Добыча и обработка природного камня

Дисковые распиловочные станки

Длительное время при распиловке средних и твердых пород природного камня не повышалась производительность обра­ботки. В силу существенных недостатков штрипсовой и канат­ной распиловки эти способы обработки на данном техническом уровне не могли привести к радикальным изменениям., В связи с этим исследования были направлены на разработку станков, основанных на применении наиболее производительных алмаз­ных инструментов— Дисковых пил.

В настоящее время принцип алмазно-дисковой распиловки получил широкое применение благодаря высокой скорости ре­зания. у

Станки, оснащенные алмазными дисковыми пилами, осуще­ствляют следующие технологические операции: распиловка блоков на плиты, пассировка блоков для получения блоков-за­готовок, окантовка (обрезка) кромок облицовочных плит.

К основным преимуществам данного типа распиловочного оборудования, следует отнести высокую производительность, конструктивную простоту и малую металлоемкость, обеспечи­вающую относительно невысокую их стоимость.

Недостатками дисковых распиловочных станков являются низкий коэффициент использования инструмента (до 0,35), зна­чительная мощность электропривода и Большой шум станков В процессе их работы. —

Все виды дисковых распиловочных станков независимо от конструктивных особенностей можно разделить на две группы в зависимости от способа подачи. К первой группе относятся станки, подача в которых осуществляется подъемом рабочего

Стола с блоком. У станков второй группы рабочий стол с бло­ком неподвижны, а подачу получает шпиндельный узел с вра­щающимся > диском. Движение подачи осуществляется различ­ными механизмами: винтовой передачей, гидравлически, кана­том, цепной передачей, реечной парой и их различными комбинациями. Подача бывает как прямолинейная, так и по замкнутой цепи (непрерывная подача при конвейерной системе).

. Процесс дисковой распиловки в зависимости от направления подачи может быть встречным (против подачи) и попутным (по подаче), Причем каждый из этих вариантов имеет свои пре­имущества и недостатки (рис. 8.20). При попутном резании обеспечиваются лучшие условия охлаждения инструмента и сохранность кромок от повреждений. Его недостатком является неравномерность процесса резания. При встречном резании ров­ному протеканию процесса способствует постепенное увеличе­ние толщины среза от нуля до максимума, что повышает стой­кость алмазных дисков, хотя'.несколько ухудшаются условия их охлаждения. При попутном резании толщина среза изменяется в обратном направлении, т. е. от максимальной величины в на­чальный период до нуля при выходе из контакта с камнем. Большинство дисковых распиловочных станков работает по принципу попутного резания. Вследствие значительной глубины резания камня и высоких скоростей вращения алмазные диски Нагреваются, поэтому особая роль в таких станках отводится ■ системе охлаждения.

Дисковые распиловочные станки подразделяются по числу установленного на них инструмента на две группы: однодиско - afcie # многодисковые.

Ьднодисковые распиловочные станки по конструктивному, исжмрдаию могут быть подразделены на две основные группы: *' портальные и мостовые. Существует еще целый ряд конструк - - тивных. особенностей станков: число шпиндельных головок, вид;| подачи стола, поворотность головок и др. |

У портальных станков станина выполнена в виде портала*-|

Зоо..& а размещенный на ней исполнительный орган имеет только по­перечные перемещения. Рабочая подача у таких станков дости­гается вследствие движения рабочего стола с блоком камня под действием механизма подачи. Наиболее характерным пред­ставителем станков этой группы является станок 277 фирмы «Карл Майер» (ФРГ).

Для мостовых станков, например модель ТЗО фирмы «Тер - цаго» (Италия), характерно наличие у станины мощного длин­ного моста, по направляющим которого с помощью механизма подачи осуществляется движение рабочей головки с дисковой пилой и приводом резания, обеспечивающие рабочую подачу. Рабочий стол у таких станков обычно неподвижен или имеет привод поперечного niepумещения.

К однодисковым ■ распиловочным станкам отечественного производства относятся модель СМР-005, разработанная Киев­ским СКБ Строммашина и модель Р-612, разработанная ВНИИнерудом. Эти станки не нашли широкого применения из-за своих конструктивных недостатков.

Технические характеристик!? основных моделей однодиско­вых станков приведены в табл. 8.10.

Многодисковые распиловочные станки. В настоящее время широкое распространение получили многодисковые распиловоч­ные станки, дающие возможность увеличить высоту распиловки благодаря использованию дисков средних размеров и обеспечи­вающие высокую производительность процесса.

Многодисковые станки подразделяются на одновальные, многовальные и ортогональные.

Многодисковые одновальные станки предназначены для рас­пиловки малогабаритных блоков природного камня IV—V групп и брусков заготовок на плиты. Эти станки конструктивно про­сты и неметаллоемки. Основными недостатками станков этой группы являются ограниченная глубина реза и повышенная энергоемкость.

Отличительная особенность одновальных станков— наличие удлиненного рабочего вала с комплектом установленных на него дисковых пил. В зависимости от крепления рабочего вала в опорах качения одновальные станки подразделяются на пор­тальные (крепление с двух сторон) и консольные (крепление с одной стороны).

По характеру обеспечения подачи одновальные станки под­разделяются на позиционные и конвейерные. Позиционные станки имеют подвижный рабочий стол, осуществляющий чел­ночные движения с блоком относительно неподвижного испол­нительного органа.

Конвейерные станки имеют рабочий стол, выполненный в виде транспортера и обеспечивающий непрерывную. йодачу распиливаемых заготовок. Этот способ подачи наиболее про-

Грессивен, так как повышает коэффициент использования станка во времени, а, следовательно, и его производитель ноет*.

Типичным представителем многодисковых одновальных стан­ков является станок СМР-059.

Станок Предназначен для распиловки заготовок из мягких и средней крепости пород природного камня и состоит из пиль - йЬго вала в сборе, пластинчатого конвейера, системы охлажде­ния, рольганга и электро - и гидрооборудования (рис. '8.21) .

Привод конвейера осуществляется от гидродвигателя и ре­дуктора через цепную передачу на звездочку цепи конвейера.

Ролики цепи перекатываются по направляющим рамы. На цепи; крепятся листовые бортики, не допускающие попадания воды и шлама на цепь и внутрь конвейера.

Гидравлический привод конвейера обеспечивает бесступен­чатое изменение скоростей подачи, что дает возможность вы­брать оптия&льную подачу резания.

На станине конвейера установлены две направляющие: одна — неподвижная — по всей длине конвейера, а другая по­движная— на конце стола, предназначенные для предотвраще­ния опрокидывания распиленных плит на конвейер.

Заготовки и готовые плиты устанавливаются и снимаются с конвейера при помощи специального захвата.

Рабочий вал с инструментом приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу.

Питание силовых цепей станка осуществляется от сети трех­фазного переменного тока напряжением 380 В. Питание цепи управления — током напряжением 110 В.

Техническая характеристика многодисковых одно&альных станков приведена в табл. 8.11.

Многовальные дисковые распиловочные станки характеризу­ются наличием нескольких автономных,'параллельно между со­бой установленных рабочих валов (обычно двух) с инструмент

Том, размещенных так, что каждая дисковая пила первого вала находится в одной плоскости с соответствующими дисковыми пилами других валов.

: В зависимости от схемы размещения исполнительных орга­

Нов многовальные станки подразделяются на три. основных типа.

1. Рабочие валы расположены на одном уровне с увеличе - ^

Нием диаметра дисковых пил каждого последующего вала. I Обеспечивают высокую производительность при относительно невысокой энергоемкости процесс;а. £

2. Рабочие валы расположены с последовательным пониже-

Наем их уровня и оснащены дисковыми пилами одного диа-Л метра. Дакая схема обеспечивает непрерывную поточную рас - ^ тшовку пород природного камня. м

3. Рабочие валы расположены друг над другом (двухярус-]! ные), «ипр повышает коэффициент использования инструмента*^! Конструкция станков, как правило, обеспечивает распиловку'Ц блоков высотой до 1 м* Непрерывность линии резания и совпа - * денне верхнего и нижнего пропилов гарантируется при этом не- |

Которым смещением центров установки дисковых пил в горизон­тальней ПЛОСКОСТИ.

Аналогичная схема реализована в двухярусном многодиско­вом распиловочном станке отечественного производства СМР - 017, который оснащен двумя группами алмазных дисковых пил диаметром 1400 (1600) мм из четырех единиц в каждой и рас­положенных на различных уровнях.

Привод вращения исполнительных органов многовальных станков аналогичен приводу одновальных станков, вследствие чего аналогично им подразделяются на портальные и кон­сольные.

Большинство многовальных станков имеет конвейерный при* вод подачи и лишь отдельные модели —позиционное исполне­ние СМР-017 (рис. 8.22).

Техническая характеристика многодисковых многовальных станков приведена в табл. 8.12.

Ортогональные многодисковые станки получили применение при выпиливании из крупных блоков природного камня плит ограниченной ширины (обычно не свыше 400 мм). Станки этой

Группы имеют два взаимно перпендикулярных вала: горизон­тальный с комплектом - отрезных дисковых пил и вертикальный с одной подрезной пилой. Процесс распилозки в вертикальной плоскости осуществляется с одновременной подрезкой выпили­ваемых плит горизонтально расположенной дисковой пилой, ко­торая крепится без выхода крепежного конца пильного вала за нижнюю плоскость диска, что позволяет производить подрезку : по всей плоскости блока независимо от его ширины.

Привод горизонтального вала ортогональных станков анало­гичен приводу одновальных, поэтому ортогональные станки подразделяются на, мостовые, портальные и консольные.

Наибольшее распространение получили мостовые ортого­нальные станки с рабочей подачей исполнительного органа,: Перемещающегося по направляющим моста под действием гид­равлического или электромеханического привода подачи. В кон­струкциях портальных и консольных ортогональных станков^ подачу осуществляется перемещением подвижного рабочеп$| стола* |

Достоинством станков этого типа является возможности распиловка камня дисковыми пилами небольшого диаметрам

В результате этого достигается относительно низкая энергоем­кость распиловки при незначительных потерях на пропил. ,

Техническая характеристика ортогональных станков приве­дена в табл. 8.13.

Кинематика и динамика алмазно-дисковой распиловки. В на­стоящее время накоплено достаточно много экспериментальных данных о толщине среза А, как об основном кинематическом параметре процесса распиловки. Установлено, что при обра­ботке различных материалов при небольших значениях А и больших значениях радиуса диска г в процессе взаимодействия происходит их пластическое деформирование с большими энер­гозатратами. По мере увеличения А изменяется характер на­пряженного состояния в контактной зоне и при' достижении определенного соотношения А /г происходит хрупкое разрушение с соответствующим уменьшением его энергоемкости. Поэтому большое значение имеет установление оптимального значения толщины среза, при котором процесс распиловки осущест­влялся бы с минимальным износом инструмента и затратами энергии.

При алмазно-дисковой распиловке скорость рабочей подачи значительно меньше скорости резания, что позволяет с незна­чительной погрешностью принять траекторию главного движе-

Ния инструмента за окружность. Тогда толщина среза за один оборот дисковой пилы

Л = г>п ьт ф, (8.23)

Где гп' — подача на один оборот пилы, м^; д> — угол дуги кон­такта пилы с камнем, градус;

' _ У„ _ УипР

(8.24)

60у

П — частота вращения дисковой пилы, соответствующая скоро­сти резания г»р, об/мин; £>-—диаметр дисковой пилы» мм.

Выразив sin ф через диаметр пилы D и глубину резания Нр + и произведя соответствующую подстановку, получим выражение;; для толщины среза за один оборот пилы (см. рис. 8.21)

Луг л/dhv — Яр

.Д =■

30tv

Тогда толщина среза за один оборот, снимаемая одним ре-| жущнм элементом определится из выражения

Дх = л/^^р

30t)p D

Шаг режущих элементов, мм.

Приведенные аналитические зависимости не в полной мере отражают все факторы, влияющие на режим распиловки (кон­центрация алмазов, их зернистость и др.), однако определяют изменение толщины среза от технологических параметров про­цесса (иа, 1>р), глубины резания и диаметра инструмента. Для каждого вида обрабатываемого камня необходимо устанавли­вать свои рациональные значения А, соответствующие Макси­мальной износостойкости инструмента, что достигается выбором соотношения Уп/^р-

Работоспособность и эксплуатационная прочность конструк­тивных элементов алмазного инструмента в значительной сте­пени зависят от силовых показателей процесса разрушения.

Равнодействующую силу резания Рр (см. рис. 8.21) можно разложить на составляющие по касательной в направлении ско­рости резания Рк и по нормали к центру диска, перпендику­лярно скорости резания Ри. Нормальная составляющая обес - *“ печивает внедрение режущих элементов в камень, а касательная совершает работу резания. Так же, как и при штрипсовой рас­пиловке соотношение Рн/Рк не является постоянным и возрас­тает с увеличением твердости распиливаемого камня.

В соответствии с рекомендациями К. С. Варданяна эмпири­чески можно определить касательные и нормальные силы реза­ния из выражений:

Т а б л и ц а 8.13

Техническая характеристика ортогональных станков

R. mT>bvnh

Рц = ■----------- 1- Штро/эЗГк}

Hz

Где Ар, тр, ттр —эмпирические коэффициенты, аналогичные | коэффициентам в формулах (8.21) и (8.22); г — число режущих | элементов дисковой пилы; гк— число режущих элементов на-

Диаметр дисковых пил (максимальный), мм
Скорость Рабочей Подачи, М/мин
Число верти­кальных дисковых пил
Горизон­ Тальный
Вертикаль­ Ный
0—6
1250 1200 1600 1200 1200 1100 1200 1200 „ 1200 1200 1200	500 500 500 600 600 350 400 400 600 600 600	90 75 100 60 120 55 80 80 22 30 30	18,0 20,0 20,0 13.0 13,8 И,1 11.1 12,0 24,0
1; 2 1; 2 1 2 8 1; 2 1; 2 1 2 3
0—10 0—13 0—13 0,2—11,0 0,2—11,0 0,2—11,0

Ходящихся в контакте с камнем; U — длина режущего элемента, мм; h = r (1—cos ф); b -— ширина диска, мм.

Формулы (8.27) и (8.28) распространяются на нормальные условия резания, при нарушении этих условий вводятся допол­нительные коэффициенты.

На практике приходится определять горизонтальную и вер­тикальную составляющие усилия резания, представляющие со­ответственно проекцию Рр на горизонтальную и вертикальную ось.

Значения эмпирических коэффициентов при алмазно»дисковой распиловке для различных видов обрабатываемого камня

Коэффициент.......... . , . . . . , ftp mp ftTp mTp

TOC o "1-5" h z Туф артикского типа. . . ......................................... 10 20 0,002 0,003

Туф фельэктовый..................................................... 35 60 0,004 0,012

Мрамор коелгинскнй 90 185 0,005 0,018

Базальт паракарский. . . 65 260 0,004 0,02

Гранит ково-даниловский.......... 185 560 0,006 0,03

Гранит янцевыфй..................................................... 210 635 0,007 0,04

При попутной распиловке:

Яг — sin ф—Рк cos<p; (8.29)

Рв — Рк sin ф-f Рн cos (р.

При встречной распиловке:

Рт = Рк sin <р + Рк cos <р; (8.30)

Рв— PKsin<p— PHcosq>. J

При попутной схеме распиловки сила Рв направлена вниз, прижимая заготовку к поверхности рабочего стола. При встреч­ной схеме распиловки сила Р„ имеет отрицательное значение, направлена вверх и отжимает заготовку от поверхности стола.