BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYÊN VĂN TRUNG
XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT: TỐI ƯU ĐỂ ĐẠT ĐƯỢC NÀNG SUẤT CAO TRONG GIÁ CÔNG
ĐÁ GRANIT Ở VIỆT NAM
CHUYEN NGANH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MA SỐ : 02.01.09
TOM TAT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KĨ THUẬT
Trang 2Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NHŨNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.PTS Nguyễn Thể Đạt - "
PGS.PTS-Trản Văn Địch :
Phản biện 1: GS.TS Hàn Đức Kim Phan biện 2: PGS.PTS Phun Van Chay
Phản biện 3: PGS.PTS Nguyên Ngọc Anh -
Luận án sẽ dược bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại trường Đại bọc Bách Khoa Hà Nội, vào
nam!999,
Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia
- _ Thư viện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội -#R
Trang 3
MỞ ĐẦU
1 Sự cản thiết và mục dích nghiên cứu của đề tài
Với nhu cẩu to lớn về vật liệu xây dưng đặc biệt là dá ốp lát thi cong nghiệp sản xuất các sản phẩm từ đá Granit ngày càng phát triển Ở các nước phát
triển thì công nghệ gia công đá Granit ở trình độ cao với Kỹ thuật tiên tiến và cũng có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị công nghệ nhằm bảo đảm chất lượng và nâng cao năng suất gia công
Ở nước ta những năm gần dây với nhu cầu phát triển của ngành xây dựng, với nguồn tài nguyên phong phú của đất nước, chúng ta đã và dang dầu tư dể phát
triển công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ dá GramiL Trong công nghệ sia công đá Granit, nguyên công xẻ đá Granit là nguyên công cơ bản chiếm phần lớn thời gian gia công Do vậy, tối ưu hố cơng nghệ gia công đá Granit nói chung hoặc xẻ đá
Granit nói riêng để bảo dâm náng suất cao nhất là nhu cầu sản xuất Mặt khác, quá trình cát vật liệu cứng, giòn đang được quan tâm trong công nghiệp Quá trình xẻ đá
Granit bằng lưỡi cua dia kim cương cũng là quá trình cát vật liêu cứng, giòn phi kim
loại
Vi vậy, việc chọn để tài : Tối ưu hố năng suất trong cơng nghệ gia công
đá Granit làm dễ tài luận án có ý nghĩa cả về vẻ lý thuyết và thực tiến phù hợp nhu cầu
của sản xuất
Mục đích của luận án là nghiên cứu các luận cứ khoa học về tối ưu hố trong cơng nghệ gia công đá Granit để dạt được:
- Năng suất gia công lớn nhất
- Giá thành công nghệ thấp nhất
Từ đó, xây dựng hệ số ảnh hưởng của vật liệu gia công, hệ số ảnh hưởng của dung cu cat đến tốc độ cát và xác dinh chế độ cát tốt ưu như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cát phù hợp với các đặc tính của đá Gramit ở Việt Nam
i
2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của để tài tối ưu hố trong cơng nghệ gia công đá
\, Gant, cụ thể với công nguyên công xẻ dá sranit, Xây dựng luận cứ khoa học dể xác định chế độ cắt hợp lí cho một số loại đá Gramit tương ứng với một số lưỡi cưa
đang dược sử dung tại các xí nghiệp xẻ đá Granit ở Việt Nam Đồng thời, xây dựng mỏ hình tốn học các thơng số đầu ra của quá trình cưa đá bằng tưới cưa đĩa Kim
cương như lực cát, tuổi bền, công suất cát
Đối tượng nghiên cứu là các nguyên công trong công nghệ gia công da
Trang 4-1-3 Những đóng góp chủ yếu của luận án
- Hệ thống hoá và phân loại các loại đá granit 6 Viet Nam Nahién cứu
anh hudng cua tính chất cơ lý của đá granit đến quá “trình cắt bang dung cu kim cương Từ đó làm cơ sở dé xác định hệ số ảnh hưởng của tính chất cơ lý của đá granit đến vận tốc cát và vận dụng luận cứ khoa học này vào thực tiễn các xí nghiệp xẻ đá
- Hệ thống các luận cứ khoa học của lý thuyết cát vật liệu cứng, giòn bằng dụng cụ kim cương mà chủ yếu là các vấn để ảnh hưởng đặc trưng dụng cụ kim
cương như mác kim cương, độ hạt, mật độ đến quá trình cát Từ đó làm cơ sở để
xác định hệ số ảnh hường của độ cứng chất liền kết đến vận tốc cắt và áp dung luận cứ khoa học này vào thực tiễn các xí nghiệp xẻ đá {
- Xây dung cơ sé ly thuyét cia quá trình xẻ đá Granit dựa trên lý thuyết cắt
hat để giải thích quá trình tạo phoi, quá trình mòn và tính toán lực cát và tuổi bên của lưỡi của đĩa bằng các mô hình toán học để dự báo các thông số đầu ra của nó
- Xây dựng mơ hình tốn học của các thông số đầu ra của quá trình xẻ đá
bang lưỡi của điã kim cương
-¬ Xây dựng bài toán tối ưu với hàm mục tiều là giá thành sản xuất va nang
suất làm cơ sở cho việc giải quyết định mức sản lượng sản xuất tại các xí nghiệp xẻ
đá Granit để bảo đảm năng suất cao nhất hay lợi nhuận nhiều nhất 4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 1ê thu nhập số liệu, xử lý
số liệu, phân tích và lý giải kết quả và định hướng nghiên cứu
- Sử dụng các phương pháp khảo sát, điều tra thực tế dé mô tả nội dung,
phân loại quy hoạch thực nghiệm, do lường các thông số của quá trình
- Sử dụng phương pháp thiết lập các mô hình toán học để khái quát vấn dé
nghiên cứu và hiểu bản chất của nó
Trong quá trình nghiên cứu luôn quán triệt các quan điểm biện chứng, lịch sử, cụ thể, phát triển và đổi mới
5 Kết cấu của Luận án
Tên luận án "Tối xu hố năng suất trong cơng nghệ gia công đá granit”
- Ngoài lời mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo, phụ lục, danh mục các công tình khoa học có liên quan đến đề tài luận án của tác giả đã
cóng bố, toàn bộ nội dung cơ bản của luận án được chia thành 5 chương:
Chương 1: 7rình bày quá trình phát triển công nghệ gia công đã Grani
Trang 5Chương 2: Trình bày một số tính chất cơ học chủ yếu của đá Granit và dung cụ cất bằng kim cương,
Chương 3: Trinh: bày cơ sở lý thuyết của quá trình xẻ dá Granit bang lưỡi cưa đĩa kim cương
Chương 4: Trình bày phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Chương Š: Trinh bày tối ti hoá năng suất trong công nghệ xẻ đá Granit
CHƯƠNG L
QUÁ TRINH PHAT TRIEN CÔNG NGHỆ GIA CONG ĐÁ GRANÍT
1,1 Sự phát triển cơng nghệ gia công đá Granít trên thế giới và ở Việt Nam Đá Granít được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống như :
-Trơng xây dựng nó được dùng cho ốp tường, lát sàn, trang trí nội thất với
bàn, phế bằng đá Granft
- Trong kỹ thuật nó dược sử dụng làm các bệ máy cho các thiết bị đo có độ chính xác cao (các dụng cụ do lường như thước đo, bàn mắấp )
Công nghệ gia công đá granit dã được nghiên cứu và có nhiều công trình khoa học đã được công bố ở các lĩnh vực khai thác đá, xẻ đá, phay đá, dánh bóng bể mặt đá bằng dụng cụ kim cương Cho dến nay, nhiều nước đã có công nghệ sản xuất đá sranit tiên tién
Việt Nam có trữ lượng các loại đá Granít vào khoảng 2456,5 triệu m° Day là nguồn tài nguyên quí của đất nước dang dược khai thác trên nhiều địa phương dể xuất khẩu bing các dây chuyển công nghệ và thiết bị hiện đại của các nước nhự Italia, Đức, Nhật,
1.2 Công nghệ gia cơng đá Granit ¬ — * Hiện nay có nhiều quy trình công nghệ hiện đại để gia công đá Granft, phụ thuộc vào đặc tính của sản phẩm đầu ra (kích thước dài, rộng và độ bóng bề mat thé hay tinh) Nói chung, quy trình công nghệ gia công đá Granft dùng cho xây dựng gồm các nguyên còng cơ bản sau:
Cưa thành khối: nguyên công đầu tiên dể cưa các khối Granit sau khi khai thác thành các khối riêng, trước khi xẻ thành tấm
Cưa thành tâm: nguyên công thứ hai dé cua các khối dá thành các tấm có chiều dày theo yêu cầu
Phay đá (định kích thước): nguyên công sửa các sai lệch hình dáng hình học như sai lệch chiểu dày quá lớn và chuẩn bị cho nguyên công đánh bóng
Trang 6-3-Đánh bóng : nguyên công gia công nh nhằm nâng cao chất lượng của
bé mat dé -
Cat canh va dinh cé: nguyen cong dé gia cong thành các tấm theo kích thước yêu cầu,
Mài canh và vát mép: nguyễn cong gia cong tinh các mát bên và vát mép các cạnh sắt của tấm đá tuỳ theo mục đích sử dựng
Nguyễn công chuyên dùng: như phay biên dạng đối với những tấm có bề mặt cong, hoặc khoan lỗ
1.3 Các phương án cóng nghệ xẻ đá Granit
Sau khi khai thác, các khối đá lớn được gia công thành các tấm bằng nhiều phương pháp Nói chung, có hai phương pháp cơ bản là :
- Gia đây với khung cửa chuyển động tịnh tiến qua lại để thực hiện quá trình cát
- Qfa đĩa với lưỡi cưa chuyển động quay tròn để thực biện qúa trình cát 1.4 Phương hướng nghiên cứu
Trong các phương án xẻ đá thì phương án xẻ đá Granit bằng lưối cưa dia
kim cương là đối rượng nghiên cứu trong dé tài do các nguyên nhân san :
- Năng suất và chất lượng của bẻ mặt tấm cưa cao, có thé nang cao năng
suất bằng phương án xẻ nhiều lưỡi
- Bẻ mặt của sản phẩm khi xẻ bàng lưỡi cưa đĩa kim cương có độ chính xác cao (độ không song song của bể mại tấm xé không vượt quá 2mm/1000mm), điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ chính xác chế tạo các đường trượt chuyển động của đá hay đường trượt chuyển động tịnh tiến của cụm trục chính mang lưỡi
cưa trên máy
Thông số công nghệ của quá trình xế đá Grani!
Trên các thiết bị của đá Granit hiện đại, cùng với sự hoàn thiện về mặt kết cấu thì các phương án tối ưu công nghệ của mấy xẻ dá cũng được thực hiện hoàn chính Máy sẻ đá được thiết kế đạt yêu cầu cao với đấy các thông số tốc độ cất sau:
- Tốc độ cắt: 20 - 35 (m/s), (tuỳ theo vật liệu)
~ Lượng chạy dao: 3 - 7 (m/p)
- Chiều sảu cất: 1 - 7 (mm)
Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Xây dựng cơ sở lý thuyết của quá trình xẻ đá Granit dựa trên lý thuyết cát hạt để giải thích quá trình tạo phoi, quá trình mòn và tính toán lực cắt và tuổi bên
của lưỡi cưa đĩa bằng các mô hình toán học dé dự báo các thông số đầu ra của nó, 4
Trang 7- Dựa trên cơ sở qui hoạch thưc nghiệm và mô hình thực nghiệm xây dựng mộ hình toán học của thông số dầu ra của quá trình xẻ dá bằng lưỡi cưa đĩa kim cương Thành phần hàm mục tiêu: - Năng suất xẻ : Qụ =Cụ V°', SẼ rư - Tế độmòn : Q, =C,.V*2 S2 - Tuổi bên : T=zC.VS S08 Các hàm ràng buộc: - Lực cất : Py=C, VÉ pm : P,=C,.VS, S5 p8 - Công suất : N=Cy.V™% 9% 15 -Độbống : R,=C,.V”?, $7 -Độ ailệch : A =CẠ V°% $2 tr Ý nghĩa thực tiễn
Việt Nam có trữ lượng đá Granit vào khoang 2456,5 triệu mỶ hiện dang khai thác tại nhiều tỉnh trong nước Máy xẻ đá Granit hiện đại rất đất tiền, đặc biệt
lưỡi cưa điã bằng kim cương cũng rất đắt , do vậy việc nghiên cứu để tài này có ý
nghĩa thực tiễn sau:
- Xác dịnh chế độ cắt hợp lí cho một số loại dá Granit ở Việt Nam tương
ứng với một số lưỡi cưa hiện đang được sử dụng tại các xí nghiệp xé đá _ -Dự báo các quá trình mòn và tuổi bền của các loại lưỡi cưa „
CHƯƠNG 2
MOT 86 TINH CHAT CO HOC CHU YEU CUA DA GRANIT
VA DUNG.CU CAT BANG KIM CUONG 2.1 Tính chất cơ học chủ yếu của đá granit
Đá Granit là loại đá lửa kết tỉnh mà thành phần bao gồm phần lớn fenfat
Alkali (dac biét Festhitic Microline hoac Octocla),thach anh (quartz), Plagiclo
(thông thường Canxi ahbit hoặc Oligocla) Cỡ dộ hạt của các loại dá Granit trung
bình từ 1+ 2,“mm
Phản loại dá Granit:
Đá Granit có thể chía làm 3 loại chính:
Trang 8-5 Oxil nhom (Pesalumines} ,
- Kiếm
Mỗi loại có dạc tính hoá học và đạc diểm riêng tuỳ theo mới tường địa
Chất xung quanh và nguồn gốc tạo thành hoá đá,
Việt nam có trữ lượng đá Granit nhiều dược phân bố rải rác ở các tỉnh đá Granit Việt Nam có cường độ chịu nén tốt, độ mài mòn rất thấp, modun biến dạng
nằm trong khoảng 3,79 + 6,17 kg/cm" Các loại đá Grani ở Việt Nam đáp ứng yéu
cầu của vật liệu xây đựng để đùng đá ốp lát Đạc biệt một số chủng loại đáp ứng
yêu cầu vật liệu kỹ thuật để dùng làm các bé máy cho thiết bị do độ chính xác cao 2.2 Cơ học quá trình cất vật liệu cứng, giòn phi kim loại
Quá trình cát vật liệu cứng, giòn phi kim loại là quá trình hình thành các
vết nứt tẾvi do tập rung ứng suất trong vùng cận phá huỷ San đó, khi ứng suất”
vượt quá ứng suất nén c, vết nút tế vi được tạo thành chung quanh Thời điểm xuất
hiện vết nứt và chiểu sâu vết nứt phụ thuộc vào kích thước hạt và lực pháp tuyến
Như vậy, chiều sâu phá vỡ của lớp vật liệu khi mài bằng hạt mài có thể lớn hơn một vài giá trị chiêu sản giới hạn để bắt đầu hình thành vết nứt,
Nàng lượng phá vỡ vật liệu cứng giòn bao gồm năng lượng bóc phoí và
nang long ma sat: A=AL+ Ay
(2.1) Năng lượng bóc phơi : Ay, = 16,7 G.42/k (22) Trong đó : k - Hệ số giòn ; G - Năng lượng bẻ mat (W/mun?);a-Chiều sâu cắt (mm );
Năng lượng ma sát : A„e=S+tl (2.3)
Trong đó :r - Ứng suất cắt của vật liệu giòn ®&s/4mm?);S - Diện tích tiếp xúc ( mm2); 1 Bước bóc phoi là khoảng cách giữa 2 điểm nứt gân nhau (mm)
Tae cắt dược xác định bang nang lượng cát chia cho bước bóc phot: PEA, t+ A,yl (2.4) Bước bóc phơi được tính theo cóng thức: l=82aVG/QBk (2.5) q- Nang luong rieng làm biến dạng trượt vậi liện (W/mn?); B - Chiêu rộng cắt (mm)
Thế (2.2), (2.3), (2.5) vào tong phuong tinh (2.4) ta có công thức tính lực
cát khi phá vỡ vật liêu gidn -
P=2a.VqGB/k (2.6)
Chiều sâu vùng ảnh hưởng được tính theo công thức :
b= 5,7 (G/4)97a°2 (2.7)
Tóm lại, bản chất quá trình cát vật liệu giòn là quá trình nén ép tao vét nth
tế vi, lan truyền vết nứt và tao phoi Mơ hình tốn học của quá trình cắt vật liệu
Trang 9-6-giòn, công thức tính lực cát, chiểu sâu vùng cận phá huy và náng lượng bóc phoi
được thể hiện
2.3 Ảnh hưởng của tính chất cơ học của đá Granit đến quá trình gia công
Qua nghiên cứu bản chất quá trình cát vật liệu cứng, giồn phi km loại
bàng dụng cụ kim cương, ta nhận thấy dộ cứng tế vi của dá Grauit và độ bền nén là các chỉ tiêu cơ tính cơ bản ảnh hưởng đến quá trình xẻ đá bằng lưỡi cưa kim cương
Một số chỉ tiêu công nghệ của đá
Trong thực tế sản xuất, các chỉ tiêu thể hiện sự chống lại của đá khi chúng
chịu tác động của dụng cụ hoặc quá trình công nghệ nhất định thưởng được sử dụng Một số chỉ tiêu đó là:
- Độ rắn chấc của đá f : Chỉ tiêu này đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá huỷ của đá Giáo sư M.M Protodiakonov dã xây dựng cách phân loại đá theo độ rắn chắc, theo công thức : Ø, in f= (2.8) 100
- Độ cứng của đá: Đặc trưng cho khả năng chống lại của đá trong trang thái phức tạp và xác dịnh sức đề kháng của đá đối với tác dựng của dựng cụ cứng
Nghiên cứu bản chất quá trình cát vật liệu cứng, giòn phi kim loại bảng
dụng cụ kim cương !a nhận thấy độ cứng tế vị của đá Granit và độ bên nén là các
chỉ tiêu cơ tính cơ bản ảnh hưởng đến quá trình cưa dá bằng lưỡi cưa đía kim cương 2.4 Ảnh hưởng mọt số đặc tính của lưỡi cưa đĩa kim cương đến quá trình gia
công
Lưỡi cưa đĩa kim cương với chất liên kết kim loại nói eng và dung ¢ cu kim cương nói chung có các đặc mung cơ bản như ¬
- Hình dang lưỡi cưa ; - Kích thước cơ bản của lưỡi cưa; - Loại kim cương; - Độ hạt - Loại chất liên kết; - Mật độ
Qua nghiên cứu cơ học quá trình cát, vật liệu cứng giòn bằng dụng cụ kim
cương cho thấy ràng tính chất đặc trưag:của dựng cụ kim cương như mắc kim
cương, độ hạt, mật độ có ảnh hưởng dến khả năng cát, chiều sau lớp nứt tế vi và
độ cao nhấp nhỏ tế vĩ R¿ cụ thể như sau:
+ Độ hạt càng lớn thì dộ cao nhấp nhô tế vi R; và chiểu sâu vết nứt tế vì
càng lớn và ngược lại
+ Độ hạt kìm cương 400/315 (250/200) đùng cho gia công tho da Granit
+ Độ hat 100/80, 40/28, 50/40 dùng cho gia cong tinh hoac ban tinh
Trang 10-7-Qua nghién city dac tinh cia dung cu kim cuong va két qua kiểm tra cơ tinh chat liên kết của lưỡi cưa để xe đá Granit là loại chất liên kết mềm hoạc trưng bình
+ Độ hat kim cương thường để xẻ đá Granit là loại 1250/800
+ Mật độ 50 hay 150
Nói chung, để lựa chọn lưỡi cưa kim cương cho gìa công đá pramit thó cần cát thử và thừ nghiệm một số cơ tíáh của lưỡi cưa như: độ cứng chất liên kết, độ bạt đề có kết luận chính xác
CHƯƠNG 3
CƠ SỐ LÝ THUYẾT Q TRÌNH C ĐÁ GRANÍT BẰNG LUGI CUA DIA KIM CUONG
3.1, Giới thiệu
Đề xẻ đá Granit, người ta thường đùng lưỡi cưa đĩa kim cương với chất liên kết Cornpozit kim loại Mó hình xẻ đá Granit với lưỡi cưa đĩa kim cương có thể xem là mô hình cắt với bẻ mặt lưỡi gián đoạn để tăng khả năng thoát phoi và giảm nhiệt tại bể mặt tiếp xúc
Mô hình hoá quá trình này là quá trình cát nhiều lưỡi cắt mà lưỡi cắt là những hạt kim cương Lý thuyết cát hạt cho phép xác định số hạt tham gia vào quá trình cất, chiêu đài cung tiếp xúc, lực cắt tế vị từng hạt và thiết lập cơng thức tính tốn các thông số đầu ra của quá trình xẻ đá là năng suất cát Q, lực cát P,, P„„ nhiệt độ sinh ra tại vùng cát 6 và tuổi bên kích thước của lưỡi cưa
3.2, Động học và động lực học quá trình cất a) Đặc tính mài mòn của lưỡi của đĩa kim cương
Độ mòn của lưỡi cưa đĩa kim cương là tất cả dạng mài mòn và phá vỡ của hệ hạt kim cương và chất liên kết
Tuổi bền kích thước của lưỡi cưa được hiểu là thời gian phá bỏng số bạt trong lớp kim cương của lưỡi cưa đĩa dưới tác động của lực cắt và nhiệt độ cát sinh
ra trong qué tinh cat Tuổi bền kích thước của lưỡi cưa đĩa được biểu điễn dưới
dang
Trang 11Trong d6:Ts - Tuổi bẻn của lưỡi cưa ứng với độ mòn 6 (gid/mm); N (5) - Số hạt Kim cương có trong chiếu dầy lớp kim cương ö; n- - Số hại kim cương tham sia quá
trình cát đồng thời; k - Hệ số tính đến sự tang số hạt cát dồng thời trong chủ kỳ T
do mài mòn hoá lý ; T,: Tuổi bên của nhóm hạt thứ ¡ và chất liên kết (giờ) b) Tuổi bên của hệ hạt kim cương và chất liên kết khi xẻ đá Granit
Tuổi bẻn của hệ hạt kim cương - chất liên kết dưới tác dộng đặc tính tải
trọng nhiệt dược xác dịnh bằng phương trình thực nghiệm gọi là độ bển hệ thống
Nhiệt cất và dic tính tải trọng nhiệt phát sinh do biến dạng của vật liệu gia cong va
hình thành vết nứt tế vi trong vùng cận phá huỷ có ảnh hưởng đến khả năng cát của lưỡi cưa Nó còn phụ thuộc vào khả năng làm mát và yếu tố công nghệ khác Ảnh hưởng của tải trọng nhiệt lên hệ hạt là quan trọng Ngoài ra, thời gian truyền nhiệt
và nhiệt cục bộ sinh ra biến dang vật liệu và nén ép tạo vết nút trong hệ hạt kim
cương và chất liên kết cũng ảnh hưởng đến quá trình mài mòn
€) Tải trọng động cửa hệ hạt kim cương và chất liên kết khi xẻ đá Granit
Tải trọng động tác dụng lên hệ hạt kim cương và chất liên kết trong mỗi
chu kỳ cát dược xác định bang giá trị lực cát tac dung lên mỗi hạt cát Nó được xác
định dựa trên cơ sở mỏ hình tính toán Mô hình này được xây đựng dựa trên bản
chất cất vật liệu cứng, giòn là quá trình tạo vết nứt tế vi trong vùng cận phá huỷ, lan truyền vết nứt và tạo phoi
Theo kết quả tính toán lực tác động trong quá trình cát tế vi của mỗi hạt có
Trang 12Hệ số ma sát - Py! | += gly jen gy, + cot gf, - = [cot go,1g8, - | te = Py b 5 (3.4) PL A Lo a | |- bái 2-+ cosy | i, 1 3.3 Phương pháp tính toán tuổi bền kích thước của lưỡi cưa
Cơ sở đề tính toán phương trình tuổi bẻn của lưỡi cưa dựa trén giá trị tuổi bên cho một nhóm hạt cát làm việc đồng thời T, , số hạt kim cương ứng với độ mòn 8 của lưỡi cưa N(Š) và số bạt kim cương tham gia cất đồng thời nọ Tuổi bên kích thước của lưỡi cưa được tính toán theo cong thức: 2 › _ 1 = 0,16~0,23 7T=0,48.107.R°w,(6 - f).N,V.B P "na nh xử PL, 7M , MỸU , (35) Đó mòn của lưỡi cưa được tính tốn theo cơng thức: FV 0,16240,23 017+0) -0/147 ở =20,75—: 7 PT ? B°aoN, 022027 1Ì _ga21(0277.|) 7 46) M P M,?U PK? af
Trong dé: M, = z)/R, - Hé s6 khong thit nguyén, dac trung cho tỉ số của độ hạt và bán kính của lưỡi cưa ; V = K,;K,C\R* - Hé số không thứ nguyên đặc trưng cho mẠt - độ bạt kim cương trên bề mặt làm việc của lưỡi cưa; K = ơyZ¿/pạ - Hệ số khóng thứ nguyên, đặc trưng cho vật liệu gia công ;
3.4 Độ mòn của dụng cụ kim cương trong xẻ đá graníf a) Cơ học của quá trình mòn
Để xây dựng mô hình toán học quá trình mòn khi cất vật liệu cứng, giòn ta xem vật liệu gia cône gồm hai pha: Hạt cứng (ví dụ hạt thạch anh (hạt quartz trong đá granit) và pha mềm Trơng quá trình cát hạt kừm cương trén bề mặt tiếp xúc tương tác với các hạt cứng của dá và bóc chúng đi bàng động năng Do va chạm
Trang 13-10-những hạt thạch anh có trong đá Granit lén hat kim cuong lam nguyên nhân gảy nén u hong hat kim cương
Giả sử rang hat kim cương phá hỏng khi số hư hỏng tích luỹ của nó đạt dến giá trị tiêu chuẩn Dựa trên cơ sở tổng hợp hư hỏng, ta có thể viết diễu kiện hư hỏng hạt kin cương như sau: DR =Re
Trong d5: R,- sé hu hong tao thanh do hat kim cuong tuong the với hạt cúng trong đá: R„r- Số hư hỏng giới bạn khi hạt kim cương phá hang (R,, = 0,24 - 0,36 ): n- Số tương tác của hạt kim cương với hạt cứng trong dá
b)Độ mon của hạt kim cương
Cường dộ mòn trung bình trên bề mặt tiếp xúc được tính theo công thức:
1=0.78 Ncne??/nS, 3.7
Trong đó: ny - Số hạt trưng bình trên diện tích tiếp xúc; [- Chiểu dày trung bình
của lượng mòn trên bể mặt tiếp xúc của dụng cụ ; + Ne- Số hạt cứng của đá Granit trên dơn vị chiều dài; 5, - Diện tích tiếp xúc (mm”).Giả sử ứng suất tiếp xúc của
kam cượng và hạt cứng là hàng số Ta có :
T= 0.78( No T/ Sq ns°? TyRep xexp[(E/ k X1 Tạ - /T) - c2 / g2 3.8) Trong đó : ơ„- Ứng suất tiếp xúc trung bình trên bể mặt tiếp xúc(kg/cm”); V- Thể
tích trung bình của hạt kim cuong(mm)) ; T - nhiệt độ (9 C).; K - Hằng số Bozoman;
E - Dong nang; E = [ kT, Ta/ (To - Ta} In(Ty/ RB, Ta); Ser - DO bén hat kim
cuong (Ke/mm*)
3.5.Tinh toan nang sudt cua va bé mat cat của lưỡi cưa
Số lượng hạt kim cương trên bẻ mat lưỡi cưa có ảnh hưởng đến năng suất cưa.Qui luật phân bố dộ cao của hạt so với mặt bằng của chất liên kết và khoảng
cách siữa các hạt là hai thông số quan trọng đặc trưng cho khả năng cát của lưỡi cưa Qui luật phân bố này là đại lượng đặc trưng cho profin cát dối với vật liệu sia
công Nó xác dịnh số hạt kim cương thực tham sïa trong quá trình cắt tế vi Nếu như hiểu rằng, chiều cao tham gia cát của mỗi hạt HQ lên bề mát gia công là nguyên nhân tạo nên lực cát hạt P, được biểu diễn bảng công thức
H,=F(P) Gy
P.=6 HH) (3.10)
Trang 14-11-S
Số hạt trên điện tích S được xác định bang cong thức: 1, = rE (3.12) |: khoảng cách trung bình giữa các hạt
Thay giá trị H, rừ phương trình (3.12) và (3.1 1) ta có: ¬ tra n = 1+ 2 fect] ] sx abs can Cc H.= [> F(R), the vio (3.13) ta có: H 1/d P Ÿ bề ải @.14) ?m Cc
Chiêu sâu cắt của hạt trong bể mạt gia cong phu thuộc đại lượng tạ và lực uén được biểu diễn bằng công thức: H2=H-t= | JDF(H)-t G.15) Diện tích cắt mỗi hạt là Sc, Diện tích cất tổng n Se= 3 Se ¿=1 Nang suất xẻ, tức là thể tích vật liệu dược bóc trong đơn vị thời gian, dược tính theo cóng thức Qu = S.V/1000 Qy - Nang suat cua (mm’/s) ;V - Téc do cdt IuGi cua (m/s) ; S, - Dién tích cắt (mm?) Theo kết quả phân tích năng suất của quá trình xẻ đá granít ta rút ra kết luận sau:
- Ảnh hưởng áp lực p; tỉ lệ tuyến tính với sự tàng nang suất cưa
- Tàng số lượng hạt trên bể mat lưỡi cưa thì khong anh bưởng đến nang SUẤI Cửa,
Trang 15-12-Nang suất xe tỉ l6 tuyến tính với vận tốc cát V theo công thức
Q„=S.V
Như thế, khi gia cóng vật liệu siêu cứng như đá graoíL bàng lưỡi cưa kim cương để đạt nàng suất cao bằng cách tang áp lực và vận tốc cái
3.6 Kết luận
1 Nang suất cất tỷ lệ thuận với vận tốc cát và diện tích cải thực của các hat S,, ma điện tích cất bạt tỉ lệ thuận với chiều cao cát H, mỗi hạt và áp lực Do vậy, tăng vận tốc cất và chọn đặc trưng lưỡi cưa (thóng thường chất Hén kết và độ hat) dé cho lưỡi cưa luôn làm việc ở chế độ ny mai sac thi nang cao nang sual CÁC
2 Nang cao tuổi bên của lưỡi cưa bàng cách lựa chọn đặc trưng dụng cụ cất sao cho độ bên của hệ hạt kim cương với tải trọng động và tải trọng nhiệt cao
CHƯƠNG 4
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Thực nghiệm nhân tố cho bài toán
Quá trình xẻ đá granít bàng lưỡi cưa dia kim cương là quá trình phúc tạp, phụ thuộc vào nhiều yêú tố như: vật liệu gia cong, tinh chat đặc trưng của dụng cụ kim cương (độ hạt, mật độ, chất liên kết, chế độ công nghệ (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cất, chế độ làm mát (áp suất, lưa lượng, thành phản dung dịch ) Hệ thống thông số đầu ra của quá mình xẻ đá là:
-Năng suất cất (Q,„): khả nang cát của lưỡi cưa được xác định bằng số diện tích sản phẩm xẻ được trong đơn vị thời gian , cm”/p , mm”/ca “Công thực tính
mang suat cua:
Qy = 10.8.1 (cm*/p) , (4.1)
- Độ mòn của lưỡi cưa theo hướng kính 5 (um) : trong quá trình cưa quá trình mòa lưỡi cưa bao gồm nhiều yêú tố như mòn dính, khuếch tán Trong đó mòn kích thước lưỡi cưa theo phương hướng kính đạc cho tuổi bên lưỡi cưa
-Tốc độ mòn của lưỡi cưa Q, (#m/giờ?: dặc trưng bàng lượng mòn trong đơn vị thời gian
-Tuổi bên của lưỡi cưa T(giờ.mẺ ): được đánh giá bằng thời gian làm việc của lưỡi cưa bay số điện tích san phẩm cất được trong thời gian làm việc của lưỡi cưa
- Lực cát pháp tuyến P; và tiếp tuyến P,, nhiệt độ của quá trình cắt, chất lượng bé mạt của tấm cưa là thông số đầu ra của quá trình cưa đá
Trang 16-13-Mô hình toán học dược thiet lap cho cde thong so ddu ra véi các thông số phu thuộc của dấu vào như chế độ cát, các dạc tính cơ bản của đá gia công và lưỡi
cua dia kim cương Tuy nhiên, trong siới hạn dể tài chỉ nghiên cứu sự phụ thuộc
giữa các tính chất cơ lý cửa vật liệu gia công dặc trưng bàng chỉ số độ bền nén và
dộ cứng tế vị (HV,) của dá sia công, độ cứng tế vị chất liệu liên kết (HV.) vào các
thông số dầu ra
Mô hình toán học chung dược biểu diễn theo công thức sau:
o= ð (HV,,HV,, ø,, V, S,L ) (4.2) 4.2 Chương trình máy tính cho thực nghiệm thỏng số
Chương trình này có thể dùng để phân tích các dạng thực nghiệm thông số sau:
-Thực nghiệm với nhiều thông số dầy dủ của chuối 2* hay 3", với a bát kỳ
phụ thuộc vào bộ nhớ máy tính tương thích
-Thực nghiệm với các thông số trùng hợp đầy đủ của chuỗi 2" hay 3° -Thực nghiệm với các thông số trùng hợp riêng phần của chuỗi 2° hay 3" khi bất kỳ tương tác là trùng hợp ít nhất một lần
-Thực nghiệm với các thông số không đối xứng 2? x 3 trong 6 khối đồ thị với 3 thí nghiệm lặp lại
-Thực nghiệm với các thông số không đối xứng 2? x 3 trong 4 khối đồ thị
với 4 thí nghiệm lặp lại
~Thực nghiệm với các thông số không đối xứng 2? x 3 trong 6 khối đồ thị
với 2 hoặc 4 thí nghiệm lặp lại
Chương trình này được dựa trên thuật toán Yates cho tất cả qui hoạch Đối với các chuỗi qui hoạch 3° các ảnh hưởng chính và các tiành phần tượng tác ở
dạng tuyến tính hoặc bậc 2 về sự tương tác của nó 4.3 Mô hình thực nghiệm
Trong nghiên cứu khoa học, khi không thể tiếp cận dối tượng nghiên cứu ta phải dùng mô hình nghiên cứu Mô hình máy cưa dược thiết kế bảo đảm yêu cầu
sau:
- Đảm bảo dộ cứng vững và khả nang làm việc như máy xẻ dá granít - Dãy thông số thiết kế phù hợp thông số công nghệ xẻ dá gtanít như Tốc dộ cát: 25 + 35 m/s:Lượng chạy đao: 3 + 7 mựp; Chiều sâu cát: ¡ + 7 mm,
Thiết bị do
Trang 17- Đo lực cất bàng bàn do lực dựa uén nguyên lý vòng mong dàn hối dưới tác dụng của lực vòng dàn hồi biến dạng, các cảm biến được gán ở các Vị trí thích hợp để nhận tín hiêu qua bộ khuếch đại và thiết bị phi,
Lực kế làm việc trong miền dàn hồi Do vậy, quan hệ giữa lực và biến dang là tuyến tính Phương trình có dạng: Y=aX+b (4.3)
Phương trình đặc tính nh của lực thẳng đúng P; và chỉ số dọc biển dạng: P; = 0.186 X+ 0,48 (Kg) (4.4) Phương trình đạc tính nh của lực ngang P, va chi số dọc biến dang:
P,=O0,6X+05 (Keg) (4.5)
Do cong suat bang bé diéu khiển chuyển động da chức nàng của động cơ không đồng bộ (UNI.1405) Nó được lắp vào động cơ chính để điều khiển vo cấp tốc độ động cơ theo đãy vận tốc cắt yêu cầu và do công suất tiêu thụ và công suất cắt
4.4 Mô hình tốn học
Mơ hình tốn học của tuổi bền dụng cụ cắt, lực cắt, công suất tiều thụ được xây đựng trong điều kiện làm việc cụ thể với tổ hợp loại đá đang gia công và nhiều yêú tố khác của lưỡi cưa đĩa kim cương (độ hạt, mật độ chất liên kết) và hình dạng hình học của lưỡi cưa đĩa (đường kính, chiều day và dạng rãnh) Ở đây có 5 yếu tố chính trong quy hoạch thực nghiệm vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cát, độ cứng tế vì của chất liên kết lưỡi cưa và độ cứng tế vi của đá granít được nghiên cứu
Mô hình toán học được biểu điển: Y =@ (HV,, HV,,-V, S, t) (4.6) Trong đó Y - thông số đầu ra của quá trình xẻ đá; @ - hàm số tương ứng, V,S, t- ché d6 cat; HV, , HV; - độ cứng tế vi của chất liên kết trong lưỡi cưa và của đá gia công
Phương trình (4.6) được viết đưới dang phi tuyến:
Y=C.V*.# @Vv/)" V,y (4.7)
Trường hợp nghiên cứu cho 1 loại vật liệu ứng với một loại lưỡi cưa, phương trình các thông số đầu ra có dạng:
Y=C.V*.sf,ự (4.8)
Trang 18-15-MO hinh cong suat: N= Cy V®.S "15 (HV) CHV.) (4.14) Mô hình độ nhám bẻ mặt: R„ = Cụ V*2, S35 ro (4.15)
4.6 S6 liéu thuc nghiém
Tiến hành thực nghiệm trên mô hình chế tạo với lưỡi cưa số 1 +50mm(Hàn Quốc), và lưỡi cưa số 2, ¿550mmn (Liên xô) với ấp lực nước là 0,3
XIPa, lưu lượng nước làm mát 180l/p
4.7 Kết quả thực nghiệm
Công suất: Xử lý kết quả thực nghiệm do công suất bằng chương trình hồi quy phi tuyến nhiều chiếu Ta có:
Khicátthuận N;=0,09878 V9, S9 1921 4W)
Khi cát nghịch: Nụ=0,05956.V92%, 98% 23 @cw)
Lực cất: Xử lý kết quả thực nghiệm do lực cất bằng chương trình hổi quy
phi myến nhiều chiều ta có
Khi cát thuận: Pvy= 6,63 WV°”, S”5,/2, p„.= 9/49, V9, S95 r09 OAD Khi cắt nghịch:Pv„= 4,42 V'9, S927 19%, P, = 0,60, V49, S921 4803 (0D,
Độ mòn: Xử lý kết quả thực nghiệm do độ mòn bằng chương trì.h hồi quy
phi tuyến nhiều chiểu ta có: Š = 0,013 V° „S9 192, V92, HV, %8 (um),
Tuổi bên: Xử lý kết quả thực nghiệm đo tuổi bên bằng chương trình hồi
quy phi ruyến nhiều chiểu tacó: = T=6,7.V'* 5°64? HV.°S HV, (giờ),
Độ bóng: Xử lý kết quả thực nghiệm do độ bóng bằng chương trình hồi
quy phi tuyến nhiều chiểu ta có: R; = 0.0006 V934 G925 40996, TrV +02 0006
(pm)
CHUONG 5
TOL UU HOA NANG SUẤT TRONG CONG NGHE GIA CONG DA GRANIT
5.1, Giới thiệu
Quá trình xẻ đá granit bảng lưỡi cưa kim cương thực chất là quá trình cát gián doan của lưỡi cua dia kim cương Để mô tả dầy dủ hệ thống quá trình xẻ đá ta
có các thông số dầu ra Qụ, Q,, T, Py, Pz, T°, Re
Trong đó:- Qụ - Nang suất xẻ (cm /p, m'/giờ); Q, - Tốc độ mòn dụng cụ (um/giờ, tam; T - Tuổi bên của dụng cụ (giờ, m°); Py, P; - Các thành phản lực cát (N); R, - Độ nhám bẻ mạt gia công (nm)
Trang 19-16-5.2, Ham toi uu _ Xác dịnh chế độ cát tới ưu cho quá trình xe đá dựa trên cơ sở mơ hình tối ưu hố Tiêu chuẩn tối ưu là các giá trị lớn nhất hay nhỏ nhất của hàm mục tiêu như
- Giá thành thấp nhất; - Nàng suấi cao nhất; - Lợi nhuận cao nhất
Để tối ưu hoá quá trình xẻ đá Granit, hàm mục tiêu thường sử dụng là hàm giá thành công nghệ đưới dạng tổng thành phần, mỗi thành phần được xác định từ chỉ phí gia công Giá thành công nghệ được biểu điễn trực tiếp qua các thóng số chế độ cất hay gián tiếp qua các hàm chứa các thông số chế độ cát Trong xẻ đá các chỉ tiên công nghệ thường dùng:
Năng suất bóc Q„, độ mòn dụng cụ Q, và tuổi bên T là điều kiện cần để cực tiều hàm mục tiêu chỉ phí gia công
5-3 Phân tích hàm mục tiêu và hàm ràng buộc
Hàm mục tiêu thường là năng suất xẻ Q„„ hay gi4 thành C Trường hợp ]: Hàm mục tiêu là năng xuất xế Qụ
Ham ràng buộc có dạng phương trình hay bất phương trình: $(1,V,S)< 4, Trong đó: ¢, - Giá trị thông số yêu cầu đã cho trước (R„„ô, T° .)
Hàm ràng buộc mô tả miễn giá trị V, S,t: Vưự < V < Vanes 3 Stam < S< S„„ Trong đó : kạ- Số ràue buộc của bài toán ;m - Số biến số của bài toán tối ưu
5 Khi Kạ<m : Dùng phương pháp nhân tử Lagrang
® Khi kạ> m : Bài toán quy hoạch tuyến tính hoặc phi tuyến
* Khike<m : Hàm ràng buộc có dạng phương trình hay bất phương trình Giải bàng phương pháp nhân tử La -grang Lap bam Lagrang
$ ¡=0 V,5)+^[R (,V, S) - Rz]
'Trong đó ^ - Nhân tử Lagrang
Trường hợp 2: Hàm mục tiêu là hàm giá thành cóng nghệ Tuyến tính hoá hàm mục tiêu ¿ „ và hàm ràng buộc bàng cách Logarit hoá và giải bài toán tối tru trone khong gian Logarit ham gid thành
Leeda,
i=l
Trong d6: Z, = Q'y + Zy = Qu - TY? 3 Zs = Q/Qu 3 Ze = P/Q
Vậy C= C/Qu + C2/Q„T + Cy Q/Qa + Cy P/Q, (A);
Trong d6: C,: Chi phí lương cóng nhân (đ/m”) ;C;: Giá thành sữa chữa lưỡi cưa ;C;: Giá thành cho Imm độ mòn xec màng theo hướng kính (d/mm);C„: Giá thành điện nang (d/Kw)
Trang 20
-17-S6 hang dau tién, C,/Qy, thé hién chi phí trẻn diện tích xẻ,
Số hạng thứ hai, C/Q,„T thể hiện chị phí lưỡi cưa,
Số hạng thứ ba, C; Q,/Q„ thể hiện chi phí độ mòn lưỡi cưa, Số hạng thứ rư, C, P„/Q, thể hiện chí phí diện năng
š.4 Tối ưu hoá năng suất và chất lượng trong xẻ đá granite bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm và qui hoạch tồn phương lặp
a) Mơ lành tốn học : Mơ hình toán học chưng thường được biểu diễn : Y=oV,5,0) (5.1) Trong đó : Y - Giá trị của hàm; ¿ - Ham sd vdi bién sé V, 8, t: Vy S t - Cac thong sỐ công nghệ Mô hình mổi bền, dưng cụ cắt : T=C,.v™ shi ope (5.2) Mô hình lực cắt : P=C,.V?_S?? 12 (5.3) Mô hình tiêu thụ công suất cắt : N=C,.V%.S% 8 (5.4) Mô hình độ nhám bề mặt : Rz=C,.V%.S™ ru (5.5)
Mô hình sai lệch tấm đá : A=C,.V%_.S% r8 (5.6)
Xử lý kết quả số liệu thực nghiệm vẻ tuổi bên của lưỡi cưa, lực pháp tuyến, lực tiếp tuyến, lực tổng hợp, công suất cắt, độ nhầm tám cưa khi cắt thuận và cất nghịch ta có kết quả sau : ` ;Mô hình tuổi bền của lưỡi cưa: T= 52346,8 V5 §-°% 1-9 (gig) (5) Mô hình lực cát : Lực cát tổng hợp khi cát thuận: Pr= 47,3 V92! $94 1922 (yy (5.8) Lực cát tổng hợp khi cát nghịch: Py = 47,3 V9 $7 1932 ayy (5.9) Mô hình công suất :
Công suất khi cất thuận : N:=0,0875 VI 992, 1922 1w) (5.10) Công suất khi cát nghịch : Ny = 0,031 V°%_ $93 t9 cụ) (5.11) Mô hình độ nhầm : Rzạ=0,04361 V944 S947 t996(.m) (5.12) b) Cơng thức tốn học của chạy dao đơn và chạy dao nhiều lần
Mơ hình tốn học dược xây dựng dể xác định chế độ cất tối tu của nguyên công xẻ đã granit với chạy dao một lần và chạy dao nhiều lần Hàm mục tiêu của mô hình là thời gian và phương pháp giải bài tốn là phương.pháp tồn
phương lập "
Thời gian gia công cho một lần chạy dao dơn:
- T¿=Tt + T + Tạ (VD (5.13)
Thời gian máy cho đơn vị chiều dài L chiều cao H với vận tốc V và lượng chạy dao S dược biểu diễn bàng: Tụ =L/S (5.14)
Trang 21-18-Phương trình tuổi bên dung cu cit: T=C, VS Py (5.15)
Thay thế (5.14) và (5.15) vào (5.13) ta có :
T,= weber — ; S, TC V*§Pim (5.16)
Trong nguyên công xẻ đá, mỗi lần cát được ký hiệu bằng chiên cao tương ứng H, chiều sâu cát L„ tốc độ cát V, và lượng chạy dao S„ Thời gian gia công tổng Cộng của mỗi tấm cho m lần chạy dao có thể biểu dién tương ứng:
T,=T, +¥T, pad sat ,| ret Ti 6-12
= oL T = (5.18)
Thetis Folie ots ot |
Nếu gọi Lọ chiều dài khối đá cần xẻ, L: chiều đài chạy dao, I: chiều dài thoát dao Ta có: l= /t,(D —t,) (5.19) L=L,+21 (5.20) Thay (5.20 va 5.19) vào (5.18) ta có: mL, +2,/t,(D—-t T,=T, + att TONS ANE Pg S, C,V#SPt" 20) Các quá trình ràng buộc
1/ Ràng buộc do đặc điểm động hoc cud mdy :
aJT6É độ cắt: V„ư <V,< VU, (5.22)
Trang 22-19-a/ Độ nhám bể mật: R.=C,V”.S #1 < [R¿] (5.29) b/ Độ sai lệch chiều đẩy A =C, V*, S5, P' < (A] (5.30)
Điều này dược xem xét như bài toán qui hoạch phi tuyến có ràng buộc Bai todn Pl: min f(x),x ¢ R*,f() ¢@R 6.31) Rang bude: s/Œœ) =0;j= ÌL2, 8L
gŒ) >0; j =m, + 1; .,m
XK, SX SX
c) Giai bai toán bằng qui hoạch toàn phương lặp
Cơ sở của phương pháp qui hoạch toàn phương lập là tạo ra xấp xi toàn
phương của hàn Lagrang : Lex, p) = ffx) +o” gtx) (5.32) BAi todn P,: min 1/2 dị By d+ Vf@x)” d Ràng buộc Vg (a) d+ 9%) =0;j=L m, Vgi (Xe) "+ g@) >0; j=m, + 1, m Xị-X < đ< Xo - Xe
Ở dây B„ là ma trận Hesian xấp xi xác định dương của hàm Lagrang của phương
trình (5.32) Nghiệm d trong bài toán P; là vectơ bước lặp mới Xy.¿=Xv+d
Ö dây k đạt dược từ dồ tìm bằng hằng hàm giá trị như hàm Lagrang đổi số Bài toán tối ưu hoá nhiều lần chạy dao với chiểu sâu cát tổng đã cho được
giải theo ba bước :
- Xác định số lần chạy dao gần đúng mạ xuất phát t từ diểu kiện công nghệ
Từ giá trị đó xác định giá trị số lần chạy dao m cho bài toán Sau đó làm tròn đến giá trị nguyên gần nhất là giới hạn trên và dưới của nó
Thời gian gia công cho mỗi dơn vị lát cát với số lần chạy dao mạ,
mạL
=T,+ > (1+ cvasnm) +m,T, (5.33) - X4c dinh m, V,S ,t bang giải chương trình phi tuyến
- Dat L,, U, | giới hạn trên và giới hạn dưới của-số làm tròn mạ Chạy chương trình phi tuyến với L„, Ứa và xác định chế độ cắt V,, S,, va b, Un
5.5 Tối mu hoá năng suất và chất lượng bằng phương pháp cực trị có diều
kiện `
Nang suất của quá trình xẻ dá được tính theo công thức:
Q„=10.S.t=600.V.h (5.34)
Trang 2320-Trong đó: S: lương chạy dao (m/p); t: Chiéu sau c&t (mm) ;V : Tốc d6 cat (m/s); h : Chiéu day phoi trương dương (mm); 7 : Đạc trưng cho khả nang cát của lưỡi cưa: Qy : Nang suat cưa (cm”/p)
Miền ràng buộc cho phép của thiết bị, dụng cụ chất hượng bề mật được thé hiện bảng hệ bất phương trình : [C SP? tư s Veer =b, CV" she s PJ =b Cv®# s r8 < [Py] =b, C,v™ she < IN] =b CV s8 g5 < [4] =b (5.35) CV SP %5 < [A) =b Vv < Và, =b s s Sm = by t <Š tex =b, Bài toán năng suất cao nhất được viết như sau: max Q ŒŠj, Ä¿, X„ )= max TCX, âu Xi +ây XÃ: + ayy Xs <b ay X, tay X,+4yX <b, Ag X † 8g X; + AeyX; <b, Trong đó: Q(X), X,, ., X,) - Ham tuyén tính , X@=1,2.3) &,=in V;X,=inS , X, = Int), ay Ñ= 1,2, 3; j = 1/2, .9)- Hệ số bất phương trình , b¡@= 1,2 9)- Hàng số vế phải bất phương trình Bài toán Max hàm Q(x) có ràng buộc được viết như sau : QOS") = max (C, X); R={X:AX<b}
'Vectơ thông số tối ưu có đạng : [X,, X; 4; ]T
Giá mị tối ưu: Vụ, =exp {X,] ; Sạ, =cxp {G); tụ =exp [) Bài toán cụ thể: Trên mô hình thực nghiệm
Ludi cưa Hàn quốc ò 450 mm, vật liệu: đá granit đỏ G1; công suất động cơ N= 22 KW, lực cát lớn nhất chọn từ điều kiện ứng suất lưỡi cưa không quá
10N/mm'
Trang 24-21-Chọn hệ số an toàn K = 0,3 ; [P] = 0.3 21195 = 6358 N Độ nham tim cua (R.] = 100 um
Bài tốn tơi ưu: MíaxQ=max l0.S.t Ràng buộc:
0,000312 $ 47.118 < 40 (điều kiên tuổi bền); -~ < 6358 (điều kiện lực cắt);
47,3 VOSS 047 (032 < 6358 (điều kiện lực cáo;
0.0875 V971 9035, (032 < 22 (diều kiện công suất); 0,031 VO% § 93 _ c0 < 2,2 (điểu kiện công suất); 0,04361 V9 90947 (096 $ 2,2 (diéu kiện nhấp nhô);
M <35 (điều kiện vận tốc); § <7 (điểu kiên lượng chạy dao); t <7 (điều kiện chiều sâu cắt) Đặt X,=lInV ; X;=ln§ ; X, = int Bài toán dược trình bày như sau: Max 10.X;.X; Rang budc: 0,0003 12 + 0,87X, + 1,13K, < 3,69 3,74 +0,31X, + 034%, + 0,32%, <875 3,86 + 0,55X, + 0,47X, + 0,32X, $875 244 +0,71X, + 034X, +0,32K; <079 -3,48 +0,36X, + 034% + 0,06X, $461 X, $< 3,69 X $ 1,95 % <195 Giải bài toán qui hoạch tuyến tính bằng phương pháp dơn hình ta có kết quả X.=3,46 ; X, = 1,84 ; X, = 1,6 Vay ché do cat tối ưu:
V" = Exp (3,64) = 31,82 m/s;S" = Exp (1,84) =6,29 m/p st" = Exp (1,16) = 3,18 mm Chọn chế độ cát tối ưu: V = 32m/s ; S = Ốm/p ;t= 3mm
5.6 Kết luận
Trang 25toán tối ưu trong cóng nghệ xẻ đá pranit bàng Judi cua dia kim cương với các hàm mục tiều khác nhan
- Giá thành cóng nghệ gia công nhỏ nhất
- Thời gian gia cóng nhỏ nhất - Nàng suất bóc cao nhất
KẾT LUẬN
Qua những nội dung đã trình bày, luận án dóng góp một phần vào việc làm sáng tỏ những luận cứ khoa học của quá trình cất vật liệu cứng, giòn và xây dựng cho bài toán tối ưu hoá năng suất trong cóng nghệ gia cóng đá granit để áp dựng
vào thực tiến Những nội dưng cơ bản của luận án đã thực hiện : 1- Phân loại các loại đá Granit ở Việt nam và thế giới
Phân tích tính chất cơ lý của đá Granit cho thấy các đá Granit ở Việt Nam có cường độ chịu nén tốt, độ mài mòn rất thấp, modun biến đạng trong khoảng 3,79
- 6,17 kg/cm” Các loại đá granit ở Việt nam đáp ứng yêu cầu vật liệu làm đá ốp lát 2- Nguiên cứu ảnh hưởng tính chất cơ lý các loại đá granit đến quá trình gia công Hệ số ảnh hưởng tính chất cơ lý của đá Granit đến vận tốc cát được đặc trưng bằng hệ số k„,
= [HV/HV,J* 5 V = Vo/Ky,
Trong đó: HV- Độ cứng tế vì đá gia céng (Ke/mm)HV,- DO cting tf vi dé thi nghiệm (g/mm°); V- Vận tốc cắt ứng với loại đá gia công (m/s);V; - Vận tốc cắt
ứng với loại đá thí nghiệm (m/s) ;2 - Hê số mũ (1 = 0,45)
3 Nghiên cứu cơ học cắt vật liệu cứng giòn bang dung cụ kim cương cho thấy ràng tính chất đạc trưng dung cu kim cương như mác kim cương, độ hạt, mật độ có ảnh hưởng đến khả năng cất, chiều sâu lớp mút tế vi và độ cao nhấp nhô tế vì R; cụ thể như sau:
+ Độ hạt càng lớn thì độ cao nhấp nhô tế vi R; và chiều sâu vết nứt tế vi
càng lớn và ngược lại
+ Độ hat kim cương 400/315 (250/200) đùng cho gia công thô đá granit + Độ hạt 100/80, 40/28, 50/40 dùng gia công bán tỉnh hoặc gia công tình Qua nghiên cứu dạc tính dụng cụ kim cương và kết quả kiểm tra cơ tính
chất liên kết lưỡi cưa cho thấy
Trang 26+ Da granit 18 loai vat liéu siéu cimg cho nén chất liên kết kim loại để cho xẻ đá granit là loại chat liên kết mềm hoặc trung bình
+ Độ hạt kim cương thường dùng để xẻ đá gra nit 1A loại 1250/800 + Mat dé 50 hay 100
+ Ảnh hưởng của độ cứng chất liên kết đến vận tốc cát dược đặc trưng bang hé sd Kp
Koo = [HV/HV,) 5 V = Vo/ Koc
Trong d6:HV- DO cting té vi chat lién két ca luGi cua (Ke/mm’) ;HV,- DO cing 1 vị chất hiên kết của lưỡi cua thf nghiém (Kg/mm*) ;V- Van t6c cat ứng với lưỡi cưa (m/s) ;Vạ- Vận tốc cất ứng với lưỡi cưa thí nghiệm (m/S);r|- Hệ số mũ ; @=0/75)
4 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình xẻ đá sramit bằng luỡi cưa đĩa kim cương cho thấy :
+ Năng suất cát tỷ lệ thuận với vận tốc cất và điện tích cát thực của các hạt Šc,mà diện tích cát hạt tỷ lệ thuận chiểu cao cát Hẹ mỗi hạt và áp lực tác dụng lên môi hạt Do vậy, tăng vận tốc cát và chọn đặc trưng lưỡi cưa (thông thường chất liên kết và độ hạo để cho lưỡi cưa luôn làm việc ở chế độ tự mài sắc có khả năng nâng cao năng suất cất
+ Nàng cao mổi bẻn của lưỡi cưa bằng cách chọn đạc trưng dụng cụ cất sao cho độ bẻn của hệ hạt kim cương có tải trọng động và tải trọng nhiệt cao
5 Xử lý chương trình hồi quy phi tuyến nhiều chiều của các mô hình công suất cắt, lực cát, dé bén cho thấy:
+ Công suất cát khi cắt thuận lớn hơn công suất khi cắt nghịch + Thành phần lực cắt khi cắt thuận lớn hơn khi cắt nghịch
+ Ảnh hưởng vận tốc cát đến công suất cát và lực cắt lớn hơn ảnh hưởng
của lượng chạy dao
6 Một số chế độ cát tối ưu cho các loại dé thử nghiệm “Tốc độ cát : 30 - 32 m/s,
Luong chay dao : 6 mựp,
Chiểu sâu cát — : 2 - 3 mm cho mẫu đá G, (màu đỏ) Năng suất cát : 180 cm*/p cho mẫu đá G, (màu đỏ)
Tuy nhiên giá trị thông số chế độ cát tối ưu và giá trị năng suất tối ưu phụ thuộc vào diều kiện cụ thể máy, lưỡi cưa, vật liệu
Trang 27-24-DANH MUC CAC CONG TRINH NGHIEN CÚU DA DUGC CONG BO CUA TAC GIA CO LIEN QUAN DEN LUAN AN
{I] Nguyễn Thế Đạt, Trần Van Dich, Nguyén Van Trung Toi ưu
hoá năng suất và chất lượng trong xé da granit bang phuong pháp qui hoạch thực nghiệm và qui hoạch toàn phương lặp Tuyển tập công trình nghiên cứu ;
_ khoa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội,1994 (2] Nguyễn Thể Đạt, Trần Văn Địch, Nguyễn Văn Trung Cơ học quá trình xẻ đá sramit bảng lưỡi cưa dĩa kim cương Tuyển tập báo cáo hội
nghị cơ học lần thứ VI,1997 quyển 2
[3] Nguyễn Thế Đạt, Trần Văn Địch, Nguyễn Văn Trung Dé mon của ludi cua dia kim cuong trong xé dé granit Tuyén tip báo cáo hội nghi co
học lần thứ VT,1997 quyền 2 +
_
[4] Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Văn Trung Nghiên cứu độ ổn dink
của lưỡi cưa đĩa kim cương Tí 2 chí công nghiệp nặng tháng 5 nam 1998 [5] Nguyễn Thế Đạt, Trần Văn Địch, Nguyễn Văn Trưng Tối ưu
hoá chế dộ cát khi gia công đá bang dung cu kim cương Tạp chí kho: học -