Томский политехнический университет

М.Ю. ЖУРКОВ, Д.В. ЖГУН, В.Ф. ВАЖОВ
Научный руководитель – В.Ф. ВАЖОВ, к.т.н., доцент
Томский политехнический университет
ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЕ РЕЗАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Впервые проведены достоверные исследования электроимпульсного резания
гранита, габбро и песчаника в воде двухэлектродным резаком при его
непрерывном перемещении вдоль поверхности камня. Анализ результатов
экспериментов позволяет произвести выбор параметров высоковольтного
генератора, сформулировать требования к конструкции электродной системы,
систем перемещения, электродов и промывки при резании горных пород в воде.
В Томском политехническом университете в конце 50-х годов группой
ученых под руководством профессора А.А. Воробьева был открыт
эффект, на основании которого предложен принципиально новый способ
разрушения
естественных
и
искусственных
материаловэлектроимпульсный (ЭИ) способ разрушения. Данный способ может быть
применен и для резания горных пород, включая изготовление
строительно-дорожных изделий. Резание камня и искусственных
материалов может производиться как в изоляционных жидкостях и
растворах на их основе, так и в воде. Режущий инструмент- резак может
состоять из двух или нескольких электродов. Удельные энергозатраты
при
резании
горных
пород
многоэлектродным
резаком
в
трансформаторном масле составили для песчаника 2-6 кВт. ч/м2 (сж= 45
МПа), 3,5-4,5 кВт. ч/м2 для известняка (сж= 85 МПа) [1]. Однако такая
конструкция резака имеет ограничение по длине прорезаемой щели,
вследствие сильного влияния на параметры импульса напряжения при
работе в воде и требует достаточно большой энергии в разряде.
Нами предложено использовать для резания горных пород в воде
двухэлектродный резак, непрерывно перемещаемый вдоль поверхности
камня. Было изготовлено и испытано пять конструкций электродов
резака. Расстояние между электродами составляло 20-25 мм.
Источником высокого напряжения являлись малогабаритные
генераторы импульсных напряжений закрытого исполнения с энергией в
разряде не более 70 Дж. Проводилось резание среднезернистого гранита
(сж=160 МПа), осланцованного габбро (сж=250 МПа) и окварцованного
песчаника (сж= 85 МПа) в воде с удельным сопротивлением =4.104
Ом.см. Резание проводилось по всей длине камня, для удаления продуктов
разрушения использовалась промывка.
Усредненные результаты резания различных горных пород
представлены в таблице 1, внешний вид щели на рис.1
Таблица 1
Горная Пробивное Энергия в
Длина
Ширина
Удельные
порода напряжение, импульсе,
щели,
щели, энергозатраты,
кВ
Дж
мм
мм
кВт.ч/м2
Гранит
160
62
260
26,8
3,98
Гранит
160
52
250
27
2,95
Габбро
152
54
285
27
2,12
Песчаник
148
41
285
16
1,41
Песчаник
148
51
410
17
0,75
В процессе исследований установлено, что параметры резания зависят
от конструкции электродной системы, скорости перемещения электродов,
параметров импульса.
Рис. 1. Щель в песчанике. 1 камень; 2. щель; 3- резак.
Использование двухэлектродного резака в два-три раза уменьшает
ширину щели по сравнению с многоэлектродным и снижает требования к
сопротивлению рабочей жидкости, позволяя применять воду и решить
проблему электрической изоляции. Применение двухэлектродного резака
и предложенного способа расположения электродов снизило уровень
достаточной для разрушения энергии импульсов до 40 Дж, что
значительно уменьшает массу, габариты и стоимость высоковольтного
генератора.
Данная работа выполнена совместно с Дрезденским техническим
университетом при финансовой поддержке Германского фонда
"Окружающая среда".
Список литературы
1. Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов.
- СПб.: Наука, 1995-276 с.