Развитие фрезерующих машин в торфяном производстве (анализ, перспективы)

ния [1-4]. Фрезерующие торфяные машины имеют различные рабочие органы и выполняют ряд технологических операций (табл. 1).

Во всем многообразии фрезерующих машин, представленных в табл. 1, особое место занимают машины для поверхностно-послойного фрезерования торфяной залежи. Дело в том, что на долю фрезерного способа

В горном деле фрезой называют многолезвийный режущий инструмент, приводимый во вращение жестко скрепленным с ним валом. Фрезерованием горной породы называют процесс разрушения породы фрезой.

Впервые идея использования вращающегося режущего диска в качестве рабочего элемента плуга была осуществлена в Америке в середине XIX века [5]. Вскоре дисковые орудия в качестве специальных плугов, борон, культиваторов и других механизмов начали широко применяться и в европейских странах. Без существенных изменений эти орудия дошли до настоящего времени и широко распространены в мелиоративной практике. В работе [5] приведены достаточно подробные сведения о развитии фрезерных машин для сельскохозяйственного производства, показаны многоплановые реализации идеи фрезерования грунта в торфяной отрасли с начала 1920-х годов. Создание фрезерных машин на всех этапах развития торфяной отрасли открывало новые возможности производства, способствовало совершенствованию техники и технологии, повышению эффективности торфяного производства.

К концу XX века значительная часть всего парка торфяных машин работает по принципу фрезерова-

Таблица 1

ВИЛЫ ФРЕЗЕРУЮЩИХ МАШИН В ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУППАХ, ВЫАЕЛЕННЫХ В КЛАССИФИКАЦИИ ПРОФЕССОРА С.Г. СОЛОПОВА [1,2]

Функциональная группа торфяных машин Марка машин, работающих по принципу фрезерования, и их назначение Вид рабочего органа

Машины и комплексы для рытья и ремонта осушителей торфяных месторождений МТП-37 - машина для прокладки каналов предварительного осушения коническая шнек-фреза

РК-0А - машина для прочистки кар-товых каналов шнек-фреза

МТП-32А - машина для рытья и ремонта картовых каналов коническая фреза

МЭД-1 - дренажная машина винтовая фреза

Машины и комплексы для подготовки поверхности залежи к разработке МТП-43 - машина для сводки леса дисковая фреза

МТП-42А - машина для сплошного глубокого фрезерования цилиндрическая фреза

МТП-26 - корчеватель корчующий ротор

МТП-58 - шнековый профилировщик шнек-фреза

Машины и комплексы для добычи и производства торфяного фрезерного топлива МТФ-11, МТФ-12, МТФ-14, МТФ-17, МТФ-18, Фпр-9,5, Ф-9,5 РЗ - фрезеры торфяные цилиндрические фрезы с различным числом секций и различными режущими элементами

Машины и комплексы для добычи и производства торфяного кускового топлива МТК-12 - машина для добычи дисковая фреза

МТК-15 - машина для добычи винтовая фреза

Машины для погрузки и транспортирования торфа ПНД - погрузочная машина непрерывного действия ковшовое колесо

в конце 1980-х годов приходилось 98 % всей добычи торфа.

Поверхностно-послойное фрезерование торфяной залежи - первая операция технологического процесса производства фрезерного торфа во всех технологических схемах. Для процесса поверхностно-послойного измельчения торфяной залежи применяются прицепные к трактору или машинам фрезеры, рабочими органами которых служат фрезы, представляющие собой тела вращения, на образующих которых имеются режущие элементы (ножи). Ножи применяются в форме штифтов, тарельчатые (чашечные), плоские, параллельные оси фрезы и с винтообразной режущей кромкой. Окружная скорость фрезы - от 8 до 20 м/с. С увеличением окружной скорости улучшаются условия резания древесных включений. Измельчение торфяной залежи производится при поступательно-вращательном движении фрез, погружаемых на глубину 10-20 мм. При этом происходит нарушение капиллярной связи слоя с залежью, баллистическая транспортировка перемешанных частиц торфа, их укладка на поверхность карты в слой для сушки. От качества выполнения фрезерования во многом зависят скорость процесса сушки разрыхленного слоя, величины цикловых и сезонных сборов с гектара.

© В.Л. Копенкин, Л.В. Копенкина,

Л.Н. Самсонов, 2003

УЛК 622.331.06

В.Л. Копенкин, Л.В. Копенкина, Л.Н. Самсонов РАЗВИТИЕ ФРЕЗЕРУЮЩИХ МАШИН В ТОРФЯНОМ ПРОИЗВОЛСТВЕ

Таблица 2

ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ СУХОЙ ФРЕЗЕРНОЙ КРОШКИ [3]

Тип торфа Степень разложения, % Содержание частиц (размер в мм), %

> 10 10-5 5-3 3-1 < 1 < 0,25 Средний размер поперечника, мм

Низинный 30 - 50 1,9 10,3 15,1 23,1 49,6 14,7 2,3

Верховой 15 - 25 25,9 17,6 7,9 25,6 23,0 9,0 6,1

При работе фрезеров режущие элементы фрезы описывают циклоидальные кривые (трохоиды), отрывают или срезают определенный объем торфа, называемой стружкой. Понятие о стружке, полученное на основании рассмотрения геометрии фрезерования, довольно условно. Отделяемый от торфяной залежи объем торфа не имеет правильной формы профиля срезаемой стружки, представляет собой раздробленную совокупность частиц размерами от доли миллиметра до 25 мм.

Нормативные значения влажности фрезеруемого слоя составляют:

• на залежи низинного типа в 1 и 2 годы эксплуатации - 78 %, для последующих лет - 75 %;

• на залежи верхового, смешанного и переходного типов залежи соответственно 82 % и 79 %.

Глубина фрезерования в расчетах по производству фрезерного торфа принимается:

• при производстве фрезерного торфа на топливо и для брикетирования - 11-13 мм;

• при производстве фрезерного торфа для компостов - 15-16 мм;

• при производстве торфяной подстилки - 1520 мм.

К фрезерованию и машинам для этой операции предъявляются следующие технологические требования [3]:

• фрезерование должно осуществляться на заданную одинаковую по всей площади карты глубину; неодинаковое по глубине фрезерование приводит к неравномерной сушке, ухудшает условия работы машин по сушке и уборке торфа;

• рабочая глубина фрезерования должна изменяться в течение сезона с изменением условий сушки: при хорошей сушке глубина фрезерования должна быть больше, при слабой сушке - меньше;

• фрезерная крошка должна быть однородной по размерам; предпочтительным является размер поперечника частиц 10±5 мм;

• конструкция режущих элементов фрезы и режим работы фрезера должны обеспечивать измельчение древесных включений (корневищ, пней, погребенных стволов деревьев и т. п.);

• после фрезерования слой фрезерной крошки должен быть рыхлым и ровным по толщине; не допускается приминание сфрезерованной крошки ходовым устройством фрезера;

• ширина захвата фрезеров должна быть кратной ширине карт;

• необходимо, чтобы фрезеры были высокопроизводительными, устойчивы в работе, удобны и

Рис. 1. Поток диссертационных исследований по фрезерованию торфяной залежи

доступны для монтажа и демонтажа отдельных узлов и деталей.

Направления совершенствования фрезерующих машин были обусловлены многими факторами (накоплением производственного опыта, ростом энергонасыщенности тракторов, стремлением добиваться повышения производительности фрезеров) и не в последнюю очередь - результатами научных исследований в форме диссертационных работ. По проблеме разработки торфяных залежей фрезерным способом с 1943 по 2000 годы были защищены 28 диссертационных работ [6-33]. Поток диссертационных исследований в рассматриваемой области показан на рис. 1. Суммарное число защищенных к определенному моменту времени t диссертационных работ, начиная с 1943 года, когда была защищена первая диссертация по рассматриваемой проблеме, соответствует ординатам логистической кривой у = 30/(1 + 17,6ехр(-0,0935/)).

По всему комплексу диссертационных работ можно выделить такие аспекты исследований, как установление характеристик (параметров) процесса фрезерования применительно к конкретным моделям (образцам) фрезеров [6, 7, 8, 12, 17], исследование взаимодействия фрез с древесными включениями торфяной залежи [9, 14, 16], исследование нагруженности механизмов привода фрезы, энергетика фрезерования [6, 20, 21, 22, 26, 29, 33], установление влияния методов фрезерования на технологические показатели производства, формирование расстила фрезерного торфа [10, 13, 19, 24], определение эффекта диспергирования торфяной массы при фрезеровании на различных скоростях резания, обоснование методов расчета параметров фрез [12, 14, 15, 18, 25, 28, 32], разработка теории послойно-поверхностного фрезерования, экспери-

Рис. 2. Схема, поясняющая расчет вероятностей ежесекундного контакта фрезы с числом пней, превышающим хкр- О - площадь фрагмента карты; N - число пней в контуре О. Плотность событий р = N / О; ю - площадь ежесекундного контакта фрезы с залежью: ю = Ь  V  ку , где Ь - ширина захвата фрезера; V - скорость фрезера; к ,, - коэффициент использования скорости; Параметр закона Пуассона Л = ю  р; Закон Пуассона РЛ

X = X Кр

Р Л

ментальная проверка теории и моделирование процесса фрезерования [23, 27,

30, 31]. Обоб-

щающие крупные работы по проблеме фрезерования торфяной залежи защищены в 1965, 1984, 1992, 1999 и 2002 гг. [15, 27, 30, 32, 33].

В торфяной промышленности в 1970-1980-е годы наибольшее распространение получили штифтовые фрезеры (фрезерные барабаны) четырех модификаций: БФ-9,5; БФ-6,5; БФ-4,8; БФ-4. Базовой лью был фрезер БФ-9,5, остальные модели товались из рабочих секций базовой модели. Фрезер БФ-9,5 - прицепной к трактору ДТ-75Б мощностью 55 кВт, состоит из семи рабочих секций. Фрезер БФ-6,5 имеет пять секций. Фрезер БФ-4,8 значен для работы с пневмоуборочным комбайном

Таблица 3

ВЕРОЯТНОСТИ ЕЖЕСЕКУНЛНОГО КОНТАКТА ФРЕЗЫ С ЧИСЛОМ ПНЕЙ > 2 ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПНИСТОСТИ ФРЕЗЕРУЕМОГО СЛОЯ

Ширина захвата фрезера Ь, м Число пней на 1 га

400 625 900 1225 1600

9,5 0,041 0,111 0,239 0,411 0,595

6,5 0,018 0,049 0,114 0,212 0,347

4,8 0,007 0,025 0,055 0,113 0,185

типа БПФ, имеет три секции. Фрезер БФ-4 руется с валователем СВ, работающим в комплекте с перевалочными, уборочными машинами. Обобщенные данные по фракционному составу фрезерного торфа при применении штифтовых фрезеров на залежах верхового и низинного типа показаны в табл. 2.

Приведенные в табл. 2 данные свидетельствуют о том, что фракционный состав фрезерной крошки весьма разнообразен: велико содержание мелких

фракций (< 1 мм) в низинном торфе и крупных (> 10 мм) - в верховом. Средний размер поперечника частиц не соответствует технологическим требованиям, что осложняет процессы сушки и уборки торфа. При фрезеровании торфяной залежи штифтовыми фрезами не обеспечивается также равномерность глубины фрезерования и толщины расстила фрезерной крошки.

В 1980-е годы были созданы новые фрезеры, в конструкции которых использованы проходные ножи с режущей кромкой - Фпр-9,5 (разработчик -Калининский политехнический институт), МТФ-17 и МТФ-18 (разработчик - ВНИИТП) [1]. Конструкция

фрезы Фпр-9,5 и геометрия проходного ножа позволяют получить лучший фракционный состав фрезерной крошки для сушки в слое и уменьшить коэффициент неравномерности расстила. Рабочими элементами фрезера МТФ-17 также являются ходные ножи, расположенные на фрезе параллельно ее оси. Фрезер МТФ-18 - это безопорный фрезер, работающий по принципу совмещенного ния и комкования (фрезер организованного ла). Организованный расстил характеризуется номерностью глубины сфрезерованного слоя и нородным фракционным составом из укрупненных частиц торфа [28].

Устойчивость работы фрезеров на торфяной лежи зависит в основном от ежесекундного контакта фрезы с древесными включениями, пнями. Если операции фрезерования как первой операции нологического процесса производства фрезерного торфа предшествовали операции по удалению пней из разрабатываемого слоя залежи, то можно гать, что присутствие нежелательного числа пней в ежесекундном контакте с фрезой будет событием маловероятным. Однако, в новых условиях хозяйствования, возникновения частных предприятий, оснащение производства разнообразной техникой будет затруднено из-за сложностей с инвестициями на производстве фрезерного торфа (техника, горючее, зарплата, производство в условиях риска получения, сохранения и реализации продукции). Не исключено, что в этих условиях предпочтение будет отдаваться фрезерам, объективно имеющим малую вероятность ежесекундного контакта с ным числом пней (> х кр). Оценки вероятностей секундного контакта фрезы с заданным числом пней можно получить, используя закон Пуассона. Схема, поясняющая расчет вероятностей таких событий, показана на рис. 2.

Результаты расчетов для известных фрезеров БФ-9,5; БФ-6,5 и БФ-4,8 приведены в табл. 3. В качестве нежелательного числа пней в контакте с фрезой принято число пней > 2.

Результаты расчетов показывают, что фрезер с шириной захвата 4,8 м будет значительно устойчивее в работе, чем фрезер с шириной захвата 9,5 м. Учитывая, что стоимость первого почти в два раза ниже стоимости второго, можно предположить, что в рыночных условиях предпочтение будет отдано фрезеру с шириной захвата 4,8 м.

х = 0

1. Самсонов Л.Н. Фрезерование торфяной залежи. - М.: Недра, 1985. - 211с.

2. Торфяные машины и комплексы /С.Г. Солопов, Л.О. Горцака-лян, Л.Н. Самсонов и др. - М.: Недра, 1981. - 416 с.

3. Антонов В.Я, Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. - М.: Недра, 1983. - 287 с.

4. Справочник механика торфяного предприятия /Б.Н. Соколов, В.Н. Колесин, Л.Н. Самсонов и др. -М.: Недра, 1990. - 365 с.

5. Гаврилов Ю.М. Развитие фрезерных машин // Торфяная пром-сть. - 1988. - №1. - С.29-31; - 1988. -№2. - С.27-30.

6. Ключарев В.А. Фрезер ФДИ. Потребляемая мощность и некоторые вопросы, связанные с ней: Дис.канд. техн. наук. - М.: МТИ, 1943. - 116с.

7. Горинштейн Л.Л. К вопросу исследования процесса фрезерования торфяной залежи: Дис. канд. техн. наук. - М.: МТИ, 1947. - 155 с.

8. Горенштейн А.Б. Исследование работы торфодобывающего фрезера типа ФД-4: Дис.канд. техн. наук. - М.: МТИ, 1949. - 157 с.

9. Павлов А.Н. К вопросу о фрезеровании пнистой торфяной залежи и применения автоматического регулирования подачи фрезерующих устройств в зависимости от сопротивления: Дис.канд. техн. наук. - М.: МТИ, 1952. - 408 с.

10. Селитренников А.И. Исследование рыхления поверхности торфоподстилочной залежи при добыче торфяной подстилки: Автореферат дис. канд. техн. наук. - Минск: АН БССР, 1954. - 11 с.

11. Скрябин Г.Н. Исследование процесса фрезерования торфа на различных скоростях резания (применительно к добыче кускового торфа) : Дис. канд. техн. наук. - М.: МТИ, 1956. - 166 с.

12. Самсонов Л.Н. Экспериментальное исследование процесса экскавации торфа штифтовой фрезой и расчет ее основных параметров: Дис. канд. техн. наук. - Калинин: КТИ, 1961. - 122 с.

13. Еношевский Б.А. Влияние методов фрезерования торфяной за-

лежи на технологические показатели процесса производства фрезерного торфа: Дис...канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1965. - 155 с.

14. Лукьянов А.Д. Экспериментальные исследования фрезерования торфяной залежи с древесными включениями и расчет основных параметров фрез: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1965. - 179 с.

15. Мурашов М.В. Теория и расчет фрезерующих рабочих органов машин для разработки торфяной залежи: Дис.д-ра техн. наук. - Калинин: КПИ, 1965. - 196 с.

16. Нажесткин К.П. Исследование процесса фрезерования древесных включений в торфяной залежи: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1966. - 122 с.

17. Журавлев А.В. Исследование процесса послойной экскавации торфа винтовой фрезой: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1967. - 169с.

18. Ремизов А.Ф. Исследование процесса резания торфа лезвием и расчет основных параметров исполнительного органа: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1969. - 207 с.

19. Тимофеев А.В. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса фрезерования торфяной залежи и формирование расстила: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1969. - 278 с.

20. Вековешников Г.Ф. Исследование процесса формирования внешней нагрузки на торфяные фрезы и анализ работы элементов конструкции фрезера: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1970. - 219 с.

21. Синицын В.Ф. Исследование процесса сообщения скорости срезаемому материалу и некоторых вопросов энергетики резания при фрезеровании торфяной залежи: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1970. - 305с.

22. Стрельников Н.В. Исследование влияния отбойного ножа и кожуха фрезы на энергетику фрезерования и переработку торфомассы при получении укрупненных частиц: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1973. - 173 с.

23. Зюзин Б.Ф. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса фрезерования торфяной залежи в связи с решением задач его

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

оптимизации: Дис.канд. техн. наук.

- Калинин: КПИ, 1978. - 156 с.

24. Кузнецов Н.В. Исследова-

ние влияния работы фрезеров копирующего и профилирующего типов на рельеф поверхности торфяной залежи и формирование расстила:

Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1979. - 190 с.

25. Фомина Г.Ф. Исследование процесса взаимодействия с торфом фрез с ленточными ножами и расчет их основных параметров: Дис.канд. техн. наук. -Калинин: КПИ, 1979.-237с.

26. Харламов В.Е. Исследова-

ние нагруженности механизмов привода фрезерующих торфяных машин для повышения их надежности: Дис.канд. техн. наук. - Калинин: КПИ, 1980. - 145 с.

27. Самсонов Л.Н. Послойно-

поверхностное фрезерование торфяной залежи и пути его интенсификации: Дис.д-ра техн. наук. - Калинин: КПИ, 1984. - 366 с.

28. Сысоев Н.В. Обоснование

параметров свободно опирающейся фрезы для добычи торфа поверхностно-послойным способом: Дис.канд.

техн. наук. -Калинин: КПИ, 1984.-194с.

29. Фомин К.В. Разработка методики прогнозирования нагруженности приводов фрезерующих агрегатов на стадии проектирования: Дис.канд. техн. наук. - Тверь: Тве-ПИ, 1991. - 187 с.

30. Зюзин Б.Ф. Научные основы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи: Дис.д-ра техн. наук. - Тверь: ТвеПИ, 1992. - 447 с.

31. Яблонев А.Л. Теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов моделирования работы фрезеров послойноповерхностного фрезерования торфяной залежи: Дис.канд. техн. наук.

- Тверь: ТвеПИ, 1993. - 148 с.

32. Синицын В.Ф. Научные ос-

новы проектирования параметров ходовых и фрезерующих устройств торфяных машин: Автореферат

дис.д-ра техн. наук. - Тверь: ТГТУ, 1999. - 38 с.

33. Фомин К.В. Научные основы статистической динамики торфяных фрезерующих агрегатов: Автореферат дис.д-ра техн. наук. -Тверь: ТГТУ, 2002. - 44 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Копенкин Владимир Дмитриевич - профессор кафедры технологии и комплексной механизации разработки торфяных месторождений, Тверской государственный технический университет.

Копенкина Любовь Владимировна - кандидат технических наук, доцент кафедры торфяных машин и оборудования, Тверской государственный технический университет.

Самсонов Лев Николаевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой торфяных машин и оборудования, Тверской государственный технический университет.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

КОПЕНКИН

в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ10~03 С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коаті^\Місго80й\ШаблоньіШогта1Ло1т Развитие фрезерующих машин в торфяном производстве

ЛІехаМг

11.08.2003 9:20:00

3

11.08.2003 9:22:00 Гитис Л.Х.

9 мин.

09.11.2008 17:24:00

4

2 771

15 797