Пермские ученые создали конструкции резцов, которые снижают удельные энергозатраты на 15-30%

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.