Введение к работе
; " \
JLiiL] Актуальность проблемы. Основой экономической и социальной стратегии развития является ускорение научно-технического прогресса и, прежде всего, овладение достижениями его современного этапа. Всесторонняя разработка логико - мате їла тиче ских проблем, достижение теоретического уровня, на котором осуществляется высший синтез знания (в форме научной теории) и который знаменут собой более высокую ступень в развитии научного познания - важнейший фактор научного прогресса.
Основной объем торфяного производства осуществляется фрезерным способом, на долю которого приходится 98$ всей добычи торфа. При этом большинство рабочих органов торфяных машин и оборудования представляют собой ротационные механизмы, активно взаимодействующие с торфяной'залежью с целью ее экскавации, разрушения и переработки в соответствии с технологическими требованиями.
В основе теории взаимодействия рабочих органов фрезерующих устройств с торфяной залежью находятся вопросы кинематики движения режущих элементов, обеспечивающие стружкообразование при фрезеровании. Многообразие целей и задач фрезерования торфяной залежи обуславливает необходимость разработки общей теории расчета и проектирования рабочих органов фрезерующих устройств, базирующейся на принципах выбора оптимальных параметров и режимов их работы.
Современный уровень состояния вопроса позволяет выполнить теоретическое и экспериментальное обобщение, классифицировать способы и методы фрезерования, установить основные положения общей теории кинематики и определить приоритетные направления развития и совершенствования конструкций рабочихорганов фрезе-рущих устройств и режимов их эксплуатации.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике и заданиями Министерства топливной промышленности РСЇСР (1976 -1978 гг. по теме ЖТ '77038933; 1979 г. по теме Ю> 79019556; 1979 - 1980гг. по теме Ш» 8006004; 1980 г. по теме ИГР 80046418; І98І-І982ГГ. по теме ИГР 81078088; 1983 - 1984 гг. по теме ЖГР 0І830025І98; 1985 - 1987 гг. по теме МТ 0І860ІІЗЗІ6; по теме ШШ870038949),
в которых автор принимал участие и являлся ответственным испол- . нителем.
Цель -работы. Установить основные закономерности стружкооб-разования при фрезеровании, разработать методику расчета и выбора оптимальных параметров и режимов- работы фрезерующих устройств с учетом физико-механических условий взаимодействия рабочих органов с торфяной залежью, дать научное обоснование приоритетным направлениям развития и совершенствования их конструкций и наиболее эффективным способам и' методам фрезерования.
В соответствии с поставленной целью исследования включали:
- разработать классификацию способов и методов фрезерова
ния торфяной залежи и определить области изменения режимов ра
боты фрезерующих устройств;
-обобщить теорию кинематики фрезерования и разработать методы расчета параметров фрезерования;
установить основные закономерности и физико-механические принципы стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи с позиций обеспечения снижения энергоемкости ее разрушения и роста производительности;
разработать комплексный вычислительный алгоритм оптимизации параметров и режимов работы фрезерующих устройств и провести компьютерный эксперимент по решению задач оптимизации для различных способов и методов фрезерования;
провести экспериментальную проверку основных положений теории стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи,разработать методики проведения и обработки результатов лабораторных и полевых исследований, создать приборы и установки в соответствии с поставленными задачами; >
разработать теоретические основы новых способов фрезерования торфяной залежи и формирования расстила фрезерной крошки укрупненной фракции, а также путей совершенствования конструкций рабочих органов фрезерующих устройств; -
разработать методологию количественной и качественной оценки эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств и дать рекомендации технико-экономической эффективности областей их применения на залежах с данной качественной характеристикой;
создать стандартную методику расчета и проектирования
конструкций рабочих органов фрезерующих устройств целевого назначения.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований были наиболее распространенные виды торфа верхового и низинного типа. В лабораторных исследованиях использовались специально подготовленные образцы торфа без древесных включений и отдельно' образцы древесины. Дня решения проблемы использованы теоретические и экспериментальные методы. В основу теоретических исследований положен системный анализ, математическое моделирование и компьютерный эксперимент, а также предложенный автором метод количественной и качественной оценки функциональных процессов. При проведении экспериментально-технологических исследований использованы методы планирования эксперимента, статистические и регрессионные методы анализа с широким. привлечением средств вычислительной техники. Исследования проведены на экспериментальных, натурных и промышленных образцах рабочих органов фрезерующих устройств с применением специальных тензоизме-рительных приборов.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся впервые разработанные и обоснованные теоретическими исследованиями, подтвержденные экспериментальной проверкой научные основы стружкообразования при фрезероваїши торфяной залежи, обеспечивающие выбор рациональных конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств.
1. Экспериментально-теоретические разработки: общая теория
кинематики фрезерующих устройств; классификация способов и ме
тодов фрезерования торфяной залежи; основные закономерности и
физико-механические принципы стружкообразования: и форшіровашія
расстила фрезерной крошки укрупненной фракции; новые эффектив-
'.ные способы и методы фрезерования торфяной залежи.
-
Научно-методические_ разработки: методы определения параметров траектории движения режущих элементов фрезерующих устройств; методика количественного и качественйого анализа эксплуатационных показателей'работы фрезерующих устройств; методика выбора рациональных параметров фрезерующих устройств на стадии проектирования.
-
Научно-технические разработки: стандарт предприятия (Устройства для фрезерования торфяной залежи. Основы расчета и
4' проектирования параметров рабочих органов и режимов их работы. СТП 2I4-I-52-88); комплексный алгоритм оптимизации режимов работы фрезерующих устройств; пакет вычислительных программ и результаты решения задач оптимизации; рекомендации областей наиболее рационального использования существующих фрезеров, полученные по результатам опытно-промышленной проверки и внедрения конструкций рабочих органов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке основ теории стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи, включающей основные физико-механические принципы формирования стружки, расчета, моделирования и выбора оптимальных параметров и режимов работы фрезерующих устройств, обеспечивающих обоснование основных тенденций развития методов фрезерования и определение приоритетных направлений в совершенствовании техники и технологии добычи фрезерного торфа, как исходного продукта комплексной переработки и использования в народном хозяйстве. Установлена закономерность изменения толщины стружки при фрезеровании, которая позволяет перейти к расчету напряженно-деформационного состояния в зоне контакта режущего элемента с торфяной залежью с целью моделирования режимов стружкообразования, обеспечивающих преобладание процессов ска-.лывания и отрыва над дроблением и измельчением фрезеруемого слоя.
Разработаны принципы многослойного фрезерования, способствующие решению задач интенсификации поверхностного,а также других методов фрезерования. Применение метода многослойного фрезерования меняет физико-механическую и реологическую модель взаимодействия рабочего органа с торфяной залежью, в которой наряду с вязко-пластическими .наблюдаются и упруго-хрупкие деформации, сопровождающиеся явлениями скола, отрыва и крошимости , образующейся фрезерной крошки. Установлены основные закономерности поверхностно-многослойного фрезерования.
Введены критерии количественной и качественной оценки эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств с учетом качественного состояния торфяной залежи, специфики стружкообразования при фрезеровании и конструкций рабочих органов. -''
Практическая ценность работы заключается в разработке универсального метода расчета кинематических параметров для поверх-
ностного, глубокого и вертикального фрезерования; в создании инженерной методики выбора оптимальных параметров рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств для горизонтального, вертикального, многорядного и многослойного способов фрезерования, реализованной в виде пакета вычислительных программ. Научные и методические принципы, изложенные в работе, находят дальнейшее применение и развитие в исследованиях при подготовке диссертаций аспирантами и соискателями. Методы общей теории кинематики фрезерующих устройств и стандарт предприятия (СТП 214-1-52-80,88) внедрены и используются в учебном процессе при изучении дисциплин торфяного профиля в ТвеПП и Белорусской политехнической академии , Уральском горном институте. Научно-технические рекомендации по совершенствованию конструкций рабочих органов и режимов работы фрезерующих устройств подтверждены производственными испытаниями и результатами использования материалов НИР на предприятиях ПО Глав- . торфа (Емельяновское - 1978 г., Уломское - 1979 г., Петровское-I98I-I982 гг., Вышневолоцкое - 1976 г.), а также во ВНИИТП -1983, 1990 гг. Новизна научных и технических решений .подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение (Ж798305, I0800I0, I6420I8).
Апробация работы. Результаты научных исследований докладывались и обсуждались, начиная с 1979 года на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников Тверского политехнического института (Тверь-1979,1980,1984,1986,1988,1990 гг.), Белорус ской политехшіче с-кой академии (Минск - 1979,1989 гг.); на научно-технической конференции молодых специалистов ВНИИТП (Ленинград - 1980 г.); на республиканских школах-семинарах: "Опыт эксплуатации фрезерующих устройств на предприятиях торфяной промышленности" (Москва - 1986 г.), "День молодого новатора торфяной промышленности" (Москва - 1987 г.); на научно-технических конференциях: "Итоги внедрения новой'техники и технологии на предприятиях ПО Калининторф" (п.Радчекко - 1986,1988,1989 гг.); на научно-технической конференции по физике-химии торфа (Тверь -'1989 г.); на совещании главных инженеров ПО Главторф Минтоппрома РСФСР (Иваново - 1988 г.); на научно-технических советах ТвеПИ и ВНИИТП, в объединениях ПІатурторф, Вологдаторф, Ивановоторф и в Институте проблем использования природных ресурсов и экологии АН Белоруссии (Минск - 1991 г.).
Публикавий. По результатам проведенных исследований олуб- ликовано 47 работ, в том числе 2 учебных пособия (ТвеПИ, 1977, 1988), лабораторный практикум (ТвеПИ, 1988), 5 методических указаний (ТвеПИ, 1987-1989), 3 методических рекомендации (ВНИИТП, 1980,1989,1990), 3 авторских свидетельства (1981-1991), депонированная научная работа:"Общая теория кинематики фрезерующих устройств" (ЦШТИ МТП РСФСР, 1990, 208 с), 22 статьи в журнале "Торфяная промышленность" (1976-1990), Материалы работы включены в учебное пособие для вузов:"Торфяные машины и комплексы" (М.: Недра, 1981. - С.172-184, 204-213),в монографию:"Фрезерование торфяной залежи" (М.: Кедра, 1985.-С. 36-40, 9I-III, 134-146) и в "Справочник механика торфяного , предприятия" (М.: Недра, 1990. - С.90-93).
, Объем и структура работы. Диссертация объемом 447 страниц состоит из введения, шести разделов, общих выводов и заключения, библиографического списка из 332 названий, приложения, содержит 284 страниц машинописного текста, 208 рисунков, 38 таблиц.
Во введении отражены актуальность проблемы и современное состояние вопросов, сформулированы цель и задачи исследований, охарактеризованы объекты и методы теоретических и экспериментальных исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту, указана научная новизна и практическая ценность работы, определены дальнейшие направления исследований в области совершенствования методов фрезерования торфяной залежи.
Шесть разделов диссертации посвящены обоснованию значения стружкообразования при фрезеровании торфяной залежи (раздел I), разработке общей теории кинематики фрезерующих устройств«(раздел 2) и методики оптимизации выбора параметров и режимбв их работы (раздел 3), рассмотрению перспективных способов фрезерования торфяной залежи (раздел 4), физико-механическим принципам стружкообразования и эффективным методам разрушения торфяной залежи (раздел 5), а также вопросам количественного и качественного анализа эксплуатационных показателей работы фрезерующих устройств (раздел 6). Б приложешш отражены результаты экспериментально-теоретических исследований, даны рекомендации по выбору рациональных параметров и режимов работы фрезерующих устройств для однослойного, интенсивного, многорядного и
многослойного фрезерования; приведены документы, подтверждающие апробацию результатов работы.
Автор благодарен преподавателям и сотрудникам кафедры торфяных машин и оборудования, где была выполнена диссертационная работа, а также сотрудникам Всесоюзного НИИ торфяной промышленности, где была проведена ее апробация. ,
