Горно-режущий инструмент для шахт в настоящее время представлен, главным образом, тангенциальными поворотными резцами, используемыми на проходческих и очистных комбайнах для разрушения нетронутого породного массива и превращения его в поток отдельностей на земную поверхность (рис.1).

Рисунок 1 – Исполнительные органы очистного (слева) и проходческого (справа)  комбайнов, оснащенные резцами

В процессе использования резцы изнашиваются и заменяются новыми. Скорость износа определяется соотношением прочности металла и породного массива. Одна шахта годовой мощностью 6-7 млн. т  потребляет 15-20 тысяч резцов за год, расходуя на их приобретение 5-8 млн. руб. В 2013 году в Российской Федерации было добыто 352 млн.т угля, из них подземным способом 101 млн.т [ 1]. Около 80 % подземной угледобычи России производится в Кузбассе. Ежегодно в шахты Кузбасса спускается порядка 200-250 тысяч резцов. Основными производителями и поставщиками резцов в шахты России являются машиностроительные заводы городов Новокузнецка, Юрги, Копейска, а также зарубежные фирмы-изготовители: Kennametal, Sandnik, Betek [ 2-6].

На рис. 2 представлен жизненный цикл комбайновых резцов на примере шахтного проходческого комбайна КП-21.

Рисунок 2 – Жизненный цикл комбайновых резцов

Для того чтобы шахта получила партию из 100 резцов  для КП-21 (масса одного резца составляет 1 кг) машиностроительный завод закупает на металлургическом комбинате 160 кг прутковой высокопрочной стали. В процессе вытачивания резцов отходы стали составляют порядка 60 кг  или 37 %. Кроме того на токарном резце изнашиваются и уходят в отходы 3-4 сменные твердосплавные пластины.

После изготовления  партия резцов закупается шахтой для последующей передачи на шахтный комбайн (очистной или проходческий). Поступившие на комбайн 100 резцов, по мере износа отработанных, устанавливаются на рабочий орган комбайна и осуществляют разрушение массива в забое. Различие горно-геологических и горнотехнических условий при проведении горных выработок и ведении очистных работ определяет различный расход резцов при их эксплуатации на разных комбайнах. Ежесуточный расход резцов может изменяться  в пределах от 6-8 штук при отбойке угля и до 100-150 штук при использовании в сверхтяжелых условиях, например при отработке прочных песчаников с коэффициентом крепости по проф.М.М.Протодьяконову  f=8-10).

В соответствии с инструкциями по технической эксплуатации резец на комбайне используется до стадии износа твердосплавного элемента, после чего подлежит снятию с исполнительного органа и замене новым резцом. Участок размещения твердосплавного элемента  составляет 15-20 % от массы и длины всей державки. Изношенный резец после снятия никак не восстанавливается по причине отсутствия надлежащих технологий,  а просто выбрасывается.  Попытки сбора резцов шахтами и передачи на переплавку не находят интереса у металлургов вследствие малых объемов металла  и больших транспортных издержек [ 7 ].

Таким образом, лишь  20-30 кг металла  резцов, поступивших на комбайн, используется продуктивно для отбойки горной массы, а оставшиеся после износа 70-80 кг металла поступают в отходы и попросту выбрасываются в забое. Около 5-8 % (а нередко и до 20-25%) резцов теряются вследствие ненадежного крепления. Суммарные отходы металла в  процессах «резцеизготовление-резцепользование» при нынешнем положении дела достигают 80-90%, что свидетельствует о недопустимо низком  уровне ресурсоэффективности в цепи «горное машиностроение-угледобыча» [ 8 ].

Методика исследований

Изучение степени и характера износа резцов шахтных комбайнов проводилось в шахтах Кузбасса и лабораториях Томского политехнического университета. Были обследованы более 15 шахт, исследованы более 1000 резцов, как российских, так и зарубежных поставщиков. На рис. 3 показана динамика степени износа резцов на проходческом комбайне КП-21 в ООО «Шахта Байкаимская» в сентябре 2011г.

Рисунок  3 – Динамика состояний резца в процессе эксплуатации на проходческом комбайне

Крайним слева показан резец в начале эксплуатации при установке на корону комбайна. По мере отбойки горной массы происходит износ твердосплавной вставки и корпуса резца вокруг нее. Состояние твердосплавного элемента перед полным выходом его из строя зафиксировано  на втором резце слева. Третий образец отражает состояние резца в момент утраты твердосплавной армировки. Четвертым резцом показано, что происходит с головкой без армировки при дальнейшей ее эксплуатации. Пятый образец характеризует состояние резца в момент снятия его с короны.

По результатам промышленных испытаний резцов фирмой «Горный инструмент» в очистных забоях шахт Кузбасса получены данные о причинах отказа этих резцов(табл. 1)[ 9].

Таблица 1

Удельный вес видов отказа резцов РШ

Согласно этим экспериментальным результатам, лишь 27 % резцов РШ вырабатывают свой ресурс полностью, перенося его на отбиваемую горную массу. Почти 50% резцов выходят из строя преждевременно, не окупаясь, а 25% – теряются и несут шахтам прямые убытки.

С целью снижения металлоемкости и повышения ресурсоэффективности процесса резцепользования была предложена конструкция резца РЕМ (резец многоразовый), позволяющая использовать державку несколько раз при условии обновления твердосплавного наконечника (армировки) [10]. Для этого была разработана головка со сменной рабочей частью, обеспечивающая быструю замену изношенной детали и возможность применения изделия повторно (рис.  4).

Рисунок 4 – Конструкция многоразового резца со сменной рабочей частью головки

Резец состоит из державки 1 с проточкой 2, головки 3 в виде тела вращения и наконечник 4 из твердосплавного материала. Головка 3 имеет сменную рабочую часть 5, на одном конце которой установлен наконечник, а на противоположном конце выполнен осевой выступ 6. В головке 3 имеется гнездо 7 для размещения осевого выступа 6. На противоположном головке конце державки просверлены отверстия 8, которые служат для установки шплинтов и предотвращения выпадения резца из резцедержателя.

При разработке были решены вопросы формы сменной головки, возможностей крепления ее к резцу, установления оптимальных параметров, исключения самопроизвольного выпадения и т.д.

Результаты испытаний

Испытания резцов многоразового применения были проведены в трех шахтах Кузбасса: «Шахта №12» (г.Киселевск), шахта «Осинниковская» (г.Осинники), шахта «Первомайская» (г.Березовский). Вопреки представлениям о неизбежной быстрой поломке резцов с такой головкой новый инструмент демонстрировал целостность в течение длительных сроков испытаний, как по углю, так и по породам средней крепости. В шахте «Первомайская» разработанные резцы были использованы на комбайне КСП-35 при проведении выработки комбайном по пласту  с присечкой 70% породы, представленной песчаником крепостью f = 10-11 по шкале проф.М.М.Протодьяконова. Даже в таких тяжелых условиях сменные части головок не поломались, не выпали, а служили  до полного износа. Резцы закупаемой марки РС в тот период меняли по 50 штук в смену. Скорость износа головки испытываемого резца РЕМИ при проведении выработки площадью сечения S = 17м² в этих тяжелых горно-геологических условиях представлена на графиках (рис. 5).

Кривая 1 описывает уменьшение длины головки резца с начальных 70 мм, а кривая 2 – показывает суммарный износ головки в процентах нарастающим итогом. Состояние резцов оценивалось по истечении одной (6 часов), двух (12 часов) и трех (18 часов) смен эксплуатации. Из анализа графиков понятно, что продолжительность эксплуатации многоразового резца для возможности его повторного использования в этих условиях.

Рисунок 5 – Скорость износа головки многоразового резца РЕМ

должна составлять порядка 3 смен. Состояние резца после снятия с комбайна  показано на фото (рис. 6).

Рисунок 6 –  Многоразовый резец после эксплуатации на комбайне КСП-35

Сверху видна изношенная сменная часть головки. Ее замена сделала возможным дальнейшую эксплуатацию резца по второму циклу, третьему и т.д. Всего контрольные резцы выдержали 9 циклов эксплуатации, что не является их пределом.  По оценке бригадира  проходчиков, при более внимательном контроле со стороны всех машинистов комбайна и своевременном обновлении головок резцы могли бы использоваться еще несколько  циклов. Расчеты показывают, что переход на оснащение комбайна таким изделием обеспечивает снижение уровня отходности металла в процессе «резцеизготовление-резцепользование» с нынешних 80–90 % до 18 % при пяти циклах  и до 9 % – при десяти циклах использования резца.

Заключение

Сложившиеся технологии производства и эксплуатации  резцов на шахтных комбайнах характеризуются высоким уровнем металлоемкости. Отходы металла в производственной цепи «изготовление-использование» резцов достигают 80-90%, что является расточительным с позиций современных требований к ресурсоэффективности промышленности. Разработанная конструкция резца со сменной рабочей частью головки существенно снижает уровень отходности металла (в 10 раз и более) в рассматриваемых процессах. Рентабельность затрат на предлагаемые резцы превышает 900 %. Разработанный горно-режущий инструмент помимо шахт  может быть выгодным для применения на комбайнах по строительству тоннелей, фрезерованию грунта в карьерах [11], по  ремонту дорожного полотна [12] и аналогичных машинах.

Как правило, продавцы компьютерных товаров предлагают своим покупателям компромисс – взять компьютер в рассрочку, то есть оплачивать небольшими суммами ежемесячно в течение года-двух, но конечно же
это не выгодно, так как общая стоимость рассрочки может быть намного дороже первоначальной стоимости. Другим решением служат так называемые «компьютеры в сборе» или системные блоки, но и здесь отсутствует выгода, так как стоимость компонентов в сборе выходит намного дороже, чем покупка их по отдельности.

Статей аналогичных данной по теме исследования найдёно не было, но существует несколько интернет-блогов со схожей тематикой. К примеру, «Выбор наилучшего настольного компьютера»¹ от Сергея Перевозчикова или «Как собрать компьютер самостоятельно»² за авторством Владислава Челпаченко.

Именно покупка компьютерных комплектующих по отдельности и самостоятельный сбор настольного компьютера считается наиболее выгодным. Хотя и здесь может возникнуть проблема, так как сначала пользователю нужно определиться – для чего использовать компьютер, ведь это непременно отразиться на его стоимости. Так, для сёрфинга в интернете, просмотра фильмов, работы с документами и запуска не требовательных игр хватит компьютера стоимостью 150-400 $. Если пользователю компьютер требуется для видеомонтажа или профессионального программирования (создание коммерческих продуктов, решение сложных математических задач), то такая сборка обойдётся уже в 500-600 $. Ну, а если компьютер необходим для 3D-моделирования или запуска современных игр, то такая сборка может обойтись минимум в 900 $. А с учётом стоимости мыши, клавиатуры и монитора компьютер станет дороже на 100-200 $.

Исследование направлено на то, чтобы собрать недорогой настольный компьютер, который будет выполнять все требуемые функции, а также произвести сравнительный анализ его стоимости в интернет-магазинах со стоимостью такого компьютера в сборе в местном магазине компьютерной техники.

Рассмотрим вариант сборки настольного компьютера по комплектующим, проанализировав его стоимость в пяти различных интернет-магазинах.

Покупка комплектующих осуществляется в следующем порядке: Корпус – Блок питания – Материнская плата – Процессор – Система охлаждения процессора – Оперативная память – Видеокарта и компьютерная периферия. Именно в таком порядке, так как между комплектующими компьютера необходимо учитывать совместимость.

Для анализа стоимости компьютерных комплектующих были выбраны: интернет-магазины с доставкой по России – DNS-SHOP.RU³, XCOM-SHOP.RU⁴, JUST.RU⁵, ULMART.RU⁶ и ARPLUS.RU⁷.

Проанализированы цены на системные блоки настольных компьютеров, которые могли бы удовлетворить большинство требований современного пользователя, и при этом их стоимость не превышала бы 800 $. Выбор пал на DEXP Mars E106 из магазина DNS-SHOP.RU, его стоимость составляла 44 499 руб. на 25.04.16. Та как на сайте отсутствовала точная конфигурация, на основе его описания в пяти магазинах были собраны аналогичные по производительности сборки системного блока. Для аналога были использованы следующие комплектующие:

1. Корпус – Zalman T3 форм фактора mATX.
2. Блок питания – AeroCool VX400 мощности 400W.
3. Материнская плата – ASRock H81M-VG4 R2.0 формата mATX с сокетом LGA1150.
   
4. Процессор – Intel Core i5-4460 BOX с четырьмя ядрами на частоте 3.2Ghz с заводским кулером в комплекте.
5. Оперативная память – Crucial CT51264BA160B с объёмом памяти 4Gb и частотой 1600 МГц.
6. Видеокарта – Palit GeForce GT 730 с частотой 902Mhz и объёмом память 1Gb.
   
7. Жёсткий диск – Toshiba [DT01ACA100] объёмом 1Tb.
8. Оптический привод – LG GH24NSD0 Black.

Для Сборки на каждом сайте по возможности были выбраны именно перечисленные выше комплектующие, при их отсутствии были подобраны ближайшие аналоги. Так, стоимость сборки на DNS-SHOP.RU обойдётся пользователю в 40 518 руб., что на четыре тысячи дешевле, чем системный блок в сборе в этом же магазине. В ARPLUS.RU системный блок со всеми комплектующими будет стоить 34 270 руб. с доставкой. На XCOM-SHOP.RU с учётом доставки сумма составит 33 370 руб. с учётом цены за доставку. Совсем другая стоимость представлена на ULMART.RU, где она составила всего 31 727 с доставкой. Самая наименьшая сумма оказалась в интернет-магазине JUST.RU – 29 289 с учётом доставки (см. рис. 1, 2).

Рисунок 1. Сводная таблица стоимости системного блока.

Рисунок 2. Сравнительная гистограмма стоимости системного блока.

Так же, для полной комплектации настольного ПК были выбраны следующие сопутствующие компоненты:

1. Монитор – Philips 223V5LSB2 с диагональю 21,5″ и типом матрицы TFT.
2. Клавиатура – Sven Standard 303 Power Black, 104 клавиши и тип подключения USB / PS/2.
3. Мышь – Sven RX-150 с разрешением сенсора 800 dpi и тремя кнопками.

Их стоимость в выбранных интернет - магазинах составила соответственно:

1. DNS-SHOP.RU – 8 290 руб.
2. ARSPLUS.RU – 8 034 руб. с учётом доставки.
3. XCOM-SHOP.RU – 8 070 руб. с учётом доставки.
4. ULMART.RU – 8 110 руб. с учётом доставки.
5. JUST.RU – 7 377 руб. с учётом доставки.

Их стоимости в отличие от комплектующих не сильно различались, лишь на JUST.RU оказалась наименьшая сумма (см. рис. 3, 4).

Рисунок 3. Сводная таблица стоимости сопутствующих компонентов.

Рисунок 4. Сравнительная гистограмма стоимости сопутствующих компонентов.

Проанализировав общую стоимость настольного компьютера (см. рис. 5, 6), видно, что, во-первых, наблюдается резкое повышение цен на выбранные комплектующие в ЕАО в среднем на 8 354 руб., а также, что стоимость системного блока в сборе дороже, чем отдельными компонентами на 3 981 руб.

Рисунок 5. Сводная таблица общей стоимости настольного компьютера.

Рисунок 6. Сравнительная гистограмма общей стоимости настольного компьютера.

Во-вторых, цены на сопутствующие компоненты настольного компьютера не сильно разнятся и находятся в одном ценовом пределе. В итоге, можно с уверенность сказать, что даже с учётом доставки сборка по компонентам в интернет-магазине JUST.RU обойдётся пользователю на 12 142 руб. дешевле, чем покупка в сборе в DNS-SHOP.RU.