автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка методики выбора рациональных геометрических параметров режущего инструмента бурорыхлительной техники

На правах рукописи

005056570

БАРЫКИН ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

УДК 621.869

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА БУРОРЫХЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Специальность: 05.05.04 - « Дррожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

6 ДЕК 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород ■ 2012

005056570

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова» на кафедре «Детали машин»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Елтьппев Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Слюсарев Анатолий Сидорович, профессор кафедры «Прикладная механика и подъемно-транспортные машины» ФГБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

кандидат технических наук, доцент Шардин Виталий Петрович, доцент кафедры «Автомобили и технологические машины» ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью

Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники «ВНИИБТ - Буровой инструмент»

Защита диссертации состоится ¿О, /2. 2Q/2. года в часов на заседании диссертационного совета Д.212.165.04 при ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева» по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, д. 24, ауд. 1258.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева».

Автореферат разослан » 20/¿г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Транспортировка насыпных грузов в Российской Федерации ведется круглогодично. В укрупненной структуре перевозок более 70% составляют насыпные грузы (уголь и рудные концентраты, строительные материалы, сырье для производства минеральных удобрений и др.). В холодный период года до 70% насыпных грузов, перевозимых по железным дорогам в открытом подвижном составе, прибывают в пункты выгрузки в смерзшемся состоянии с частичной или полной потерей свойства сыпучести. У получателей таких грузов возникает необходимость предварительного восстановления их сыпучести.

Анализ показателей работы железнодорожного транспорта Российской Федерации за последние 15 лет и ситуаций, сложившиеся в холодные периоды зимы на ППЖТ Пермского края, говорят о том, что до сих пор не решена проблема своевременной разгрузки вагонов со смерзшимися навалочными грузами. Основная причина сложившейся ситуации заключается в низкой эксплуатационной производительности оборудования. Производительность мощных бурорыхлительных машин и комплексов сильно снижается из-за больших потерь времени, затрачиваемого на смену рабочего инструмента, очистку и удаление остатков груза. Фактически она не превышает 35%. В связи с этим эксплуатационная производительность рыхлителей, несмотря на увеличение их мощностей без модернизации режущего инструмента, растет крайне медленно и неоправданно повышается себестоимость разгрузочных работ.

Поэтому данная научная работа, направленная на выполнение задач, связанных с определением рациональных геометрических параметров режущего инструмента бурорыхлительной техники имеет актуальное значение.

Цель работы. Разработка методики выбора рациональных геометрических параметров режущего инструмента бурорыхлительной техники, предназначенной для рыхления смерзшегося каменного угля.

Для достижения поставленной цели необходимо провести теоретические и экспериментальные исследования влияния геометрических параметров режущего инструмента на интенсивность изнашивания резца по высоте, усилия сопротивления резанию, производительность и энергоемкость.

Объекты исследований. В качестве объектов исследований выступали непосредственно бурорыхлительная машина БРМ-80/110, предназначенная для рыхления смерзшегося каменного угля (рис. 1), лабораторный стенд для исследования процесса изнашивания резцов и резцы с различным сочетанием геометрических параметров.

Методы

исследований.

Задачи диссертационного

исследования решены на основе методов информационного,

теоретического анализа,

математического моделирования и экспериментальных исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований проводились с помощью стандартных пакетов программ для ПК, таких как Mathcad 2007, Turbo Pascal 7.0.

тт „„ ______ Рис. 1. Общий вид бурорыхлительной

Научная новизна работы ^

— —--машины БРМ-80/110

заключается:

1.Разработана методика расчета составляющих сил сопротивления резанию на фронтальной поверхности резания и площадке износа, производительности и энергоемкости технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте.

2,Определена взаимосвязь интенсивности изнашивания резца по высоте ih с весовой интенсивностью изнашивания im через геометрические параметры режущего инструмента.

З.В результате экспериментальных исследований и решения задачи нелинейного программирования определены рациональные значения геометрических параметров резца а = 70°, [3 = 40°, обеспечивающие минимальное значение энергоемкости технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля.

Достоверность полученных результатов базируется на основных положениях механики разрушения смерзшихся материалов, подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы заключается в определении рационального сочетания значений геометрических параметров режущего инструмента, позволяющие увеличить наработку на сильно смерзшемся каменном угле до предельного износа, которая в 5 раз превышает наработку резца с базовыми геометрическими параметрами.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ЗАО «Яйватранспорт».

Апробация работы. Диссертационная работа обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Детали машин» ФГБОУ- ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова» и на заседании кафедры «Строительные и дорожные машины» ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени P.E. Алексеева» в 2011 году. Основные результаты исследований изложены на Научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА» (Пермь, 2008), на Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА» (Пермь, 2010) и на Международной научно-практической конференции «Инновации аграрной науки - предприятиям АПК» (Пермь, 2012).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 135 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 170 страниц, в том числе 47 рисунков, 11 таблиц и 25 страниц приложений.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 7 публикациях, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент на полезную модель исследуемого в работе режущего инструмента.

Отдельные этапы работы выполнялись в рамках плановой НИР кафедры «Детали машин» ФГБОУ ВПО «Пермская ГСХА».

Основные положения. выносимые на защиту:

1.Результаты теоретических исследований влияния геометрических параметров режущего инструмента на интенсивность изнашивания резца по высоте, которая учитывается в методике расчета составляющих усилий сопротивления резанию, производительность и энергоемкость процесса рыхления смерзшегося каменного угля.

2.Результаты экспериментальных исследований, в которых получена эмпирическая формула весовой интенсивности изнашивания im для каменного угля, зависящая от глубины резания h, скорости резания vp и

прочности смерзшегося материала а.

3.Результаты экспериментальных исследований и решения задачи нелинейного программирования, в которых определено рациональное сочетание значений геометрических параметров режущего инструмента, позволяющие увеличить наработку на сильно смерзшемся каменном угле до предельного износа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, приведена общая характеристика работы с определением ее научной новизны.

В первой главе «Обзор исследований процессов резания смерзшихся абразивных материалов» сделан анализ исследований по влиянию физических свойств мерзлых дисперсных материалов на показатели прочности и разрушения резанием, в которых достаточно подробно представлены прочностные характеристики мерзлых грунтов и насыпных грузов, влияние физических свойств мерзлых дисперсных материалов на показатели прочности и разрушения резанием. При определении прочности мерзлых дисперсных материалов, зависящей от различных факторов, в работах И.Г. Басова, А.Н. Зеленина, М.И. Лепнева, В.П. Сюзева, К. Терцаги, H.A. Цытовича представлены экспериментальные зависимости, основанные на следующем допущении: рассматриваемая разрушаемая дисперсная среда квазиоднородная и квазиизотропная.

Анализ исследований по изнашивающей способности абразивных материалов в работах Л.И. Барона, И.Г. Басова, М.П. Бердникова, A.B. Кузнецова, М.Ф. Кунтыша, В.Б. Лещинера, Г.И. Митирева, Е.З. Позина, М.М. Протодьяконова, В.В. Ржевского, В.Н. Ткачева, М.М. Хрущева и других исследователей показал, что абразивные свойства горных пород в монолитах и раздробленном состоянии, мерзлых и талых грунтов были изучены достаточно подробно. Получены классификации и методики расчетов абразивности горных пород и мерзлых грунтов. Для мерзлых грунтов представлены классификации и графические зависимости влияния физических свойств и режимов резания на изнашивающую способность режущего инструмента. Но в большинстве приведенных методик расчета весового и линейного износа учитывается крайне недостаточно факторов состояния абразивных материалов и энергетических параметров разрушения, которые влияют на интенсивность изнашивания режущего инструмента, что является главным недостатком существующих методик [5].

Из анализа материалов по абразивным свойствам следует, что наиболее рациональным показателем абразивности является интенсивность изнашивания резца по высоте за пройденный путь ih [5]. По данному показателю для резца возможно непосредственное определение геометрических параметров площадки износа, на которую в процессе резания действует добавочная сила сопротивления резанию. В связи с чем возникает необходимость получить зависимость весовой абразивности от скорости резания, глубины резания и прочности смерзания и сделать перевод показателя весовой абразивности в показатель интенсивности изнашивания резца по высоте с учетом геометрических параметров режущего инструмента.

В известных методиках расчета сил сопротивления резанию В Д. Абезгауза, ИЛ. Айзенштока, И.Г. Басова, Ю.А. Ветрова, В.П. Горячкина, М.А. Двойных, Н.Г. Домбровского, В.А. Захарова, А.Н. Зеленина, В.Ф. Кулепова, В.Б. Лещинера, Г.И. Митирева, A.A. Назаровского, А.Ф. Николаева, Г.Ф. Петрушкина, В.П. Сгозева и других исследователей достаточно подробно были изучены особенности процессов резания горных пород, мерзлых грунтов, льда, асфальтового бетона и смерзшихся навалочных грузов. В большинстве исследований сила резания зависит от ширины резца, толщины стружки, а также удельного сопротивления резанию или прочности мерзлого массива. В расчете добавочных сил сопротивления резанию используется коэффициент притупления режущего инструмента, либо натуральная величина износа режущей кромки.

Главный недостаток рассмотренных исследований - это отсутствие взаимосвязи между силами сопротивления резанию с геометрическими параметрами режущего инструмента. Кроме того, закономерности влияния интенсивности изнашивания резца по высоте (удельный износ) на добавочную силу сопротивления резанию в рассмотренных исследованиях не рассматривались.

В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи:

1.Определение взаимосвязи интенсивности изнашивания резца по высоте ib с весовой интенсивностью изнашивания im через геометрические параметры режущего инструмента.

2.Разработка методики расчета составляющих сил сопротивления резанию на фронтальной поверхности резания и площадке износа, производительности и энергоемкости технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте ih.

■ ЗЛроведение экспериментальных исследований и получение эмпирической формулы весовой интенсивности изнашивания im для каменного угля, которая будет зависеть от глубины резания h, скорости резания vp и прочности смерзшегося материала а. Проверка адекватности

теоретических зависимостей.

4.Расчет для вариантов резцов с базовым и рациональным сочетанием геометрических параметров значений предельных износов резцов по высоте и наработке (пути трения) и параметров технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля с максимальными значениями прочности на сжатие и весовой интенсивности изнашивания.

5.На основе сравнительных расчетов параметров технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля выполнить расчет технико-экономических показателей модернизации режущего инструмента бурорыхлительной машины БРМ-80/110.

При решении поставленных задач был сделан ряд допущений:

1.Разрушаемая среда (смерзшийся каменный уголь) на макроуровне считается квазиоднородной и квазиизотропной.

¿.Рассматривается установившийся режим работы бурорыхлительных фрез при постоянной угловой скорости ю = const

3.В качестве основных нагрузок на фрезы считаются силы сопротивления резанию, действующие на резцы. Последнее подтверждается исследованиями Г.Ф. Петрушкина, где установлено, что мощность, расходуемая на резание и рыхление смерзшегося материала, составляет около 80% от мощности привода бурорыхлительной машины.

4.Учет влияния температуры и влажности разрушаемой среды производится на основании экспериментальной зависимости прочности смерзшегося каменного угля на сжатие от этих параметров из исследований В.П. Сюзева.

Во второй главе «Теоретические исследования влияния геометрических параметров режущего инструмента на интенсивность изнашивания резца по высоте, усилия сопротивления резанию, производительность и энергоемкость» приведены результаты теоретических исследований.

На основе расчетной схемы профиля изнашиваемого резца (рис. 2) получена теоретическая зависимость перевода показателя весовой интенсивности изнашивания (абразивности) в интенсивность изнашивания резца по высоте ih [1].

Y

Рис. 2. Расчетная схема профиля изнашиваемого резца

где ¡т- весовая интенсивность изнашивания, мг/км; рт- удельный вес материала резца, г/мм3; Ь - ширина резца, мм; Ь - путь трения резца по мерзлому массиву, км; а - угол резания, град; (3 - задний угол резца, град; у -угол наклона площадки износа для разрушаемого абразивного материала, град; к, - коэффициент износостойкости материала резца.

Далее, с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте ¡ь получены формулы для расчета составляющих сил сопротивления резанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

На основании расчетной схемы (рис. 3) добавочные силы сопротивления резанию, действующие на площадку износа резца определяются по формулам:

? N-N1 • с

Рис. 3. Расчетная схема сил, действующих на площадку износа резца и на изношенную фронтальную поверхность резания

касательная составляющая L L b-o -к-

Fc,' = -

Т— +—'1

,tgP tgr,

tg Y • tg a- (tga+tg у )

sin (y+(p)

нормальная составляющая

F ' = -

smY'Cos^-(tga+tgY)

|-tgY-tga-(tga+tgy)

tgP tgy

cos(y+(p)

(2)

(3)

sin y • cosp • (tg a+tg y) где aCM- предел прочности мерзлого массива на смятие, МПа; к -коэффициент, учитывающий запас напряжения для разрушения мерзлого массива; <р - угол трения мерзлого материала, град.

На основе эмпирических формул из работы Г.Ф. Петрушкина с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте 1Ь получены следующие зависимости для расчета составляющих сил сопротивления резанию на изношенной фронтальной поверхности резания (рис. 3): касательная составляющая

Ь-к-Ь-

—+—

нормальная составляющая

Ь-к-Ь

1 1

_+—

tgY•tga

¡(Хёи+^ЕЯ)

•Ь°-атУ , (4)

■ Ь° • а™ • (рк , (5)

где ур- скорость резания, м/с; И - глубина резания, мм; А7 =4,97; х = 0,09; у = 0,2; п = 0,49; т = 0,14; к = -0,28; Ах =5,73; х'=0,08; у'=-0,28; п'= 0,35; т'=0,24; к'=-0,28 - эмпирические коэффициенты для смерзшегося каменного угля при влажности полного насыщения = 24% и температуре замораживания Т = - 30°С.

Далее, в рамках сопротивления материалов выполнено исследование влияния геометрических параметров на прочность резца с учетом геометрических параметров [6].

Наиболее опасный случай нагружения режущей кромки будет для острого резца. В расчетную схему режущей части на прочность введено следующее изменение: действующие силы сопротивления резанию смещены к острию режущей кромки для обеспечения запаса прочности.

Рис. 4. Расчетная схема нагружения клина в поперечном и продольном сечениях

При оценке режущей кромки на прочность в поперечном сечении (рис.4, сечение А - А) сила сопротивления резанию Рср будет создавать поперечный изгиб, а нормальная сила сопротивления Р„ - продольный изгиб. Условие прочности в опасном поперечном сечении примет вид

6-Ь

о, =

Рс.Р+0,5-Р<;в-|18(90-а) +

>~ Г л \2

Ь-Ь

(6)

При оценке режущей кромки на прочность в продольном сечении (рис.4, сечение Б - Б) получено следующее условие прочности

Ь.ЬЧ1-1£(90-аИЕР)> -(7)

На основании полученных условий прочности (6) и (7) для режущей части необходимо обосновать диапазон геометрических параметров режущего инструмента (угол резания а и задний угол резца Р) при которых в дальнейшем будут проводиться экспериментальные исследования.

С помощью программы МаШСасЗ 2007 получены графические зависимости напряжений а в обоих сечениях режущей части от углов резца а, р, глубины резания Ь и по глубине резания при известных значениях сил сопротивления на режущей кромке Бср, Рс„ .

На основании проведенного численного моделирования следует, что для дальнейших экспериментальных исследований целесообразно принять следующие диапазоны изменения геометрических параметров режущего инструмента: длл угла а = 70...90°, для угла р = 0...40°.

В завершающей части теоретических исследований проведены исследования влияния интенсивности изнашивания резца по высоте 1ь на производительность и энергоемкость рыхления смерзшихся навалочных грузов.

На основании схемы работы резца на бурорыхлительной машине в контакте с мерзлым материалом (рис. 5) получена формула для расчета эксплуатационной производительности бурорыхлительной машины П [2]

П = 60-крх -кр1 - л-Бр -11-Ь-рмм -пф -2р-Ъ^, (8)

где крх- коэффициент соотношения рабочего хода (пути трения) резца в контакте с мерзлым материалом к полной траектории за оборот; крл -коэффициент использования рабочего времени. Ор- диаметр фрезы по резцам, мм; р„„- удельный вес мерзлого материала, т/м3; пф - число оборотов на валу фрезы, мин'1; число резцов на одной фрезе; число фрез, приводимых от одного электродвигателя.

Рис. 5. Схема работы резца на бурорыхлительной машине в контакте с мерзлым материалом

Для расчета фактической эксплуатационной производительности необходимо учитывать износ режущего инструмента.

С учетом высоты износа резца Ь. (рис. 2 и 3) фактическая эксплуатационная производительность бурорыхлительной машины будет равна [3]

Удельным показателем энергетических затрат процесса рыхления смерзшихся навалочных грузов является энергоемкость, которая определяется как отношение затраченной мощности рыхления Р„ к

производительности Пфэ

где затраченная мощность рыхления Рр определяется произведением

Составляющие силы сопротивления резанию с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте определяются по формулам (2), (4), фактическая эксплуатационная производительность бурорыхлительной машины Пф э по формуле (9) или для одного резца Пф, по формуле (10).

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» описаны план и методика проведения экспериментальных исследований, представлена экспериментальная установка для исследования процесса изнашивания режущего инструмента (рис. 6).

(9)

(10)

р =(р +Б 'УV

1 р с.р 1 А с.р ' р •

(12)

Рис. 6. Экспериментальная установка дня исследования процесса изнашивания режущего инструмента: а - общий вид, б - резцедержатель, в - экспериментальные резцы

Исследования процесса изнашивания режущего инструмента проводились в три этапа.

На первом этапе изучалось влияние глубины резания Ь, скорости резания vp и прочности смерзшегося материала при сжатии а на весовую интенсивность изнашивания ¡ш режущего инструмента. С помощью методики рационального планирования экспериментов составлен план опытов, представленный на рис. 7.

На основании серии проведенных экспериментов установлены зависимости весовой интенсивности изнашивания 1ш от глубины резания И, скорости резания \'р и прочности смерзшегося материала при сжатии о, представленные на рис. 8, 9, 10. Весовая интенсивность изнашивания ¡т от прочности смерзания материала с и глубины резания 1) будет линейной функцией, а от скорости резания ур - параболической.

Получена обобщающая эмпирическая формула весовой интенсивности изнашивания ¡га для каменного угля

¡ш = 0,75-ур2-0,35-ур +1,05-о + 0,08-11-3,4. (13)

я

У У

I аи

Рис. 7. Комбинационный квадрат плана экспериментов по определению весовой интенсивности изнашивания 1Ш от параметров о, ур , Ъ

Ь, г/км 9

8

7

6

5

4

1 2 \ \ / /

/

/ /

/

5 10 15 20 25 Ь. мм

Рис. 8. Результаты весовой интенсивности изнашивания ¡т от глубины резания Ь: 1 - эксперимент; 2 - аппроксимирующая функция

/я; г/км

5 6 7 8 9 а, МПа

Рис. 9. Результаты весовой интенсивности изнашивания ¡т от прочности смерзания о: 1 - эксперимент; 2 - аппроксимирующая функция

А

1 \ 2 \ /

\

/

Рис. 10. Результаты весовой интенсивности изнашивания от скорости резания ур: 1 - эксперимент; 2 - аппроксимирующая функция

На втором этапе экспериментальной части исследовалось влияние геометрических параметров режущего инструмента на интенсивность изнашивания резца по высоте [4]. На данном этапе проверена адекватность теоретических зависимостей (1), (2), (4), (10), (11), (12).

Проведено 25 двухфшсгорных опытов для смерзшегося каменного угля с максимальной прочностью при максимальных значениях глубины резания и скорости резания. Варьируемыми факторами являются значения угла резания а и заднего угла р.

Из 25 вариантов сочетания геометрических параметров резца при наработке одного порядка с учетом ограничения по мощности для одного резца машины БРМ-80/110 Рр1=1,5кВт, установлено, что минимальные значения энергоемкости рыхления и мощности будут для резца с геометрическими параметрами а = 70°, (3 = 40°.

С целью уточнения рационального решения, полученного экспериментальным путем, была поставлена задача поиска оптимального решения, реализованного методом нелинейного математического программирования. Целевая функция, физические, геометрические ограничения и ограничения по мощности записаны следующим образом

где E(a,ß)-» min - целевая функция;

Хк (а,ß) — геометрические ограничения: а > 0, ß ä 0, 90° - а > 0, 90° — ß > 0;

(а, ß) - физические ограничения: onu - öj > 0, ощ-о2>0, а, и а2 заданы выражениями (6), (7);

Ф(а,Р)- ограничение по допускаемой мощности на один резец Рр]:

Алгоритм поиска оптимального решения при шаге изменения геометрических параметров резца через 0,1° представлен на рисунке 11.

В итоге получено минимальное значение энергоемкости Е = 1,846 кВт-ч/т, которое практически совпадает с результатом метода планирования экспериментов второго этапа экспериментальной части Е = 1,88196 кВт-ч/т при тех же самых значениях геометрических параметров а = 70°, р = 40°.

На третьем этапе экспериментальной части выполнено исследование предельного износа резцов, геометрические параметры которого обеспечивают минимальные значения энергоемкости рыхления, добавочной силы сопротивления резанию и мощности установленной из второго этапа экспериментальной части. При одинаковых значениях предельной мощности Рр! = 1,5 кВт, глубины и скорости резания, марки материала режущей части резца наработка до предельного износа для резцов с рациональными геометрическими параметрами а = 70°, р = 40° в 5 раз превышает наработку резца с базовыми геометрическими параметрами а= 85°, р = 10°.

E(a,ß)-> min,

Xt(a,ß)>0,(k=1...4), (a,ß) > 0, (m= 1,2), Ф(а,Р)>0,

(14)

(15)

(16) (17)

Р0-Рм>0, Р0 = 1,5 кВт.

| ЗАйАНИЕ ПОСТОЯННЫХ ИСХОПНЫХ МАННЫХ I *

—-}_ЗАДАНИЕ ЗНАЧЕНИЙ СП. &_

1ГРОВЕРКА ГЕ№£ТР№СКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ -

\м

| ГРОВЕРКА ФИЗИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ $1*0 |-

\ЛА

| ПРОВЕРКА ОГРАНИЧЕНИЯ ПО НОЩНОСТИ Ф^О |-

__

-{ РАСЧЕТШРЕОЕМКОСТИЕг ЕМЕп.иЕ.х ТОЕ=Ег»г |

| выводе а /? I

Рис. 11. Блок-схема процедуры поиска оптимального решения

Установлено предельное значение пути трения (наработки до предельного износа) для резцов с базовыми и рациональными геометрическими параметрами из материалов стали СтЗ и инструментального сплава ВК8-В.

В четвертой главе «Исследования влияния геометрических параметров режущего инструмента на мощность привода фрез бурорыхлительной машины и производительность» выполнен расчет мощности привода фрез бурорыхлительной машины, в котором расчетное значение мощности Р,д = 54,7 кВт соответствует фактической мощности электродвигателей базовой бурорыхлительной машины БРМ-80/110 Р,л = 55 кВт. Проведенный расчет показывает, что мощности электродвигателей базовой бурорыхлительной машины БРМ-80/110 достаточно для резцов с геометрическими параметрами а = 70°, Р = 40° при износе резца по высоте не более Ь; = 3,9 мм. Эксплуатация бурорыхлительной машины при износе резца по высоте более Ь, > 3,9 мм недопустима, так как мощности электродвигателей Рзл = 55 кВт будет недостаточно.

Проведены сравнительные расчеты значений периодичности замены резцов, коэффициента использования рабочего времени и средней эксплуатационной производительности для резцов с базовьм и рациональным сочетанием геометрических параметров для каменного угля с максимальными значениями прочности на сжатие и весовой интенсивности изнашивания. В результате модернизации количество циклов за смену уменьшилось с 16,6 до 5,4, коэффициент использования рабочего времени

!

!£Т\

/£Г

к увеличился с 0,46 до 0,74, средняя эксплуатационная производительность Пэср увеличилась с 78,9 т/ч до 117,5 т/ч, средняя энергоемкость Е уменьшилась с 1,4 кВт-ч/т до 0,94 кВт-ч/т.

В пятой главе проведен расчет технико-экономической эффективности модернизации режущего инструмента бурорыхлительной машины, который показал, что после модернизации имеющегося оборудования в ЗАО «Яйватранспорт» себестоимость рыхления 1 т смерзшегося каменного угля уменьшится с 9,02 рублей до 6,71 рублей; экономическая эффективность от внедрения модернизации составит 420,776 тыс. рублей при объеме поступления каменного угля в зимний период 150 тыс.тонн; срок окупаемости - 0,48 года.

Годовой экономический эффект получен за счет повышения фактической эксплуатационной производительности бурорыхлительных машин БРМ-80/110.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.Разработана методика расчета составляющих сил сопротивления резанию, производительности и энергоемкости технологического процесса рыхления смерзшегося каменного угля с учетом интенсивности изнашивания резца по высоте ih через геометрические параметры.

2.Получена эмпирическая формула весовой интенсивности изнашивания im для каменного угля, зависящая от глубины резания h, скорости резания vp и прочности смерзшегося материала а.

3.На основании экспериментальных исследований определены рациональные значения геометрических параметров резца а = 70°, Р = 40°, обеспечивающие минимальное значение энергоемкости процесса рыхления смерзшегося каменного угля.

4.В результате решения задачи нелинейного программирования получен результат с минимальным значением энергоемкости Е = 1,846 кВт-ч/т, который практически совпадает с результатом метода планирования экспериментов из второго этапа экспериментальной части Е = 1,88196 кВт-ч/т при тех же самых значениях геометрических параметров

а = 70°, Р = 40°.

5.В результате модернизации режущего инструмента и технологического процесса количество циклов за смену уменьшилось с 16,6 до 5,4, коэффициент использования рабочего времени увеличился с 0,46 до 0,74, средняя эксплуатационная производительность увеличилась с 78,9 т/ч до 117,5 т/ч, средняя энергоемкость уменьшилась с 1,4 кВт ч/т до 0,94 кВт-ч/т.

б.Запатентован режущий инструмент с рациональными геометрическими

параметрами [7], которые позволяют достичь максимальную эксплуатационную производительность и минимальную энергоемкость технологического процесса рыхления смерзшегося угля.

7.Проведен расчет технико-экономической эффективности модернизации режущего инструмента бурорыхлительной машины, в результате которого себестоимость рыхления 1 т смерзшегося каменного угля уменьшится с 9,02 рублей до 6,71 рублей.

8.Результаты научных исследований внедрены в ЗАО «Яйватранспорт». Экономическая эффективность от внедрения модернизации составит 420,776 тыс. рублей при объеме поступления каменного угля в зимний период 150 тыс. тонн.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах В изданиях, рекомендованных ВАК

1.Сюзев В.П., Миллер В.Ф., Барыкин Ю.А. Влияние геометрических параметров режущего инструмента на интенсивность изнашивания // Строительные и дорожные машины - 2009, № 8, с. 49.

2.Елтышев В.А., Миллер В.Ф., Барыкин Ю.А. Расчет производительности рыхления смерзшихся навалочных грузов. - Сб. научн. тр. // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ - 2009, №3 (34), с. 22-23.

З..Елтышев В.А., Миллер В.Ф., Барыкин Ю.А. Влияние интенсивности изнашивания режущей кромки резца на производительность рыхления смерзшихся навалочных грузов // Строительные и дорожные машины - 2011, № 7, с. 41-42.

4.Елтышев В.А., Миллер В.Ф., Барыкин Ю.А. Экспериментальные исследования интенсивности изнашивания режущей кромки // Строительные и дорожные машины -2011, № 8, с. 38-39.

Статьи в сборниках научных трудов

5.Сюзев В.П., Миллер В.Ф., Барыкин Ю.А. Анализ исследований по влиянию абразивных свойств различных материалов на износ режущего инструмента. - Сб. научн. тр.ч.2 // Пермский аграрный вестник, Пермь, ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА» 2008, с. 101-105.

6.Елтышев В.А., Барыкин Ю.А. Влияние геометрических параметров резца и глубины резания на его прочность. Сб. научн. тр.ч.2 // Инновации аграрной науки - предприятиям АПК (Материалы международной научно-практической конференции), Пермь, ФГБОУ ВПО «Пермская ГСХА» 2012, с. 88-93.

Патенты на полезные модели

7.Патент РФ на полезную модель №114329. Е 02 F 9/28. Режущий инструмент бурорыхлительной машины. / Ю.А. Барыкин - ФГБОУ ВПО Пермской ГСХА. - Россия - 0публ.20.03.2012. - Бюлл.№8.

Барыкин Юрий Алексеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА БУРОРЫХЛИТЕЛЬНОЙ

ТЕХНИКИ

05.05 <04 - «Дэрожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 1б.11.2012.Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ №18.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии «КНИЖНИК». ИП Норин А. А. Адрес: 614002, г.Пермь, ул. Н. Островского, 76 Тел.(342)216-08-03