Секция: «Проблемы добычи, переработки природных ресурсов и защиты окружающей среды» УДК: 622.331.002.5 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ ФРЕЗ АКТИВНОГО БРОВКОРЕЗА ДЛЯ ПРОФИЛИРОВАНИЯ КРАЁВ ТОРФЯНЫХ КАРТ Жуков Н.М. Аннотация. В статье рассматривается проблема повышения производительности средства для профилирования краёв торфяных карт. Для решения данной проблемы предлагается высокопроизводительное средство, обрабатывающее за один проход оба края картового канала. Обоснованы углы расположения рабочего органа и конструктивные особенности средства. Ключевые слова: торфяная залежь, профилировщик краев, фрезерование залежи, бровкорез. Для улучшения сушки фрезерного торфа при подготовке и ремонте полей особое внимание уделяется получению ровной поверхности карт в продольном направлении и выпуклой в поперечном. Это мероприятие увеличивает и ускоряет поверхностный сток с полей добычи во время весеннего снеготаяния и в период летних ливневых дождей, что позволяет снизить влагу верхнего фрезеруемого слоя торфяной залежи, и, тем самым, увеличить сезонные сборы торфа. При послойном методе сработки торфяной карты вследствие вариации влаги и специфики работы технологичного оборудования, по краям картового канала образуются бровки, которые необходимо периодически удалять для достижения ровной выпуклой поверхности карты [3, с. 161]. Изначально для срезания бровок, как и для профилирования поверхности карты, использовалась так называемая волокуша – рельса, прикреплённая двумя разными по длине цепями к трактору ДТ-55А. Позднее операция по срезанию бровок, как и операция по общему профилированию рельефа, выполнялась шнековым профилировщиком ТПШ1 прицепным к трактору ДТ-55А. Достаточно громоздкая конструкция профилировщика обеспечивала своевременное профилирование рельефа, но не позволяла часто выполнять срезания бровок [4, с. 261]. Полное профилирование поверхности – весьма энергозатратная операция, требующая большого количества времени и средств. Гораздо менее энергозатратны различные бровкорезы [2, с. 133]. Прицепной фрезерный бровкорез БП-1200, созданный на торфопредприятии имени Классона, представлял собой прицепное к трактору ДТ-54(55) орудие и предназначался для срезания бровок картовых каналов путем фрезерования торфяной залежи. К существенным недостаткам следует отнести невысокую производительность, большие габариты, и, как следствие, – пониженную маневренность. Финская компания SUOKONE разработала современный навесной профилировщик краев PRF-240, оснащенный эффективной и практичной фрезой, используемой для фрезерования и профилирования краев картовых каналов. Такое устройство хорошо сохраняет профиль полосы и одновременно служит фрезером. За счет небольших габаритов, агрегат легко транспортируется с места на место в виде прицепа к легковому автомобилю. Использование в профилировщике специального редуктора с угловым расположением выходного вала усложняет конструкцию и делает её более дорогостоящей. Недостатком устройства является то, что за один проход оно обрабатывает только один край канала. Проблема обработки одновременно двух краёв картового канала решается предлагаемой конструкцией профилировщика краёв торфяных карт. Для ускорения процесса обработки, а, следовательно, увеличения производительности операции планируется установка двух фрез, расположенных под определённым углом относительно продольной оси устройства во избежание забрасывания торфяной крошкой картового канала [5], и изменение технологической схемы работы. Для определения допустимого угла установки фрез проведён эксперимент на лабораторной фрезерной установке с фиксацией полёта торфяной крошки. Для данного эксперимента был подготовлен комплексный верховой торф со степенью разложения 20–25%, выполнена ручная сепарация древесных включений и сформирован монолит, который в дальнейшем заморожен при температуре от -5˚ до -3˚ С. Основой лабораторной фрезерной установки является вертикальная жестко заделанная в пол колонна 3 (рис. 1). Рис. 1. Схема лабораторной фрезерной установки По колонне вверх-вниз винтом 1 со штурвалом 2 перемещается плита 6. Один оборот штурвала перемещает плиту вверх или вниз на 4 мм. На плите смонтирован электродвигатель постоянного тока 7, приводящий во вращение фрезу 16 через муфту 8 и промежуточный вал 9. Рядом с колонной проходит рельсовый путь 10, по которому перемещается тележка 17 с закрепленным на ней монолитом торфа 4. Тележка приводится в движение лебедкой 15 с тросом 5 от электродвигателя 11 с частотой вращения ротора 954 об/мин через две коробки передач 12 и 13 с нейтральными передачами (НП), редуктор 14 с передаточным отношением i = 3,75, и имеет, благодаря этому, 8 скоростей ‒ от 0,111 до 0,571 м/с [6, с. 185]. Фрезерование торфяного монолита выполнялось на скорости вращения фрезы 1000 об/мин и скорости поступательного движения тележки 0,178 и 0,296 м/с, в диапазоне углов поворота фрезы от 0˚ до 40˚ с шагом 5˚ при глубину фрезерования 8 и 12 мм. Для фиксации траектории полёта фрезеруемой торфяной крошки был установлен экран, на котором отмечен моделируемый край картового канала. В результате проведённого эксперимента доказано, что забрасывание картового канала торфяной крошкой не происходит при установке фрез под углом 20 и более градусов относительно продольной оси устройства. Следовательно, с позиции отсутствия забрасывания торфяной крошки в канал, угол 20̊ можно считать оптимальным (рис. 2). Поскольку найденный угол установки фрез не может превышать 25˚, появляется возможность использовать в конструкции профилировщика карданные шарниры неравных угловых скоростей, способные передавать крутящий момент на угол 20—25˚ с учётом обязательного запаса прочности [1, с. 147]. Но угловое расположение фрез имеет и негативное проявление: снижается активная ширина захвата фрезера. Данное проявление предлагается оценивать коэффициентом использования ширины фрезы Кв, определяющимся отношением активной ширины фрезы 𝐵А к общей длине фрезы 𝐵. Рис. 2. Траектории полёта Активная ширина фрезы 𝐵А торфяной крошки определяется по формуле: 𝐵А = 𝐵 · cos 𝜑 , (1) где 𝐵 – общая длина фрезы, мм; 𝜑 – угол установки фрезы в плане. Зависимость коэффициента использования ширины фрезы от угла ее установки в плане представлена на рис. 3. Коэффициент использования ширины фрезы Кв 1,05 1 y = -0,0001x2 - 0,0002x + 1,0006 R² = 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0 10 20 30 Угол установки фрезы в плане φ, ͦ 40 Рис. 3. Зависимость коэффициента использования ширины захвата фрезы от угла ее установки в плане Как видно из рис. 3, интенсивность падения коэффициента использования ширины захвата фрезы сильно увеличивается после угла ее установки 20̊. Следовательно, и с позиции сохранения как можно большей активной ширины захвата, данный угол можно считать оптимальным. На основании проведённого исследования разработана конструкция высокопроизводительного средства для профилирования краёв торфяных карт, обоснована его конструкция, параметры и режимы работы. Библиографический список 1. Вахламов, В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета: учебник для вузов / В. К. Вахламов. М.: Академия, 2006. 480 с. 2. Жуков, Н.М. Высокопроизводительное средство для профилирования краев торфяных карт / Н.М. Жуков // в сб. «Теоретические исследования и экспериментальные разработки студентов и аспирантов»: сб. научн. тр. в 2 ч. под ред. С.В. Рассадина. Ч. 1. Тверь: ТвГТУ, 2018. с. 133— 136. 3. Жуков, Н.М. Высокопроизводительное средство для профилирования краёв торфяных карт / Н.М. Жуков // В сб. «Проблемы недропользования»: сб. научн. тр. отв. ред. И.Б. Сергеев. Ч. II. С-Пб.: СанктПетербургский горный университет. 2018. с. 161. 4. Кудимов, Л.П. Механизация подготовки торфяных месторождений для добычи торфа / Л.П. Кудимов, [и др.]. М.: Недра, 1962. 352 с. 5. Пат. РФ на пол. мод. №180545, 18.06.2018 Профилировщик краёв торфяных карт / Яблонев А.Л., Жуков Н.М., Гусева А.М. 2018. 6. Яблонев, А.Л. Цифровое тензометрирование при лабораторном исследовании процесса фрезерования торфяной залежи / А.Л. Яблонев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2018. № 1. С. 182—189. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL JUSTIFICATION OF INSTALLATION ANGLE OF ACTIVE BROWCUTTER FOR PROFILING EDGES OF PEAT MAPS Zhukov N.M. Abstract. The article deals with the problem of improving the performance of tools for profiling the edges of peat maps. To solve this problem, a high-performance tool is proposed that processes both edges of the card channel in one pass. The angles of the working body and design features of the tool are justified. Keywords: peat deposit, profiling miller, milling of a deposit, browcutter. Об авторе: Жуков Никита Михайлович магистрант кафедры «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь. E-mail: nikitazhukov2@gmail.com Zhukov Nikita Mikhaylovich – undergraduate student of department “Technologies machines and equipment”, Tver State Technical University, Tver. E-mail: nikitazhukov2@gmail.com. Научный руководитель – Яблонев Александр Львович, д.т.н., профессор кафедры «Технологические машины и оборудование» ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь. Research manager – Yablonev Alexander Lvovich, Dr. Tech. Sc., Professor of department “Technologies machines and equipment”, Tver State Technical University, Tver.
