степени дробления частиц торфа в процессе разрушения слоя торфяной залежи. С" уменьшением площади сечений срезаемой стружки процесс дробления протекает более интенсивно при постоянной ее ширине. Увеличение кривизны срезаемой стружки приводит к снижению дробления. С практической -точки зрения режимы при п / € > 0,11 обеспечивают более устойчивый процесс получения укрупненной фракции, т.к. возможные при работе изменения глубины, подачи> и т.д. не будут оказывать существенного влияния на процесс дробления. Определена оптимальная зо-•на установки режущих элементов по задней грани в пределах 5 10°,'соответствующая минимальным значениям тангенциальным усилиям резания. Замеры усилий и установленные значения коэффициентов сопротивления резанию подтверждают эффективность применения проходных ножей по сравнению с тарельчатыми и при резании древесины. Устойчивая работа лезвия ножа и секача показала возмож -ность перенесения их геометрических параметров на рабочий орган • 'ножевой ф^ези. . "'••..

5.6._ Дана оценка изменения силы сопротивления резанию в оптимальном режиме фрезерования торфяной залежи. Установлено, что с увеличением радиуса кривизны траектории движения режущего элемента Л" снижается, усилие резания . Этот же эффект достигается

29

о

и при уменьшении радиуса фрезы Л . В экспериментах уменьшение • ■' й от 0,16 до 0,12 м при значении Л" = 0,108 м позволило уменьшить усилие Р± на 17$, при этом возросла производительность фрезерного агрегата.

6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ФРЕЗЕРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

6.1. Одной из задач исследования физико-механических и технологических процессов торфяного производства является установление функциональных взаимосвязей между основными параметрами.режимами или характеристиками, а также проведение количественного и качественного их анализа. К числу точек специального типа для монотонных функций различного вида можно отнести Точки

максимального взаимного влияния параметров. Автором разработан метод определения критериальных точек и приведения' функции

у=£(ЭС) к нормализованному виду

при 0 -/.

0,5 р> ' 0,5 О

»1 05

Ь

К у*

0,5

Г

0,5

жГ "ж

V 0 о 15. ^

^ У1 Л

Е

зЛКч^еч

0,5 1Х 0,5

0,5 10 0,5

О 1X

Рис.6. Определение критериальных точек функциональных зависимостей: I - прямая линия;

2 - дуга окружности; критерии оценки.

к1(к2 -

Рис.7.Диаграмма оценки категорий нелинейности функциональных зависимостей: 1,П,Ш,1У - разновидности зависимостей; 1,2,3,4 .категории функций.

Положение критериальной точки Ас на функциональной зависимости (рис.6) определяет не только количественные показатели, при которых наблюдается максимальная взаимосвязь параметров у и ОС- , но

и может являться исходны« моментом качественной- оценки этой взаимосвязи с позиций уровня ее обеспеченности и степени нелинейности,, Возможно выделить четыре категории функций по степени нелинейности для разновидностей функций ЦУ (ро.7). Предложенный метод позволяет усовершенствовать математический аппарат анализа функциональных зависимостей, классифицировать и определить их качественный уровень.

6.2. Определение эксплуатационных показателей работы фрезе-рущнх устройств выполнено на наиболее представительных типах залежей и видах торфа в объединениях Калининторф, Шатурторф. Одновременно 'с исследованиями осуществлялось' внедрение конструкций рабочих органов фрезерующих устройств в производственных условиях. Проведено уточнение, и дополнение методики исследования .особенностей и основных закономерностей формирования фрезерной 1фошки укрупненной фракции. При этом распределение частиц по размерам характеризовалось обеспеченностью формирования гранулометрического' состава .ножевой (фрезера МГФ-17 и Ф-9РПр) и штифтовой (фрезер ф-ЭРШ) фрезой. Общие закономерности распределения

. частиц по размерам при = СоявЬ в обоих случаях идентичны, что свидетельствует.о влиянии структурно-механических свойств ' фрезеруемого слоя торфяной залежи на процесс дробления. В то же время отмечено создание фрезой с проходными ножами укрупненной фракции с средним размером частиц порядка (¿с= 8.,.14 мм, а . штифтовой с ¿¿с= 5...Э ш. Одним из главных факторов, влияющих на интенсивность сушки расстила, является критерий слоя, выражаемый отношением А 'н / еСс, . Значение критерия слоя дая ножевых фрез изменяется в пределах 10%, а штифтовые фрезы за счет более интенсивного' дробления торфяной залежи обуславливают его вариацию в пределах 25$. Опыт эксплуатации ножевых фрезерующих устройств конструкции ТвеПИ и БНИИТП указывает на увеличение сезонных сбо-р'ов торфа до 20$. Наряду с обеспечением оптимальных условий формирования расстила, ножевые фрезерующие устройства обладают и минимальными удельными 'затратами энергии, что позволяет увеличить их производительность. .. •'"•..,

6.3. Одним из основных показателей процесса производства •фрезерного торфа является выход готовой продукции с единицу площади. Практический цикловой сбор прямопропорционален глубине убираемого слоя.' Чтобы- гарантировать величину плановых цикловых сбо- •

ров, убираемая высота слоя должна быть Ау^-Ьн Ира^Ыс , где ; ■

А и - нормативная глубина фрезерования, - коэффициент

разрыхления слоя, 0<с - коэффициент загрузки. При этом °(с указывает, какая часть фрезерной крошки убирается за данный- цикл. Существенным фактором, влияющим на величину о{с , является высота неровностей микрорельефа подстила Аг > получаемая в результате фрезерования. Теоретический анализ позволяет определить /?г в результате пересечения траекторий двух сменных режущих элементов. Однако практические замеры высоты неровностей микрорельефа залежи верхового типа, образующегося в результате работы ножевой фрезы, указывают на несоответствие с теоретическими представлениями. При этом сглаживание микрорельефа происходит до сопрягаемых поверхностей, описываемых радиусом кривизны траектории движения режущего элемента на участке контакта его с'торфяной залежью циклической функцией с периодом равным подаче фрезы С и амплитудой равной: Пгр /Л = 2(1- /). Тогда фактическое значение о(с<р = 0,936, а теоретическое о(сг= 0,623 -.расхождение составляет 33%. Приведенная модель формирования микрорельефа может быть применена и для поверхностно-многослойного фрезерования, при котором значения сАсм близки к I. Введено понятие технологической надежности работы фрезерующих машин - способности выполнять технологический процесс (операцию) на уровне не ниже заданного (нормативного) в течение определенного времени в конкретных условиях эксплуатации. Качественное состояние поверхности полей добычи оценивалось комплексным показателем по методике С.С.Корчу-нова в. пределах К0 = 0',3. ..0,8. По результатам серий замеров толщины расстила строились интегральные функции обеспеченности формирования расстила фрезерной крошки, аппроксимируемые экспоненциальными зависимостями вида: У^ = Уо е ( где -а л0-параметры уравнения функщи. Физический смысл функции заключает- • ся в установлении уровня надежности \Р. появления толщины расстила гц на площади фрезерования. Определено влияние показателя

на равковерность расстила и на коэффициент удлинения сушки. Введено понятие комплексного показателя формирования расстила Кр на основе двух требований: обеспечения-заданной Нагрузка-по и равномерности расстила по Ку> , тогда Кр = 4 ■ Ку> • Приведены функциональные зависимости : Кр= (>?), )Р0 - (Ао),

Кр = / ( К0 ) дяя ряда промышленных фрезеров.

■6.4'. Дана оценка устойчивости работы фрезерующих устройств по показателю интенсивности изменения Кр в заданном диапазоне варьирования пнистости фрезеруемого слоя торфяной залежи Г/у :

V ¿Кр/ Кр

/\п = 7 — -л—- » где Д изменение зна-

« д "V / Пу .

чения комплексного показателя Кр в диапазоне изменения_пнис^

тости лПу, Крн - Крк ; дЛу= /7ук- П\н\ Кр и Посредине значения показателей:

¡7 Крн * Кр* . п - /7ук /Ун

Кр = г ' " 3 •

Поскольку Г7у"н = 0, то имеем Ку = у _ ^рн/КРк ~ '

В качестве теоретически доотижимого уровня критерия расстила душ ■ условий работы.фрезерующих устройств на беспнистых залежах можно принять, согласно рекомендациям СТП 214-1-52-88 в оптимальном

режиме Крн К<р = 0,86, тогда Ку, = 2 - . Зависимость

Кр= / ( /Г*-) аппроксимировалась линейный,8°+Кр уравнением вида: Кр= 0,86 - т Пу , где значение коэффициента ПЪ отражает конструктивные особенности фрезеров. Определены допустимые области эксплуатации фрезеров по показателю пнистости. Дня . этого регламентировано значение коэффициента устойчивости Ку. = 0,95; 0,9; 0,85 и установлены соответствующие предельно допустимые значения . Гп 1 г. А> - И^) ^ I2 — к у.

6.5. Приведены статистические данные о качественных характеристиках производственных.площадей и о составе парка фрезеров .на торфопредприятиях. Определены тенденции в изменении состава парка фрезеров от мощности предприятия, пнистости- залежи, степе-

. ни разложения. Отмечено, что на состав парка фрезеров оказывает влияние также, и традиции, и ограниченность возможностей промышленности в замене и модернизации оборудования, и отсутствие методики, позволяющей комплексно оценить эффективность использования того- или иного фрезера с учетом конкретных условий эксплуата-

ЩИ. ' " .

6.6. Разработана методика'выбора рациональных параметров .

. добывающего "фрезера на стадии проектирования с учетом конечной. оценки удельных приведениях затрат на формирование расстила фрезерной крошка. Приведена' блок-схема итерации поэтапной оптимиза- .

ции выбора параметров и режимов работы фрезерующего устройства.; ■ В таблице приведены области наиболее рационального использования существующих фрезеров.

Таблиса

Рекомендации областей применения фрезерующих устройств

Пнистость залежи, с! Степень разложен и я, $

10...15 15...20 20...25 25 .. .30 30...35

/' До I I... 2 2... 3 3 ...4 ЫТФ-18 ЫТФ-18 Ф-9РПр ЫТФ-1? Залежь ве] 1.1ТФ-18 ■ Ф-9Р Ф-9РПр ЫТФ-17 оховая 1.1ТФ—18 Ф-9Р Ф-ЗРПр ЫТФ-17 1.1ТФ—18 ЫТФ-18 Ф-ЭРПв 1.ГТФ—17. ИГФ-18 ЫТФ-18 Ф-ЭРПп ЫТФ-17

2 ...3 3...4 1ЛТФ-18 Ф - 9Р Ф-9РПр МГФ-17 Залежь ни ЫТФ-18 Ф - 9Р 0-9РП1Э ЫТФ-17 зинная ЫТФ-18 Ф - 9Р Ф-9РПр ЫТФ-17 ЫТФ-18 Ф - 9Р Ф-9РПв ЫГФ-17 ЫТФ-18 Ф - 9Р Ф-9РПр ЫТФ-17

Алгоритм оценки работоспособности и эффективности фрезера, а также пакет прикладных программ могут быть использованы на предприятиях при решении вопросов комплектования' парка машин -для предварительной оценки эффективности применения того или иного фрезера на залежах с данной качественной характеристикой.

6.7. Технико-экономическая эффективность фрезерного агрегата зависит от качественной характеристики торфяной залежи, климатических условий, уровня качественного состояния поверхности технологических площадей, схемы производства торфа, длительности выполнения-основных операций процесса, от квалификации машинистов, технического состояния самой машины и т.д. Она определяется в основном рабочей скоростью, шириной захвата, установленной мощностью двигателя, а таете рядом конструктивных параметров фрезерующего устройства, влияющих на технологические показатели процесса производства фрезерного торфа. Для проведения комплексной оценки технико-экономической эффективности работы фрезерующих устройств введено понятие показателя уровня экономической эффективности. Принципиально возможны пять вариантов определения показателя (рис.8). Поправка М характеризует нахождение рассмат-

риваемых объектов относительно регламентируемого уровня норма п0 , т.е. Уэ = , где ¿/7 =

По

тивного" значения

/72 - /7/ , М = По - Пг , Пг - показатель базового варианта,

Л7- показатель сравниваемого варианта, тогдг уд = •/(рис.9). ' .

П

П

Уэ Кэ .

Лг«-

я,

о

дП

м

Лг

М йП

11грг2лП

-1

• 1 ■2

Кэо А

К^з

к

1

°П,/П0

Рис.8.-Определение показателя уровня эффективности.

Рис.9. Оценка уровня эффективности: „I - зависимость Уэ~ 2 - критерий

оценки Кэ = / ( Пч/По) 3 - функция оценки Р*«э-Пг//1е,

Обобщенный показатель носит аналогичный характер изменения самому технологическому процессу, а его закономерность изменения шее!; экспоненциальный характер: Кд = е ^ или =е

Показатель К§ имеет однозначное значение оценки уровня эффективности: при. /7у//7о =0 Кэ «= е , при °° Для удобства оценки значение Кэ приведено к экстремальному Ар = <£ и окончательное выражение примет вид Нг- е'п"'п! Анализ уровней экономической эффективности работы современных фрезерующих устройств показывает, что значения достигнутого критерия оценки варьируются в-'пределах Кэ = 0,276 ... 0,409. При этом фактическая экономическая эффективность изменяется в преде-(лах - 2Ь% ... + 11$, '

; РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основные результаты теоретических и экспериментальных ис-■ следований представлены в виде методик расгчета,. вычислительных программ, рекомендаций по выбору, оптимальных-параметров и режи-' Мов работы фрезерующих устройств, а также конструкций рабочих' органов, внедренных в практику торфяного производства.

В области теории процессов фрезерования торфяной залежи.

Основные положения общей теории кинег.атики фрезерующих устрой- _ ■ ств и методики обоснования выбора 'оптимальных параметров и режимов их работы изложены в 3 методических указаниях, в 2 учебных пособиях для вузов, включены в учебные программы'курса "Торфяные машины и оборудование" для специальности 17.01 "Горные машины и оборудование" и внедрены в учебный процесс в ТвеПИ и Белорусской политехнической академии, в Уральском: горном институте.-Материалы работы послужили основой разработанных и внедренных стандартов предприятия: СТП-214-1-52 "Устройства для фрезерования торфяной залежи" (ВНИИТП 1981,1989 гг.). Пакеты прикладных программ по реализации комплексного алгоритма опти-мизаияи параметров и режимов работы фрезеруювдх устройств пере--" даны в НПО Радченкоторф.

В области совершенствования конструкций рабочих- органов фрезерующих устройств. Теоретически обоснованы параметры модернизированных рабочих органов фрезерующих устройств, прошедших производственную апробацию в объединениях Калшшнторф - 1975 г. (шнековый рабочий аппарат с ленточными проходными ножаш на базе машины МТП-52), 1978 г. (рабочий орган с проходными ножами фрезер- валкователя МТФ-П-СВ), 1989 г.'(рабочий орган интенсивного фрезерования на базе фрезера Ф-9Р); Вологдаторф - 1979 г. (режущие элементы на рабочем органе машин МТП-42); Шатурторф-1981 г. (рабочий орган с проходными ножаш на базе фрезера Ф-9Р). В результате производственных испытаний фрез достигнуты следующие показатели работы фрезеров: поверхностная производительность на прямом проходе при агрегатировании с трактором ЛТ-75Б изменялась в пределах 5,5...7,15 га/ч, объемная производительность 0,15..Х>,23 м^/с, средний размер частиц торфа 10.. 13 мм. Производительность повышена до 12$, содержание укрупненной фракции фрезерной крошки увеличено на 25$ по сравнению со штифтовой фрезой, уровень обеспечения формирования расстила с нормативным цикловым сбором повышен с 0,75. до 0,95. Годовой .экономический эффект при внесении фрезеров Ф-9Р с проходными режущими элементами на предприятии с сезонной программой 465 тыс.т составил 12,1 тыс.руб. За разработку и внедрение конструкций .рабочих органов фрезерующих устройств автор награжден знаком "Изобретатель СССР".

ОБЩЕ ВЫВОД! И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования, в- результате которых решена важная научяо-техничес-кая проблема, посвященная совершенствованию процессов фрезерования торфяной'залежи и обоснованию приоритетных направлений развития конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств, обеспечивающих решение задач оптимизации технологических процессов торфяного производства. Полученные результаты выполненных работ позволили сделать следующие выводы:

I. Процесс стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи непосредственно связан с параметрами рабочих органов и режимами работы фрезерующих устройств. Он определяет энергоемкость, .качество и производительность выполнения операции фрезерования, а также -ее надежнойть и технико-экономическую эффективность. В связи с этим проблема обоснования оптимальных параметров и режимов работы фрезерующих устройств с учетом основных физико-меха-нических.принципов стружкообразования является важной научно-технической 'задачей, обеспечивающей интенсификацию процессов торфяного производства.

.2. Предложена классификация основных способов и методов фрезерования торфяной залежи, отражающая особенности'кинематики и конструкции рабочих органов фрезерующих устройств и определены границы областей возможного их применения.

-3. Разработана общая теория кинематики фрезерующих устройств, включающая методы их расчета и обоснования выбора оптималь-_ .ных параметров и режимов 'их работы с использованием комплекса безразмерных параметров стружкообразования и фрезерования, проведены экспериментальные исследования, подтверждающие основные ее положения.

4. Определены основные тенденции развития конструкций и режимов работы фрезерующих устройств/ на основании чего дано научное обоснование новых .способов и методов фрезерования торфяной . залежи с учетом обеспечения'технологического регламента проведения работ- - многорядного, многослойного, вертикального, показана эффективность и особенности их применения, предложены конструкции новых рабочих органов .и разработаны методы их расчета и проектирования. .

5. На основании теоретических исследований с использованием-компьютерного эксперимента расзфыты основные закономерности стружкообразоваяия при фрезеровании и многослойном формировании расстила фрезерной щюшки, отражающие единство принципов струж-кообразования при однослойном и многослойном методах поверхностного фрезерования. .

6. Изложены физико-механические принципы стружкообразова-ния при фрезеровании торфяной залежи с позиций обеспечения снижения энергоемкости ее разрушения, преобладания процессов скалывания и отрыва срезаемого слоя и соблюдения технологических требований. Рассмотрена реологическая модель взаимодействия режущих элементов рабочих органов фрезерующих устройств со слоем торфяной залежи с учетом упруго-хрупкого характера разрушения." Приведены данные экспериментальных исследований по оценке 'влияния режимных параметров на процесс разрушения слоя торфяной залежи

и установлена область минимального снижения дробления при соотношении составляющих резания V = Рп. / ~ 0,4...0,5'и геометрических размерах срезаемой стружки в пределах С /Ц = 4...6.

•7. Разработана методика количественной и качественной оценки функциональных процессов торфяного производства, позволяющая усовершенствовать математический аппарат анализа технологических процессов, классифицировать их по степени нелинейности и определить критериальные точки их качественного уровня.

8. Выполнен анализ эксплуатационных .показателей работы фрезерующих устройств с учетом условия формирования расстила фрезерной крошки, микрорельефа, фракционного состава, его равномерности и обеспеченности выхода готовой продукции с единицы площади в зависимости от уровня качественного состояния поверхности полей добычи. Лана оценка устойчивости работы фрезерующих устройств по показателю интенсивности изменения комплексного критерия формирования расстила в зависимости от пнистости фрезеруемого слоя торфяной залежи и получены рекомендации технико-экономической эффективности областей их применения на залежах с данной качественной характеристикой.

9.Научные и методические принципы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи послужили основой разработанных и внедренных стандартов предприятия: СТП 214-1-52 "Устройства для

фрезерования торфяной залежи " (ЕНИИТП 1981, 1989 гг.), включены в- учебные пособия и используются в учебном процессе (Белорусская, политехническая академия, ТвеПИ и Уральский гор-■ный институт) при изучении дисциплин торфяного профиля.

10. Теоретически обоснованы параметры модернизированных • рабочих органов, прошедших производственную апробацию, обеспечивающих повышение производительности фрезерующих устройств на добыче фрезерного торфа до 12$, содержания оптимальных размеров фрезерной крошки на 25$, при этом уровень обеспечения формиро-ваниярасстила с' нормативным цикловым сбором повышен с 0,75 до 0,95, а уровень экономической эффективности с 0,355 до 0,409. Годовой экономический эффект от внедрения фрезеров Ф-9Р с проходными -режущими элементами в оптимальном режиме работы на . предприятии с сезонной программой 465 тыс.т составил 12,1 тыс. .руб. Новизна научных и технических решений подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение (А.С.798305, 1080010,1642018).

Основные положения диссертации изложены в следующих работах: '

1.х 0 выборе ширины захвата фрезера для поверхностного фрезерования торфяной залежи /Дорфяная промышленность. - 1976.

. - М.' - С.8-10.

2. О влиянии режимов и параметров экскавации на формирова-

- кие расстила фрезерной крошки //Груды ВНИИТП. - Л., 1976. - Вып. ■' 37. - С.25-30. •

3.* Кинематика фрезерующих устройств /Дорфяная промышленность. - 1977. - Й5. - С.8-10.

.. ' ' 4. х Курсовое проектирование торфяных машин и комплексов. Расчет основных параметров машин послойно-поверхностного фрезерования с применением методов математического моделирования и ЭДЕМ Учебное пособие. - Калинин: Ш", 1977. - 66 с.

5. Энергетический критерий оценки эффективности работы фрезерующих устройств /Дорфяная промышленность. - 1977. -Й12.

- С.5-7. • . ■ . ■

6.х Исследование энергетических характеристик шнвкового рабочего аппарата с ленточными проходными ножами //Машины и технология торйяного производства: - Минск: Вышэйшая школа, 1977.'

- Вып.7. -СЛ09-113. '

х) Работы, опубликованные в,соавторстве

7.х К вопросу определения оптимальных параметров и режимов. .• работы машин для поверхностно-послойной экскавации торфяной залежи /Д1ашины и технология торфяного производства. - Минск: Вы-шэйшая школа, 1978,. - Вып.8. - С.80-88. '

8.х Методика и результаты исследования формирования гранулометрического состава фрезерной крошки //Разработка угольных месторождений- открытым способом. - Кемерово: Кузбасский политехнический институт, 1978. - Вып.7. - С.139-145.

9.х К вопросу определения предельного напряжения сдаига фрезеруемого слоя торфяной залежи //Груды ВНИИТП. - Л., 1978.

- Вып.41. -С.65-66.

10.х Анализ эффективности работы ножевых фрезерующих 'устройств //Торфяная промышленность. - 1979. - -'511. - С.9-11.

11. Основы оптимизации поверхностно-послойного фрезерования торфяной залежи //Груды ВНИИТП. - Л., 1980. - Вып.45. - С. 43-49.

12.х Устройства для фрезерования торфяной залежи. Основные кинематические параметры и методы расчета. СТП 2I4-I-52-80.

- Л.: ВНИИТП, 1980. - 28 с.

13.х Теоретическое обоснование конструктивных параметров рабочего органа и выбора оптимальных режимов работы фрезерующих устройств //Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Калинин: КГУ, 1981. - С.29-36.

15. Критический анализ существующей методики определения параметров процесса стружкообразования //Технология и комплексная механизация торфяного производства. - Калинин: КГУ, 1982.'

- С.28-32.

16.х Метод оценки эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств //Торфяная промышленность. - 1983. - MI.

. ■ - С.13-15.

17.х Энергетическая оценка процесса, фрезерования в оптимальном режиме //Технология и комплексная механизация торфяного

„производства. - Калинин: КГУ, 1983. -.С.5.6-60.

18.х A.c. 79S305 (СССР), МКИ2 E2I С 49/00. Устройство

для эксказасги тортяной залежи. - 4 с.

:э.:': A.c. IC5Ü0IÜ (СССР), :.:кп2 2GI С 23/07Устройство для определения неровностей поверхности. - 2 с.

20.х Оценка устойчивости работы фрезерующих устройств //

Торфяная промышленность. - 1984. - )27. - С. 12-14.

■ 21.х Методика оценки эффективности использования фрезеров // М.:„ЦЕНТИ МТЛ РСФСР, 1986. - Вып.5. -С.10-12.

22;х Методика выбора рациональных параметров добывающего фрезера на стадии проектирования /Дорфяная промышленность.

' - 1986. - КЭ. - С.8-10.

23.х Анализ режимов встречного и винтового поверхностно-

• послойного фрезерования //Торфяная промышленность. - 1987.-№10. - 0.18-21. '

24.х Исследование изменения параметров стружкообразования при фрезеровании /Ли: ЦШТИ 1/.ТП РСФСР, 1987. - Вып.9. - С.6-10.

25.х Выбор оптимальных параметров глубокого фрезерования торфяной залежи /Дорфяная промышленность. - 1987. - М1.-С.

.' 16-18. ...

26.х Кинёматика вертикально-фрезерных рабочих органов // Торфяная промышленность. - 1988. - йП. - С.12-13.

27.х Механика торфа и торфяной залежи. Учебное пособие. - Калинин: .КГУ, 1988. - 95 с.

28.х Влияние скоростного параметра на характер траектории движения режущего элемента при фрезеровании //Машины и технология торфяного производства. - Калинин: КЕУ, 1988. - С.19-22.

29.х Оценка изменения силы сопротивления резанию в опти-

■ ыальном режиме фрезерования торфяной залежи //ЪДашины и технология торфяного'производства. - Калинин: КГУ, 1988. - С.87-90.

'З0.х Лабораторный практикум по механике торфа и торфяной залежи.- Калинин: КПП, 1988. - 96 с.

31.х Устройства для фрезерования торфяной залежи. Основы расчета и проектирования параметров рабочих органов и режимов их работы. СТП .214-1-52-88. - Л.: ВНИИТП, 1989. - 56 с.

32. Классификация устройств для фрезерования торфяной за-

'лежи //Торфяная промышленность, - 1989. - й2. - С.7-8.

33. Основные тенденции развития конструкций рабочих органов и режимов.работы фрезерующих устройств. /Дорфяная промышлен-

• ность. - 1989. - ИЗ. - С.21-23. • • ...

34.х Методика' количественного и качественного анализа

• функциональных процесоов торфяного производства /Дорфяная • промышленность. - 1989. -'.>£5. -'С.27-29.

35.х Поверхностно-многослойное фрезерование торфяной зале- . хи /Дорфяная промышленность. - 1989. - Ш. - С.4-6.

36.х Многорядный рабочий орган'фрезерующего устройства // М.: ЦБНТИ 1Ш РСССР, 1989. - Вып.9. - С. 14-22.

37.х Кинематика корчующих механизмов /Дорфяная промышленность. - 1989. - JS9. - С.21-23.

38.х Физико-механические принципы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи /Дорфяная промышленность.- 1989. "

- J6I2. - С. 14-18.

39. Закономерности стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи /Дорфяная промышленность. - 1990. - JSI. - С.23-25.

40.х Модель формирования расстила фрезерной крошки /Дорфяная промышленность. - 1990. - М. - C.II-I4.

41.х Обоснование режимов работы вертикально-фрезерующих устройств /Дорфяная промышленность. - 1990. - К5. - С.5-8.

42. Общая теория кинематики фрезерующих устройств ./Калинин: КЕМ, 1990. - 208 с. - Деп. в ЦШТИ МШ РСССР 11.04.90, .'Ш-ТП.

43. Применение компьютерного эксперимента при анализе режимов работы фрезерующих устройств /Дорфяная промышленность.

- 1990. - Й6. - С.20-23.

44.х Оценка уровня технико-экономической эффективности работы технологического оборудования /Дорфяная промышленность.

- 1990. - F7. - С.7-9.

45. х Справочник механика торфяного предприятия /ш.: Недра, 1990. - 365с.

46.х Методика расчета параметров и режимов работы вертй-кально-фрезерувдих__устройств. - Л.: ИМИТП, 1990. - 32 с.

47.х A.c. I6420I8 (СССР), E2I С 4Э/00.Устройство для экскавации торфяной залежи. - 4 с.

ОВИМ ЧБНТИ .МПНТОППРОМА РСФСР ЗАКАЗ о

ТИРАЖ fSG