Исследования по резанию торфа и болотной древесины

© С.М. Штин, 2012

УДК 622.331:622.271.6 С.М. Штин

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РЕЗАНИЮ ТОРФА И БОЛОТНОЙ ДРЕВЕСИНЫ*

Изложены результаты исследований по сплошному фрезерованию торфа. Выявлены критерии, определяющие рациональное фрезерование торфа в условиях естественной влажности.

Ключевые слова: торф, гидромеханизированная добыча, сплошное фрезерование, древесная растительность, пни, чистый торф.

Значительные научные достижения в торфяной механике позволили создать целый комплекс высокопроизводительных торфяных машин, среди которых значительная часть основана на принципе сплошного фрезерования торфа вместе с пнем [1, 2].

Исследования инженера Рогова H.A. в интервале окружных скоростей от 15.7 до 30 м/сек. привели к следующим выводам:

1) при одной и той же скорости резания увеличение подачи, а вместе с этим и увеличение производительности, всегда вызывает увеличение затрачиваемой мощности. Но так как увеличение производительности в результате увеличения подачи происходит интенсивнее, чем увеличение мощности, то удельный расход энергии на 1 м3 разработанного грунта падает;

2) при одной и той же подаче уменьшение окружной скорости резания вызывает и уменьшение мощности, а отсюда — уменьшение удельно-

го расхода энергии;

3)удельный расход энергии на чистое фрезерование торфа при окружных скоростях от 15,7 до 30,0 м/сек составляет 0,35 кВт на 1 м3/час.

При фрезеровании сырой древесины наблюдается та же принципиальная картина, что и при фрезеровании чистого торфа Средний удельный расход энергии на фрезерование сырой древесины составляет 6.6 кВт на 1 м /час, т. е. почти в 19 раз больше, чем на фрезерование чистого торфа.

Исследования Т.Н. Милковской [3] при сплошном фрезеровании торфа с искусственным добавлением древесины проводились с низинным (степень разложения 30—35 % и влажностью 85— 88 % ) и верховым (степень разложения до 25 %, влажность 85—91 %о). Древесина принималась с объемным весом в пределах от 0.8 до 0,85 г/см3. Диапазон окружных скоростей фрезы изменялся от 6 до 15 м/сек, скорость подачи — от 0,05 до 0,10 м/сек.

Испытания показали, что:

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» научно-исследовательские работы по лоту шифр «2011-1.5-515-063» по теме: «Создание основ природоохранной гидромеханизированной технологии добычи торфа из обводненных месторождений для производства торфяной продукции энергетического и технологического назначения» (шифр заявки «2011-1.5-515-063-007»). Государственный контракт № 16.515.11.5086.

а) средний расход энергии при фрезеровании чистого торфа составляет 0,2 кВт на 1 м3/час, древесины — 2,0 кВт на 1 м3/час и торфа с 8 % пня — 0,9 кВт/1 м3/час;

б) средний коэффициент сопротивления резанию торфа составляет 7.35 кг/см2, древесины -73 кг/см2 и торфа с 8 % пней — 33 кг/см2;

в) рекомендуемые рациональные режимы фрезерования со скоростью резания 15 м/сек и скоростью подачи 0,1 м/сек.

Исследования Павлова А.Н. [4] позволили сделать следующие выводы:

а) оптимальный угол резания 45° и толщина стружки 2—4 мм;

б) удельный расход энергии на валу фрезы уменьшается с увеличением скорости подачи. Для беспнистой залежи удельный расход энергии уменьшается с 6,7 кВт час на 100 м3 при скорости подачи 0,74 м/сек до 5,2 кВт час на 100 м3 при скорости подачи 2,22 м/сек.

Экспериментальные исследования Покаместова В.В. [5] с жестко закрепленными плоскими грибовидными ножами проведенные на верховой залежи пнистостью 2,8—3 %, влажностью 82—87.5 % и степенью разложения 15—20 % привели к следующим выводам:

а) глубокое сплошное фрезерование целесообразно применять для подготовки и ремонта торфяных полей, с содержанием древесных включений в подготавливаемом слое до 3—4 %

б) удельный расход энергии на фрезерование торфа вместе с пнем при содержании последнего в пределах 3 % составляет 0,5 кВт час на 1 м3;

в) зависимость удельного расхода энергии на фрезерование торфа вместе с пнем при постоянной поступательной скорости от окружной скорости выражается уравнением:

е = aVl„, + с

где а — коэффициент, характеризующий объемный вес фрезерующего материала; с — коэффициент, характеризующий прочность материала.

г) с изменением толщины удельный расход энергии на сплошное фрезерование залежи изменяется по закону:

е = -

81

где a и m — коэффициенты; 8 — толщина стружки, мм.

Исследования Огородникова С.П. по резанию минеральных грунтов в подводном состоянии [6] предполагались как первый шаг в разрешении вопроса подводного резания минеральных грунтов, так исследований по изучению процесса резания грунтов в подводных условиях значительно меньше, чем в условиях естественной влажности, поэтому многие вопросы этого процесса изучены еще не достаточно. При исследованиях выявлено, что оптимальная зона по углу резания для подводных условий несколько сдвинута в сторону больших значений угла резания по сравнению с сухим резанием

где а — угол резания, град.

При резании грунта в подводных условиях влияние скорости резания на усилие резания заметно и обязательно должно учитываться при расчетах и рекомендуется следующая расчетная формула для определения усилия резания связных грунтов в подводных условиях:

Р = К, + вЬ"т m m, m + K2t 1b ,

1 a v ф- в 2 > \ /

где Ki — коэффициент удельного сопротивления грунта резанию в кг/см2;

а

в — ширина резания, см; И — глубина резания, см; п — показатель степени; та — коэффициент учитывающий влияние угла резания на усилие резания; ту — коэффициент, учитывающий влияние скорости резания на усилие резания; тф — то же, формы ножа на усилие резания; тв — то же, водной среды; К2 — удельное сопротивление грунта смятию, кг/см2; ^ — толщина режущей кромки ножа, см.

В предложенной формуле определения усилия подводного резания связных грунтов первый член выражает затраты энергии на сдвиг (скалывание) стружки при резании, а второй член — на преодоление сопротивления смятию грунта, вызванное затуплением кромки ножей.

Выводы

1. Проблема разработки пнистых залежей пониженной влажности путем сплошного фрезерования торфа вместе с пнем технически осуществима

2. Сплошное фрезерование обводненной залежи целесообразно про-

1. Лукьянов А. Д. Экспериментальные исследования фрезерования торфяной залежи с древесными включениями и расчет основных параметров фрез. — КПИ, Диссертация.

2. Муратов М.Б. Расчет основных параметров машин для фрезерования торфяной залежи с древесными включениями. Торфяная промышленность — № 1, 1964.

3. Милковксая Т.Н. Модельный механизм для переработки торфа сырца с остатками пня. — ВИМТ. — Отчет, 1938.

водить с содержание древесных включений до 3—4 %.

3. Рост толщины стружки уменьшает удельную работу резания.

4. С увеличением угла резания удельная работа резания возрастает.

5. С увеличением влажности древесины удельное сопротивление резанию уменьшается.

6. При подводном резании грунтов приобретает особое значение водная среда. С одной стороны водная среда способствует разрушению грунта (вследствие уменьшения связи между частицами грунта из-за избыточной вла-гонасыщенности), а с другой стороны — вызывает дополнительный расход энергии, вызванный плотностью среды.

7. Учитывая недостаточность материала по вопросу подводного резания торфяных грунтов, выявление влияния водной среды на механизм уплотнения и разрушения торфяного грунта, а также на общую энергоемкость процесса подводного резания приобретает особую актуальность.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Павлов А.Н. К вопросу о фрезеровании пнистой торфяной залежи и применения автоматики регулирования подачи фрезерующих устройств в зависимости от сопротивления. — МТИ, Диссертация 1951.

5. Покаместов Б. Б. Исследование процесса подготовки поверхности торфяных залежей глубоким сплошным фрезерованием. — КПИ, Диссертация, 1962.

6. Огородников С. П. Сопротивление связанных грунтов резанию в подводных условиях. Материалы второй экспресс-конференции по гидромеханизации. — М., 1961. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Штин Сергей Михайлович — кандидат технических наук, доцент, Московский государственный горный университет, руководитель НТЦ «Завод гидромеханизации», е-шаП: shtin@hydromec.ru.