Добыча и обработка природного камня

Распиловка полосовыми пилами со свободным абразивом

/ . ^

Вопрос о работе свободного абразива на забое (место кон­такта инструмента с камнем) длительное время был предметом обширных исследований. Поставленные опыты доказали, что разрушение камня при дробовой распиловке происходит не вследствие царапания или строгания, а представляет собой мик­ропроцесс проникновения частичек у дроби в камень, сопровож­дающийся явлениями смятия и =скалыван1гя при перекатывании дроби.

Штрипсы совершают, в наиболее общем случае, движение по маятниковой траектории, вследствие, чего в крайних положениях

1 — штрнпсовая пила; 2 — колотая дробь; 3 — литая дробь; 4 — чешуйки спрессованного камня; 5 — слой раздавленного камня; 6 — трещины

Рис. 8,2. Схема разру­шения камня раздавли­ванием при работе ко­лотой дроби

Они поднимаются над забоем, а в среднем положении прижи­маются ко дну пропила (при этом вследствие недостаточной жесткости штрипсовой полосы они несколько прогибаются, уве­личивая тем самым продолжительность контакта)-, Такая схема движения инструмента обеспечивает проникновение абразивной пульпы под штрипсы в момент подъема их, а йри опускании на­ходящаяся под рабочей кромкой штрипс дробь прижимается к камню. Под действием усилия подачи каждая частичка дроби," передающая Давление от штрипсовой пилы на камень, вызывает первичное разрушение, образуя на забое небольшую вмятину — Так называемое гнездо пластической деформации и раздавли­ваний камня. По контуру площади смятия развивается кольце­вая трещина, направленная в глубь камня, происходит выдавли­вание разрушенной его части и скалывание небольших элемен­тов (рис. 8.1).

Сущность разрушения раздавливанием сводится к следую­щему (рие, 8.2). Допустим, что через прочный металлический

Инструмент {колотая дробь) к поверхности гранитного тела, за­нимающего нижнюю часть полупространства, прикладывается внешняя сила Ру. Против поверхности ab, через которую переда­ется внешняя сила в теле формируется объем aob, а рядом с ним объемы аоа' и bob', далее объемы aa'k' и bb'kf, Эти объ­емы являются только частью объема тела, приходящего в напря­женное состояние под действием СИЛЫ Ру.

Опыты показывают, что порядок распределения напряжений в хрупких телах до предела упругости сохраняется и за ним. Поэтому анализ продуктов разрушения и распределения напря­жений до предела упругости позволяет проследить процесс раз­рушения по этапам.

Параметрами объема aob являются размер и форма поверх­ности ab и угол ао, равный углу упругого равновесия породы в данном состоянии. На поверхность этого объема действуют по­стоянные касательные напряжения, несколько большие каса­тельных напряжений на поверхностях аа' и bb'. На остальных поверхностях касательные напряжения меньше.

Вследствие этого при росте силы Ру деформации упругого разрушения сначала возникают у точек а и b и почти одновре^ менно распространяются в направлении к точкам о, а' и Ь'. Од­нако в направлениях а' и Ь' условия для развития остаточных деформаций непрерывно ухудшаются. После того, как они до­стигнут точек а' и Ь они смогут успешно развиваться только в направлениях точек k и W (см. рис. 8.2). Эти деформации, на­оборот, протекают с увеличивающейся скоростью, так как ус­ловия их развития непрерывно улучшаются в связи с ростом свободы для смещения. В конечном итоге происходит отделение объема kok'. Такой вид разрушения называется раздавлива­нием.

В случае приложения внешней силы через инструмент, имею­щий криволинейную поверхность (литая дробь), указанный по­рядок развития деформаций в основном сохраняется, но появ­ляется ряд дополнительных явлений: при действии такого ин­струмента поверхность его, соприкасаясь с забоем, изменяется, а распределение нормальных напряжений становится неравно­мерным.

Наибольшие напряжения будут в центре поверхности соприг косновения, а наименьшие — на контуре (рис. 8.3, а). Степень неравномерности в распределении нормальных напряжений на поверхности соприкосновения выражается отношением:

<Утах/^ср = 1,5,

Где Стах — напряжение в центре поверхности соприкосновения, МПа; стер — среднее напряжение по всей поверхности соприкос­новения, МПа.

Вследствие этой неравномерности развитие остаточных де­формаций происходит в следующем порядке. Вначале касатель­ные напряжения в камне достигают максимального значения против некоторой площадки в центре поверхности соприкосно­вения (рис. 8.3, б).

В следующий момент, благодаря увеличению силы Ру, по­верхность соприкосновения возрастает, а вместе с ней увеличи­вается и площадка, под которой напряжение достигает предель­ного значения. При этом часть ранее образовавшихся сколов попадает в зажим, а с периметра нового основания начинают развиваться новые разрушения и т. п.

Производя последовательные построения (рис. 8.3, в) не­трудно установить, что наконец настанет момент, когда дефор­мации разовьются в полной мере и под инструментом произой­дет разрушение (раздавливание) породы с полным отделением объема kok'.

Если же величина внешней силы Ру будет меньше, чем это необходимо для раздавливания, то деформации разрушения за­кончатся образованием сдвигов на какой-то промежуточной ста­дии развития. В таком случае в результате действия инстру­мента в камне образуется объем, внутри которого материал будет нарушен системой взаимно пересекающихся волосяных трещин. Такой вид разрушения называют смятием.

• Возвратно-поступательное движение штрипс вызывает пере­катывание прижатых к забою дробинок. Ввиду незначительного дизм$тра дроби, частота ее перекатывания весьма значительна (до 20—30 тыс. об/мин).

В качестве свободного абразива наиболее широко применя­ется литая дробь, имеющая отклонения от правильной сфериче­ской формы. Перекатывание дробинок с переменными разме­рами в разных сечениях приведет к появлению .динамических
нагрузок. Необходимо также учитывать и динамический харак­тер приложения усилий резания (штрипсовая пила в момент ка­сания с камнем наносит удар по частичкам. дроби). Таким об­разом, по характеру действующих сил процесс дробовой распи­ловки можно рассматривать как ударно - или вибрационно-абра­зивный. В случае работы расколовшейся на части дроби непра­вильной формы или колотой дроби динамические нагрузки имеют тем большие значения, чем крупней частицы дроби и больше разница в размерах этих частиц. Вместе с тем при включении в работу частиц дроби плоской формы, а также ко­лотой дроби или сечки с острыми гранями такой абразив не пе­рекатывается по забою, а волочится по нему, вонзившись в штрипс. В этом случае его работа в непосредственном про­цессе разрушения камня крайне незначительна, так как его воз­действие на камень имеет характер истирания забоя. В то же время присутствие такой дроби в абразивной пульпе в опреде­ленной пропорции (до 30 %) желательно, поскольку частички ее положительно влияют на эффективность процесса распи­ловки. Во-первых, они разделяют крупную литую дробь, и спо­собствуют более равномерному ее, распределению по дну про­пила; во-вторых, играют роль скребка, своевременно вынося­щего лерензмельченные частицы шлама из пропила.

Каждое качание пильной рамы вызывает последовательное внедрение частичек дроби в камень,. выкатывание мелких эле­ментов, сдвиг их и подготовку к дальнейшему разрушению путем создания мелких трещин в направлении подачи.

Вследствие непрерывности процесса распиловки каждый штрипс должен разрушать за рабочий х<од слой камня, толщина (высота) которого соответствует:рабочей подаче за это время. Если это условие не соблюдается и величина подачи превышает толщину снимаемого слоя камня, происходит перегрузка и увод штрипс. При распиловке размер дроби постоянно уменьшается, так как она циклично возвращается в пропил для повторного использования. Практическим опытом и проведенными йсследо ваниями установлено, что максимальная производительность распиловочного станка (при прочих равных условиях) обеспе­
чивается при использовании дроби диаметром 0,8—1,5 мм (рис. 8*4),

Однако, увеличение диаметра дроби отрицательным образом влияет на качество распила, что в - свою очередь увеличивает за­траты на фактурную обработку. Поэтому в практической дея­тельности оптимальным считается применение дроби фракции

0, 8—1,2 мм.