Устройство распиловки камня алмазным канатом
APPARATUS FOR SAWING STONE BY DIAMOND WIRE

Изобретение относится к области обработки различных твердых материалов, в частности для канатной распиловки камня в виде гранитных, мраморных, известняковых блоков и других твердых минеральных и искусственных блоков на плиты.
В 1854 году французский инженер Дювалье предложил в качестве гибкого режущего инструмента использовать одну или несколько свитых в простейшую прядь проволок, как метод промышленной распиловки проволочным канатом со свободной подачей абразива. С тех пор канатно-алмазные пилы многократно совершенствовались, и этот метод получил большое распространение при добыче и обработке блоков с применением установок с гибким рабочим органом. Совершенствовались не только канаты, но и приводы устройств и сами устройства. Заявляемое устройство является одним из них.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны дисковые станки для обработки камня, в частности известен станок, содержащий станину на котором установлена катушка с проволокой, которая обмотана по внешним поверхностям четырех вращающихся цилиндров таким образом, что расстояние между обмотками равно толщине разрезаемых пластинок. На столе станка установлена заготовка, которая получает подачу на резание. В зону резания подается жидкость с абразивом [Патент США 5099820, кл. 125/16.0 от 31.03.1992].
Известно устройство для резки твердых материалов, содержащее станину с вертикальными направляющими, на которых установлен суппорт с ведущим колесом и направляющими роликами, один из которых для установки бесконечной алмазной проволоки имеет возможность перемещаться. Заготовка установлена на столе станка на двух роликах, которые сообщают ей вращательное движение [Патент США 6065462, кл. 125/21; 23.05.2000].
Известен станок для резки твердых материалов, включающий гибкий бесконечный рабочий орган, подвижно закрепленный при помощи направляющего аппарата и устройства передачи движения рабочему органу и стол для заготовки, который снабжен дополнительным устройством передачи движения, по меньшей мере, одним гибким бесконечным рабочим органом и, по меньшей мере, двумя калибровочными роликами, установленными по траектории гибкого бесконечного рабочего органа, при этом их кольцевые пазы устанавливают расстояния между рабочими органами в зоне резания, а направляющий аппарат состоит из закрепленных на станине с возможностью вращения относительно своих осей роликов с кольцевыми пазами, причем устройства передачи движения имеют автономные приводы и закреплены на станине в противоположных сторонах от стола, при этом на столе, имеющем привод подачи на резание, герметично закреплена ванна, в которую установлена закрепленная на платформе стола заготовка, для обеспечения непрерывного снабжения зоны резания охлаждающе-смазочной жидкостью, при этом гибкие бесконечные рабочие органы подвижно закреплены в устройствах передачи движения под углом к горизонтальной плоскости [Патент RU 2193486, B28D 1/08. опубл. 2007.11.20.].
Известны канатные камнерезные станки итальянкой фирмы «Pellegrini Meccaniса S.p.A» [проспект фирмы] и немецкой фирмы «Loffler Maschinenbau GmbH» [проспект фирмы] с ориентированным в вертикальной плоскости контуром алмазного каната, содержащие большого диаметра (1,5-2 м) ведущие и ведомые колеса, строго ориентированные в вертикальной плоскости с ориентированными в горизонтальной плоскости осями. Распил каменных блоков в подобных станках осуществляется только нижней ветвью контура алмазного каната, при этом скорость резания достигает величины до 30-40 м/с, что способствует вредным колебаниям нерабочей ветви алмазного каната.
Известна установка для канатной распиловки камня содержащая вертикальные направляющие соединенные в верхней части балкой, на которых размещены суппорты с приводом перемещения установленные на суппортах шкивы один из которых соединен с электродвигателем охватываемые бесконечным режущим органом в виде каната, снабженная опорами качения смонтированных на суппортах и коническим роликом установленным на валу электродвигателя и подпружиненным относительно суппорта [патент SU №1065218 заявка 3439756, приоритет 10.05.1982].
Известна машина для резки камня, стоящая из вертикальной рамы, установленной на тележке, перемещающейся при помощи гусеничных лент. Передвижение машины по рельсам производится ручным способом по рельсам, [авторское свидетельство №30241].
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является машина для резки камня [авторское свидетельство №30240].
Общими недостатками известных камнерезных станков с алмазными канатами по сравнению с заявляемым устройством является то, что силовой привод ведущего колеса I шкива) является электрическим. Они имеют высокую стоимость, большой вес, громоздкость и большие размеры обусловленные необходимостью использования двух шкивов ведущего и ведомого, которые как правило имеют большие диаметры, ограничение максимальных размеров распиливаемых блоков высотой балки соединяющей станины, либо высотой расположенного в вертикальной плоскости контура алмазного каната, нестабильность движения каната, а именно, возникновение вредных колебаний свободной верхней не участвующей в распиле ветви контура алмазного каната.
Ограничения использования оборудования связаны также с затруднением, а в большинстве случаев невозможностью перемещения камнерезного оборудования к местам нахождения валунов, подлежащих разрезанию, которые находятся как правило в «неудобных» местах и залегают на полях, в поймах рек или в самых неожиданных местах в лесной глуши или в труднодоступной местности горного массива, когда встречаются каменные блоки весом более сотни тонн. Для известных существующих станков действуют строгие требования к монтажной площадке для разворачивания оборудования, чего в полевых условиях трудно обеспечить.
Также, работа от электрических сетей переменного тока, как правило, трехфазной сети напряжением 380 вольт с изолированной или заземленной нейтралью известных камнерезных станков по сравнению с заявляемым устройством является препятствием для эксплуатации прототипов в полевых условиях и труднодоступной местности куда подвести электропитание бывает не всегда возможным.
Предложенная модель лишена вышеуказанных недостатков.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
Целью изобретения и достигаемым при его использовании техническим результатом является создание автономного, мобильного устройства для распиловки камня алмазным канатом, силовой привод которого приводится в движение при помощи двигателя внутреннего сгорания без использования электрического тока, при этом имеющего небольшой вес, легко перемещаемого в места нахождения разрезаемого объекта в том числе в горные труднодоступные места и способного разрезать крупные или очень крупные монолитные каменные блоки практически любой высоты и конфигурации, при одновременном упрощении технологии и снижение себестоимости изготовления камнерезного станка (устройства для распиловки камня алмазным канатом), повышение производительности, надежности работы и сокращения сроков его окупаемости.
Достигаемым при использовании установки техническим результатом является возможность распиливания блоков разных габаритов и конфигураций, в том числе обломков горной породы, находящихся непосредственно в местах их нахождения при помощи автономной мобильной установки без транспортировки блоков в камнерезный цех; улучшение показателей полезного выхода облицовочных материалов за счет щадящего способа деления крупногабаритных блоков природного камня путем воздействия на него режущего инструмента. Другим техническим результатом изобретения является простота ремонта и технического обслуживания устройства в эксплуатации.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 – приведено устройство распиловки камня алмазным канатом в виде станка.
Заявляемое устройство сконструировано на базе двигателя внутреннего сгорания, который может быть марки любого производителя. Устройство включает цельнонесушую железную раму (1) сварной конструкции одновременно являющейся тележкой, имеющей четыре парных колеса (6), которая устанавливается на рельсы (7).
На раме смонтированы: Двигатель внутреннего сгорания (2) и обслуживающие его Системы, в том числе:
Питания:
Охлаждения;
Смазки;
Выпуска отработавших газов, включая выхлопную трубу (8);
Трансмиссионная система;
Обслуживающие системы сцепления:
КПП;
Редуктор моста;
Карданный вал;
Привод колес;
Система зажигания:
Бак;
Система электрооборудования:
Стартер.
Только в данном случае, вместо двух колес (имеется ввиду колес автомобиля), силовое усилие от двигателя передается на одно колесо, которое является ведущим и единственным шкивом (4) устройства, охватываемый бесконечным режущим органом в виде алмазного каната (15).
Рама-тележка снабжена механическим приводом для перемещения по рельсам, который реализуется следующим образом: два колеса рамы-тележки (6) являются ведущими, при этом, движение тележки осуществляется вращением руля (13), соединенного непосредственно с первичным валом редуктора (11), соединенного посредством цепного привода (12) с ведущей осью колес, на которые передается усилие крутящего момента от вращения руля.
Уточнение:
1) в качестве руля может использоваться традиционное автомобильное рулевое колесо, которое по сути является рычагом и позволяет механическое усилие вращения передавать на первичный вал редуктора, который используется в станке как привод для осуществления механического перемещения станка.
На устройстве также имеется сиденье для оператора (10), крыша, защищающая от осадков во время работы, фары, освещающие разрезаемый блок, подкрыльник (9), повторяющий форму шкива, защищающий оператора и детали устройства от брызг грязи, которые несет движущийся канат.
Автомобильный генератор как элемент электрооборудования автомобиля, используется в устройстве традиционно для системы зажигания двигателя, зарядки АКБ. Работы внутреннего и наружного освещения и для генерирования и подачи электрического напряжения в бортовую сеть устройства. К бортовой сети автомобиля подключается и автомобильный инвертор преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт соответствующей мощности для запитывания водяного насоса. Водяной насос, как правило, погружной или другой конструкции в зависимости от условий нахождения источника воды.
Приведем пример осуществления изобретения с подтверждением возможности достижения технического результата со ссылками на графические материалы, которые представлены на фиг. 1.
Надетый на шкив (4), охватывающий замкнутый контур алмазного каната прокидывается через разрезаемый блок, оператор заводит двигатель внутреннего сгорания (2) и приводит шкив в движение. До перехода устройства на рабочую скорость, первоначально вращение шкива запускается на малой скорости, после прорезывания канавок, исключающих соскальзывание каната с поверхности блока, оператор с помощью педали газа постепенно увеличивает скорость вращения шкива до максимальной, одновременно регулируя вращением руля натяжение троса плавным перемещением тележки. С началом вращения шкива движения алмазного каната второй оператор шлангом от насоса регулирует и направляет подачу воды к месту распила блока.
Контроль, диагностика и выбор режимов работы устройства, а именно скорости вращения шкива осуществляется оператором вручную, что имеет сходство с управлением работы двигателя и движения автомобиля. При этом как отмечено выше, непрерывно вращая руль и создавая на нем усилие оператор, постепенно передвигает все устройство, поддерживая канат в натянутом состоянии по мере его врезания и распиливания блока.
В качестве железнодорожного полотна, на котором устанавливается и движется тележка, используются облегченные рельсы (7) самодельной конструкции, состоящие из профильных труб двух пар одинаковой длины, укладываемых на опоры. При работе станка с валуном большого размера, вторая пара рельс подкладывается в продолжение первой пары, на которую переезжает тележка (1) и далее на вторую пару рельс, до тех пор. пока валун не будет разрезан полностью.
Отдельные детали и узлы устройства по изобретению могут быть изготовлены из обычно применяемых в камнеобрабатывающей промышленности материалов по обычным технологиям. Шкив может быть использован российского или зарубежного производителя, ассортимент которых широко представлен на рынке. Алмазный канат также может быть использован любой длины и производителя.
В заявляемом решении используется рабочий шкив собственной разработки. В стандартном редукторе заднего моста (14) используется только одна ось, вторая демонтирована. С целью компактности устройства, длина карданного вала (3) несколько укорочена.
2
«Крейсерская» скорость движения каната, составляющая обычно 25-45 м/с обеспечивает производительность 2-5 м/ч. Скорость реза в свою очередь зависит от породы камня - это мягкий гранит, средний, твердый, а также от его формы и габаритов от которых зависит полезная площадь соприкосновения каната с поверхностью камня. Эмпирически учитываются оператором и другие нюансы, в том числе, состояние алмазного каната, его качество, состояние наклона тележки и т.д.
Рабочий шкив контура алмазного каната расположен преимущественно в вертикальной плоскости. При этом суппорт (5) шкива, конструктивно допускает возможность поворота на угол от 0 до 90 градусов влево и вправо от вертикали вокруг оси. Данная опция оказывается полезной при соответствующей конфигурации разрезаемого объекта и особенностей его местоположения, когда блок целесообразнее и быстрее разрезать под углом к вертикали.
Вес устройства для распиловки камня распределен равномерно и в основном сосредоточен в центре тележки и вместе с оператором через рельсы создает равномерное давление на почву.
По совокупности объединенных в устройстве компонентов, преимущество заявляемого автономного устройства в простоте, дешевизне изготовления и эксплуатации при одновременной эффективности заявляемого технического решения в выполнении задач по разрезанию каменных блоков в полевых условиях в отсутствии сетей электрического тока.
В нашем случае устройство изготовлено, находится в эксплуатации и установлено на кузове полноприводного бортового автомобиля УАЗ. оснащенного лебедкой. Транспортное средство приезжает к месту расположения валуна, снимает устройство с кузова на предварительно выставленные рельсы, после чего устройство подготавливается и запускается в работу.
Необходимо отметить и другую особенность устройства, а именно неприхотливость к погодным условиям и рельефу местности: станок возможно разворачивать и эксплуатировать на любой, в том числе на наклонной поверхности, в любое время года, суток, в любую погоду. Станку требуются минимальное время на подготовительные операции для запуска в начале и сворачивания после завершения работы; он представляет собой универсальное и надежное решение для вышеозначенных целей. Станок прост в управлении, а надежность его узлов делает его незаменимым для использования в полевых условиях.