Алмазный отрезной круг
Техническое решение относится к области абразивного дискового инструмента, а именно к алмазным отрезным кругам, армированным природными и синтетическими алмазами, для резания природного камня, кирпича и др. Предлагается алмазный отрезной круг, содержащий металлический корпус с прорезями и закрепленные на нем алмазосодержащие сегменты с переменной по ходу вращения инструмента концентрацией алмазов у которого диаметр алмаза в сегменте определяется по расчетной зависимости, а толщина алмазосодержащего сегмента определяется по формуле hc=K·hK, где hc - толщина алмазосодержащего сегмента; K - опытный коэффициент (K=1,26÷1,30); hK - толщина металлического корпуса. Применение алмазного отрезного круга позволяет повысить производительность и качество резания горных пород.
Техническое решение относится к области абразивного дискового инструмента, а именно к алмазным отрезным кругам, армированным природными и синтетическими алмазами, для резания природного камня, кирпича и др.
Известен алмазный отрезной круг, содержащий металлический корпус, на периферии которого закреплен алмазоносный слой, состоящий из отдельных сегментов, и в корпусе выполнены межсегментные прорези (см. Патент США 
4689919 кл. 51-206.4, 1987).
Недостатком этого круга является сравнительно низкая производительность и стойкость при резании крепких горных пород вследствие не полного выноса из щели забоя разрушенной горной породы (шлама) и зашлифования сегментов, а также частые сколы алмазосодержащих штабиков из-за невысокой жесткости корпуса круга и сложная технология изготовления.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является алмазный отрезной круг (см. свидетельство на полезную модель 29254 по заявке 2002 129478/20 «Алмазный отрезной круг»), содержащий металлический корпус с прорезями и закрепленные на нем алмазосодержащие сегменты с переменной по ходу вращения инструмента концентрацией алмазов, в котором в известной мере устранены указанные выше недостатки, так как корпус круга выполнен с равной толщиной от центра к его периферии.
Основным недостатком этого круга является не высокая работоспособность его из-за быстрого зашлифования алмазов в сегментах и не рациональной толщины алмазосодержащего сегмента.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение повышения коэффициента трения алмазов о горную породу, а также снижения уровня вибрации при резании отрезным кругом горных пород.
Технический результат обеспечивается за счет рационального выбора диаметра алмаза в сегменте круга и толщины алмазосодержащего сегмента.
Предлагаемое техническое решение направлено на создание надежно работающей конструкции алмазного сегментного отрезного круга с межсегментными прорезями за счет определения рационального диаметра алмаза в сегменте и выбора оптимальной толщины алмазосодержащего сегмента.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в алмазном отрезном круге, содержащем металлический корпус с прорезями и закрепленные на нем алмазосодержащие сегменты с переменной по ходу вращения инструмента концентрацией алмазов, диаметр алмаза в сегменте определяется по зависимости
где d - диаметр алмаза, м;
Р - сила, воспринимаемая алмазом, Н;
- коэффициент Пуассона;
h - величина упругого прогиба породы, м;
р - предельное напряжение горной породы при растяжении, Мпа;
Е - модуль продольной упругости горной породы, Мпа;
а толщина алмазосодержащего сегмента определяется по формуле
где hс - толщина алмазосо держащего сегмента, м;
К - опытный коэффициент (К=1,26÷1,30);
hK - толщина металлического корпуса, м.
Благодаря тому, что диаметр алмаза в сегменте определяется по зависимости
где d - диаметр алмаза, м;
Р - сила, воспринимаемая алмазом, Н;
- коэффициент Пуассона;
h - величина упругого прогиба породы, м;
p - предельное напряжение горной породы при растяжении, Мпа;
Е - модуль упругой горной породы, Мпа
обеспечивается эффективное резание породы без зашлифования, так как диаметр алмаза соответствует основным физико-механическим свойствам горных пород, выраженных предельным напряжением горной породы при растяжении, модулем продольной упругости горной породы и ее коэффициентом Пуассона.
Согласно теории разрушения горных пород при алмазном бурении (см. Ю.Е.Будюков, В.И.Власюк, В.И.Спирин «Алмазный породоразрушающий инструмент» - Тула. ИПП «Гриф и К», 2005 - 288 с) сила, воспринимаемая алмазом, определяется по зависимости
где Р сила воспринимаемая алмазом, Н;
d - диаметр алмаза, м;
- коэффициент Пуассона;
h - величина упругого прогиба породы, м;
- константа горной породы, м2/Н;
p - предельное напряжение горной породы при растяжении, Мпа;
Е - модуль упругой горной породы, МПа.
При определенном значении силы Р в выражении (1) и соответствующей ей нагрузке на алмаз обеспечивается переход от процесса заполирования к нормальному процессу бурения, т.е. переход от внешнего трения к микрорезанию, определяемый главным образом крупностью алмазов (диметром алмаза).
Известно, что
где - константа горной породы,м2/Н;
Е - модуль продольной упругости горной породы, Мпа
Решая совместно уравнения (1) и (2) получим выражение для определения диаметра алмаза
При определенных значениях диаметра алмаза d [формула (3)] для заданных значений усилия Р обеспечивается преодоление упругих деформаций и переход к необратимым разрушающим деформациям породы. Коэффициент трения алмаза о породу возрастает, нормальный процесс резания происходит в режиме внутреннего трения (микрорезание) без заполирования алмазов. Для условия резания керна гранита на станке для распиловки керна конструкции ОАО «Тульское НИГП» алмазным отрезным кругом диаметром 250 мм по формуле (3) произведен расчет диаметра алмазного зерна d. Расчетный диаметр алмазного зерна составил 0,75 мм или 0,75·10 -3 м.
Таким образом, применение в сегментах круга алмазов рационального диаметра способствует созданию надежно работающей конструкции алмазного отрезного круга.
Вследствие того, что толщина алмазосодержащего сегмента определяется по формуле
где hс - толщина алмазосодержащего сегмента, м;
К - опытный коэффициент (К=1,26÷1,30);
hК - толщина металлического корпуса, м.
создаются благоприятные условия для выноса разрушенной породы (шлама) из забоя щели вследствие установления рационального зазора между стенками щели и корпусом круга и повышается жесткость алмазного круга и уменьшается его вибрация.
При значении hс меньше значений, определяемых по формуле снижается стойкость круга, когда hc имеет значение большее значения определенного по указанной формуле, происходит перерасход дефицитного алмазосодержащего материала сегмента. По формуле (4) произведен расчет толщины алмазосодержащего сегмента для отрезного круга диаметром 250 мм. Расчетное значение толщины алмазосодержащего сегмента составило 2,35 мм или 2,35·10 -3 м. Производство алмазных отрезных кругов по заявленной полезной модели не требует специального дополнительного оборудования и организовано в ОАО «Тульское НИГП» при использовании существующего оборудования.
Алмазный отрезной круг показан на фиг.1, 2, где фиг.1 - вертикальная проекция круга, а фиг.2 - поперечный разрез круга по А-А.
Алмазный отрезной круг состоит из следующих элементов: корпуса 1, сегмента 2, прорези 3.
Алмазный отрезной круг работает следующим образом: при создании осевого и окружного усилий происходит эффективное резание породы вследствие того, что диаметр алмаза определяется по расчетной зависимости, промывочная жидкость, касаясь корпуса 1 проходит внутрь щели в породу и попадает под алмазосодержащий сегмент 2, омывает его с торца и боков и попадает в расширенный зазор между стенками щели и прорези 3 и выносит частицы разрушенной породы без их вторичного измельчения, а вследствие рациональной толщины алмазосодержащего сегмента, повышается жесткость круга и его износостойкость.
Благодаря такому выполнению отрезного круга при его работе обеспечивается эффективное резание породы без зашлифования алмазов при высоком качестве реза.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении производительности и качестве резания блоков горных пород. Экономический эффект на один круг составляет 5500 рублей.
Алмазный отрезной круг для резания горных пород, содержащий металлический корпус с прорезями и закрепленные на нем алмазосодержащие сегменты с переменной по ходу вращения инструмента концентрацией алмазов, отличающийся тем, что диаметр алмаза в сегменте определяется по зависимости
,
где d - диаметр алмаза, м;
P - сила, воспринимаемая алмазом, Н;
- коэффициент Пуассона;
h - величина упругого прогиба породы, м;
p - предельное напряжение горной породы при растяжении, МПа;
Е - модуль упругой горной породы, МПа,
а толщина алмазосодержащего сегмента определяется по формуле
hc=K·hK,
где hc - толщина алмазосодержащего сегмента, м;
K - опытный коэффициент (K=1,26÷1,30);
hK - толщина металлического корпуса, м.
