Пермские ученые создали конструкции резцов, которые снижают удельные энергозатраты на 15-30%
Горнодобывающая отрасль по всему миру сталкивается с необходимостью сохранять эффективность работы при растущих тарифах на электроэнергию и ужесточении экологических стандартов.
0
441
0
0

Основной причиной такой неэффективности являются нерациональные конструкции резцов — рабочих инструментов, которые влияют на результаты всего процесса добычи. При этом существующие конструкции быстро изнашиваются и не отвечают современным требованиям: им необходимы чрезмерные усилия для внедрения в породу.
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новые резцы для горных комбайнов, которые обеспечивают снижение удельных энергозатрат до 15-30% в лабораторных испытаниях.
Основной причиной низкой эффективности добычи считается неоптимальная конструкция резцов - сменных металлических «зубьев», которые являются рабочим инструментом комбайнов.
Именно они «вгрызаются» в пласт породы и откалывают от него руду. И от того, насколько удачно сделана их форма, зависит, сколько энергии потребляет комбайн, как производительно он работает и сколько полезного ископаемого может добыть.
Новый резец был сконструирован с выпуклыми режущими поверхностями. Это необходимо для того, чтобы, когда одна сторона затупляется, резец можно просто перевернуть в держателе, и в работу вступит не затупленная поверхность.
Для всесторонней проверки эффективности перспективного резца была использована специализированная физическая модель процесса резания (упрощенный и уменьшенный симулятор комбайна). Ученые оснастили его высокоточными датчиками, которые фиксировали малейшие изменения силы резания с частотой 1000 измерений в секунду.
В качестве тестируемого материала эксперты выбрали строительные гипсовые плиты. Это позволило значительно удешевить и ускорить процесс испытаний, сохранив при этом достоверность результатов.
Для исследования готового инструмента в держатель лабораторного стенда вставляли изготовленный резец. Далее перед ним надежно закрепляли блок гипса. Стенд с огромной силой толкал резец, а в этот момент установленные датчики в реальном времени измеряли два ключевых параметра: какое усилие требуется, чтобы прорезать материал, и сколько энергии при этом считается. Эти данные позволили ученым ПНИПУ объективно оценить эффективность конструкции.
После создания нового резца исследователи начали испытания и проверяли инструмент в разных режимах работы. В процессе они меняли два основных параметра: толщину стружки (насколько глубоко резец внедряется в породу за один проход) и шаг резания (расстояние между соседними резами). Главной задачей было найти рациональное сочетание показателей, при котором сила резания на инструменте и удельные затраты энергии на разрушение породы будут минимальными.
— Мы проводили испытания по двум широко используемым на практике схемам резания. Первая — последовательная, когда резец каждый раз проходит по одному и тому же следу. Вторая — шахматная. Это более совершенная схема, при которой каждый новый рез делается между двумя предыдущими. Это позволяет эффективнее отделять породу, так как инструмент разрушает материал по наведенным ослаблениям (трещинам), — отметил Дмитрий Шишлянников, профессор кафедры «Горная электромеханика», доктор технических наук.
В ходе каждого эксперимента фиксировались не только параметр усилия резания, но и собирались все продукты разрушения для последующего взвешивания. На основе этих данных ученые рассчитали, сколько энергии тратится на один кубометр породы.
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новые резцы для горных комбайнов, которые обеспечивают снижение удельных энергозатрат до 15-30% в лабораторных испытаниях.
Основной причиной низкой эффективности добычи считается неоптимальная конструкция резцов - сменных металлических «зубьев», которые являются рабочим инструментом комбайнов.
Именно они «вгрызаются» в пласт породы и откалывают от него руду. И от того, насколько удачно сделана их форма, зависит, сколько энергии потребляет комбайн, как производительно он работает и сколько полезного ископаемого может добыть.
Новый резец был сконструирован с выпуклыми режущими поверхностями. Это необходимо для того, чтобы, когда одна сторона затупляется, резец можно просто перевернуть в держателе, и в работу вступит не затупленная поверхность.
Для всесторонней проверки эффективности перспективного резца была использована специализированная физическая модель процесса резания (упрощенный и уменьшенный симулятор комбайна). Ученые оснастили его высокоточными датчиками, которые фиксировали малейшие изменения силы резания с частотой 1000 измерений в секунду.
В качестве тестируемого материала эксперты выбрали строительные гипсовые плиты. Это позволило значительно удешевить и ускорить процесс испытаний, сохранив при этом достоверность результатов.
Для исследования готового инструмента в держатель лабораторного стенда вставляли изготовленный резец. Далее перед ним надежно закрепляли блок гипса. Стенд с огромной силой толкал резец, а в этот момент установленные датчики в реальном времени измеряли два ключевых параметра: какое усилие требуется, чтобы прорезать материал, и сколько энергии при этом считается. Эти данные позволили ученым ПНИПУ объективно оценить эффективность конструкции.
После создания нового резца исследователи начали испытания и проверяли инструмент в разных режимах работы. В процессе они меняли два основных параметра: толщину стружки (насколько глубоко резец внедряется в породу за один проход) и шаг резания (расстояние между соседними резами). Главной задачей было найти рациональное сочетание показателей, при котором сила резания на инструменте и удельные затраты энергии на разрушение породы будут минимальными.
— Мы проводили испытания по двум широко используемым на практике схемам резания. Первая — последовательная, когда резец каждый раз проходит по одному и тому же следу. Вторая — шахматная. Это более совершенная схема, при которой каждый новый рез делается между двумя предыдущими. Это позволяет эффективнее отделять породу, так как инструмент разрушает материал по наведенным ослаблениям (трещинам), — отметил Дмитрий Шишлянников, профессор кафедры «Горная электромеханика», доктор технических наук.
В ходе каждого эксперимента фиксировались не только параметр усилия резания, но и собирались все продукты разрушения для последующего взвешивания. На основе этих данных ученые рассчитали, сколько энергии тратится на один кубометр породы.





