Скалорезныи агрегат предназначен для вырезания блоков (траншей) в скальных грунтах (рис. 42) и создан на базе трактора Т-100М. На задней части трактора установлена рама, на которой укреплены четыре направляющие колонны для подъема режущего устройства. Привод режущих элементов осуществляется от вала отбора мощности трактора. Рабочий орган машины имеет несколько скоростей. Новая модификация агрегата позволяет получать одновременно две вертикальные и одну горизонтальную щель в скальном грунте.

Мерзлые грунты можно разрабатывать также врубовой машиной (рис. 43). Врубовую машину при этом устанавливают «на ребро» на лыжах и с помощью тяговой лебедки и троса, укрепленного на анкерном столбе, перемещают по направлению резания. Порядок производства работ следующий: на противоположных по диагонали углах контура котлована устанавливаются анкерные столбы; за них закрепляется трос лебедки врубовой машины и прорезаются четыре щели по контуру котлована; продольные и поперечные щели прорезаются по площади котлована челночным способом (после прохода в один конец машина прорезает щель обратным ходом в противоположном направлении); с помощью бульдозера нарезанные куски грунта отрывают от массива и автокраном грузят на транспортные средства.

Стоимость нарезки врубовой машиной продольных и поперечных щелей для траншей шириной 1 м при глубине промерзания грунта 1,8 м с выемкой автокраном грузоподъемностью 3 т составляет 0,85 руб. за 1 м3, производительность одной машины — около 10 м3 в смену.

Рис. 42. Двухбаровый скалорезный агрегат:
I — рабочий орган; 2 — редуктор бара; 3 — штыбо-отбрасыватель; 4 — коробка отбора мощности; 5 — ресивер; 6 — распределитель; 7 — гидроцилиндры; В — отвал.

Производительность машины повышается при увеличении ее скорости vn и уменьшении числа вырезанных щелей п, что возможно при нарезании продольных щелей при незначительном промерзании грунта и при использовании гидроска-лывателей — при глубоком.

Для резания естественных строительных материалов, грунтов, известняков, ракушечников и т. д. применяются различные виды рабочих органов камнерезных машин.

Рис. 43. Схема работе врубовой машины КМП-2 на мерзлоте

Режущим инструментом камнерезных машин служат дисковые пилы, кольцевые и торцовые фрезы, виброфрезы, алмазные диски и др. Так как скорости резания дисковых, кольцевых и алмазных пил достигают значительных величин, (от 15 до 40 м/с), их можно отнести к машинам с высокоскоростными рабочими органами.

Конструкции дисковых пил бывают различными. Они состоят из сплошного металлического диска и закрепленных на нем резцов (рис. 44). Диски рассчитываются на устойчивость и действие критической силы, при которой происходит выпучивание диска, с коэффициентом запаса- k3 = 4 +• 5.

Кольцевые фрезы состоят из неподвижного диска, жестко укрепленного на раме камнерезной машины. По наружному диаметру этого диска с помощью зубчатого зацепления вращается кольцо, в зубьях которого просверлены отверстия для установки резцов (рис. 45).

В настоящее время на камнерезных машинах применяются резцы трех видов: копьевидные, лопаточные, полукруглые и типа ГК, из которых наиболее эффективны последние. Разработано пять типоразмеров твердосплавных пластин, соответствующих типажу существующих дисковых пил. Наиболее надежны в.работе резцы камнерезных машин, армированные пластинами из сплава ВК6. При этом обработка твердосплавного инструмента камнерезных машин синтетическими алмазами уменьшает износ резцов на 15%.

Рис. 44. Дисковая пила:
1 — ступица; 2 — диск; 3 — резец.

Рис. 45. Кольцевая фреза конструкции А. М. Столярова:
1 — диск; 2 — резцедержатель; 3 — резец; 4 — основной диск.

Существенным показателем работы таких рабочих органов является ограничение биения резцов величиной подачи на один резец.

Использование алмазных дисков для обработки естественных камней целесообразно только для получения поверхностей высокого качества.

К высокоскоростным рабочим органам следует отнести дисковые рабочие органы, армированные абразивом, синтетическими и естественными алмазами. Такие рабочие органы допускают скорости до 60— 80 м/с.

При абразивном резании инструмент состоит из металлического диска, на поверхность которого с помощью бакелитовой связки нанесена абразивная масса. Толщина слоя абразивного материала в радиальном направлении составляет 10—12 мм, по бокам диска — 5— 6 мм. Абразивная масса состоит из карборундового или электрокорундового шлифовального зерна и шлифовального порошка, спрессованных в специальной пресс-форме. Кроме жидкого бакелита в массу добавляется алебастр. В последнее время для резания облицовочных материалов применяются не только естественные (0,5—1,5 карата), но и искусственные алмазы. Для устранения растрескивания алмазов при нагревании (в связи с их малой теплопроводностью) обычно пре-. дусматривается водяное охлаждение. Однако оснащение камнерезных машин дисковым инструментом с искусственной алмазной режущей кромкой без подвода охлаждающей жидкости дает огромный эффект по сравнению с существующими дисковыми рабочими органами.

В КИСИ предложена конструкция многослойных сегментных алмазных дисков, отличающаяся от серийных значительно меньшей температурой в зоне резания, уменьшением поперечных колебаний диска и уровня звукового давления. На основании анализа процесса динамического разрушения грунта рассмотрим условия взаимодействия сплошного диска с разрезаемой средой. Для этого представим работу диска, вращающегося с угловой скоростью со и перемещающегося со скоростью ип, в зависимости от силы сопротивления среды. Из треугольника BOD получим (рис. 46).

Рис. 47. Фрезерный бар:
а — конструкция; б — схема работы; 1 — фрезы; 2 — пустотелый корпус; 3 — вал фрезы; 4 — муфты; 5 — воздухопровод; 6 — рама; 7,8 — поворотное устройство; 9 — каналы для подачи воздуха.

В Одесском инженерно-строительном институте разработаны проекты камнерезных машин ЗМ-247 и К-50/1 с рабочими органами — вибробарами.

Вибробар выполнен в виде пустотелой жесткой плоской пилы, состоящей из двух стальных щек. Режущая часть представляет собой гребенку с резцами из пластинок твердого сплава, между которыми находятся отсасывающие каналы. Привод сообщает вибробару возвратно-поступательное движение с частотой 1400 колебаний в минуту и амплитудой 15 мм.

Рис. 48. Торцовая фрезерная пила конструкции ОИСИ:
1 — фреза; 2 — штанга; 3 — муфты; 4, 6 — воздуховоды; 5 — редуктор; 7 — корпус.

Применение вибробара дает хорошие результаты и по динамике процесса резания известняков прочностью до 5 МПа, и по отбору и транспортированию пневмотранспортом продуктов разрушения на расстояние до 10 м, и по обеспыливанию воздуха забоя (запыленность— до 8 мг/м3).

Двухсторонняя режущая кромка фрезерного бара состоит из ступенчато расположенных фрез, насаженных на штанги разной длины (рис. 47). Фрезы армированы зубьями из твердого сплава ВК.6. Расположение зубьев по двухзаходной спирали обеспечивает полублокированную схему резания камня. Штанги фрез заключены в полый корпус, соединенный с пневмоотсасывающей установкой.

Вибробар и фрезерный бар механизируют две операции при добыче штучных блоков — производство пропилов и транспортирование продуктов пиления. Коэффициент механизации может достигать при этом 60%.

Торцовая фрезерная пила (рис. 48) позволяет устранить недостатки перечисленных ранее устройств для распиливания известняков, комплексно механизировать процесс, удаление продуктов пиления, снятие выпиленных камней.

Режуще-съемное обеспыливающее устройство состоит из штанг, заключенных в кожух, с фрезами, которые приводятся во вращение зубчатым редуктором. Благодаря разрежению, создаваемому вентилятором, штыб удаляется непосредственно из пропила. Это дает возможность делать штыковые пропилы с последующим снятием камня, отрезанного другим инструментом с тыльной стороны.

Ввод в работу одновременно нескольких торцовых фрезерных пил, объединенных в режущую головку и производящих последовательные серии штыковых вертикальных и горизонтальных пропилов, позволяет перейти к новой прогрессивной технологии вырезки блоков пакетами.

Киевским СКБ «Строймашина» совместно с Одесским инженерно-строительным институтом разработана конструкция обеспыливающего камнерезно-уборочного комбайна К-50/2 с торцовыми фрезерными пилами.

Конструкция режущего органа камнерезной машины выбирается в зависимости от прочности камня. При прочности камня до 8 МПа целесообразно применять машины с цепным режущим органом, при прочности камня до 30 МПа — машины с дисковыми рабочими органами, свыше 30—50 МПа — с кольцевыми фрезами.

Для определения силовых и энергетических показателей процесса резания камней с пневмоотсосом продуктов разрушения Г. С. Белору-совым и В. А. Лобановым рассмотрены схемы сил, приложенных к резцам, и составлены уравнения, в которых неизвестной величиной является усилие резания острым резцом.

Резец рассматривается как штамп, внедряемый в известняк под действием полной силы резания.

Угол наклона поверхности разрушения к поверхности массива 9 в первом, приближении для данной породы — величина постоянная. Поэтому дисперсность продуктов резания определяется как функция толщины среза. Последняя зависимость справедлива для прямоугольного штампа, внедряемого перпендикулярно к его передней стенке.

Скорость разрушения известняка при сдвиге — величина постоянная для данных гидротермических условий. Следовательно, усилия резания линейно возрастают с увеличением скорости резания. Этот вывод хорошо согласуется с опытными данными по резанию известняков. Обработка этих данных позволила установить скорость разрушения, которая для известняков прочностью до 130 даН/см2 составляет в среднем 4,8 м/с.

Для определения усилий резания и подачи многорезцовых исполнительных органов камнерезных машин, работающих по принципу строгания или фрезерования, в каждом случае составляется кинематическая схема работы инструмента и уравнения движения режущей кромки. Такой кинематический анализ позволяет определить неизвестные параметры b и 5.