WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ЧУПРОВ Игорь Валерьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МОЛОТОВ С ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ДРОБЛЕНИИ НЕГАБАРИТОВ

Специальность 05.05.06 Горные машины

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург

2006

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор Саитов

Виль Ирхужеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Ляпцев

Сергей Андреевич

кандидат технических наук Табарин

Александр Дмитриевич

Ведущая организация – ОАО «Научно-технический центр «Научно-исследовательский проектный институт открытых горных работ»

Защита состоится «____»_____________ 2006 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «_____ » _______________ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Хазин М. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Повышение эффективности производства и конкурентоспособности товарной продукции горнодобывающих предприятий с одновременным снижением давления на окружающую среду являются важнейшими проблемами для большинства горнодобывающих предприятий. Опыт разработки скальных горных пород при ведении горных работ показывает, что даже при применении прогрессивных способов ведения буровзрывных работ не удается полностью исключить выход крупной фракции (негабаритов). Процент выхода негабаритов от взорванной массы в зависимости от горно-геологических условий может изменяться от 2…3 до 15…20 процентов. Попадание негабаритного куска в приемную щель головной дробилки сопряжено с остановкой всей технологической цепочки предприятия. Загромождение негабаритными кусками рабочей площадки при ведении добычных или вскрышных работ ведет к снижению эффективности ведения горных работ.

Дробление негабаритов до требуемых размеров может осуществляться либо с помощью взрыва (шпуровым способом или накладными зарядами), либо невзрывными способами, большинство которых основано на механическом разрушении под действием локальных концентрированных напряжений, превышающих сопротивление внутренних связей в породе. К настоящему времени производителями предлагается множество типов ударных механизмов, основанных на преобразовании различных видов энергии (от гравитационной до энергии химических процессов) в механическую. В силу ряда причин, в основном экономических, к настоящему времени наиболее распространенным является механический способ разрушения негабаритов с использованием гидравлических и гидропневматических молотов. Однако гидромолоты - изделия высокотехнологичные и требуют высокой культуры производства в процессе изготовления и строгого соблюдения технологического регламента при их эксплуатации. Кроме этого, при применении гидромолотов в качестве базовой машины используются гидроэкскаваторы, что ведет к увеличению стоимости процесса дробления негабаритов.

Альтернативой гидравлическим и гидропневматическим ударникам могут быть электромагнитные молоты. Эти молоты позволяют создавать механические импульсные нагрузки с энергией единичного удара от 0,5...2 до 30 кДж и частотой от 400...600 до 2...4 ударов в минуту. Принцип их работы основан на преобразовании электрической энергии, аккумулируемой конденсаторной батареей, в механическую энергию подвижного якоря-ударника. Они имеют более простую конструкцию и меньшую массу и стоимость. В этой связи выполненная работа, направленная на повышение эффективности процесса дробления негабаритов за счет рационального использования электромагнитных молотов, является актуальной.

Объект исследований технические средства дробления негабаритов при ведении горных работ.

Предмет исследований электромагнитные молоты и взаимосвязи их главных параметров с основными свойствами горных пород.

Идея работы. Существенное снижение затрат на разрушение негабаритов возможно при использовании электромагнитных молотов, адаптированных к конкретным горнотехническим условиям.

Целью работы является исследование структуры и основных параметров электромагнитного молота и разработка конструкции, отвечающей условиям использования его для разрушения негабаритов в конкретных горно-технических условиях.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Модель органоструктуры комплекса средств механизации для технологического процесса разрушения негабаритов позволяет с максимально возможной степенью полноты отобразить множество вариантов использования молота в технологической цепи горного предприятия.

2. Установленная взаимосвязь удельной энергии разрушения отдельного куска породы с энергией единичного удара.

3. Совокупность обобщенной функциональной модели ударного устройства, модели органоструктуры электромагнитного молота и результатов лабораторных экспериментов позволяет установить связь основных параметров электромагнитного молота с физико-механическими свойствами разрушаемых горных пород.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: использованием фундаментальных положений теории вероятности и математической статистики, системного анализа и теории технических систем, корректным применением методов математического и физического моделирования, теории подобия, апробированными методами экспериментальных исследований. Достоверность подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. С вероятностью не менее 0,9 относительная ошибка результатов не превышает 10 %.

Научная новизна работы заключается:

в разработке моделей органоструктуры комплекса средств механизации технологического процесса горного предприятия

в установлении связи энергетических параметров и физико-механических свойств горных пород с рациональными параметрами электромагнитного молота.

Практическую ценность представляет предложенный метод выбора структуры И основных параметров электромагнитных молотов.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы ЗАО «Импульсная техника и технологии» при проектировании электромагнитного молота с энергией удара 2 кДж, предназначенного для разрушения негабаритов в шахтах Кузбасса и ОАО «Уралредмет».

Апробация работы. Основные результаты работы и ее отдельные положения докладывались: на «Неделе горняка» Москва, 2004, 2005 гг.; I Международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы развития сырьевой базы и машиностроения для камнеобрабатывающей промышленности». Москва, 11-12 марта 2004 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых» Екатеринбург, 24-25 ноября 2004 г.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 87 наименований, содержит 92 страницы машинописного текста, 28 иллюстраций, 17 таблиц и приложение.

Основное содержание работы

Во введении отражена актуальность работы.

В первой главе показана значимость разрешения проблемы дробления негабаритов до требуемых по технологии размеров. Например, попадание негабаритного куска в приемную щель головной дробилки сопряжено с остановкой всей технологической цепочки предприятия. Если негабариты не дробить, то может быть загромождена рабочая площадка, и это сказывается на эффективности ведения горных работ в целом на предприятии. Если на предприятии объем негабаритов значителен, то стоимость этой на первый взгляд вспомогательной технологической операции может составить существенную долю в общей себестоимости извлечения горной массы. Отсюда ясно, что задача снижения затрат на операцию разрушения негабаритов актуальна для горнодобывающих отраслей промышленности.

Дробление негабаритов до требуемых размеров осуществляется либо с помощью взрыва (шпуровым способом или накладными зарядами), либо механическим способом при помощи импульсной техники, использующей различные виды энергии: гравитационную, механическую (пневматические, гидравлические и гидропневматические молоты), электрическую и энергию взрыва и энергию сгорания различного вида энергоносителей (дизельные, бензиновые).

В странах СНГ и в России работы по созданию импульсной техники и исследованию процесса разрушения пород с их помощью проводились и проводятся в ИГД СО РАН, ЦНИИС Минтрансстроя, КарГТУ, СКБ «Импульс» АН Кирг. ССР, ИГД им. А.А. Скочинского, ДонУГИ, МГГУ, КузГТУ, ОрелГТУ, ВИИстройдормаше, на Копейском машзаводе, УГГУ, МГТУ и других НИИ и вузах.

Большой вклад в исследования и освоение техники и технологии ударного разрушения горных пород при ведении горных работ внесли: Алабужев П.М., Анистратов Ю.И., Бирюков А. В., Васильев Е.И., Зайцев Л. Д., Кантович Л.И., Кичигин А.Ф., Котылев Ю.Е., Кравченко В.А. Кузнецов В.И., Курехин Е.В., Лабутин В.Н., Лазуткин А.Г., Лысенко Л.Л., Ляпцев С.А., Маттис Р.А., Ряшенцев Н.П., Ташкинов А.С., Тимошенко Е.М., Фролов А.В., Угаров Г.Г., Ушаков Л.С., Кравченко В.А., Федулов А.И., Цветков В.Н, Шемякин Е.И., Янцен И.А. и многие другие.

Анализ научно-технической литературы по исследованию процесса ударного разрушения горных пород показал, что повышение эффективности процесса дробления негабаритов при использовании электромагнитных ударных машин на базе имеющегося научно-технического задела в этой области проблематично без проведения дополнительных исследований.

В соответствии с целью работы были сформулированы следующие задачи исследования:

- провести анализ структуры горнодобывающего предприятия и выявить все возможные варианты сопряжения установок для дробления негабаритов со смежным оборудованием;

- установить связь физико-механических свойств разрушаемых пород с основными параметрами молота;

- выявить необходимые и достаточные условия подобия процесса разрушения негабарита механическим ударом и установить индикаторы подобия;

- разработать методику выбора структуры и основных параметров электромагнитного молота для разрушения негабаритов.

Во второй главе на примере циклично-поточной технологии ведения открытых горных работ с использованием основных принципов теории множеств проведен анализ внутренней структуры комплекса средств механизации (КСМ).

В соответствии с теорией множеств, КСМ рассматривается как подсистема большой технической системы горного предприятия (ГП), которая, в свою очередь, рассматривается как множество разнородных элементов E. Макромодель структуры КСМ на первом уровне иерархии выражена формулой

, (1)

где A – система ГП как множество, объединяющее множества E:

, (2)

где Op = {Odi, Tpi, TSi, Umgi,} – множество операндов, технологических принципов, технических систем, элементов окружающей среды соответственно.

На этой основе предложена модель внутренней структуры системы КСМ и окружающей среды (рис. 1). В модели обозначено: Od1 – первоначальное, естественное состояние операнда в массиве; Od2 - конечное для данной системы состояние операнда, то есть руда или порода меньшей крупности, чем после взрывания, доставленная на обогатительную фабрику или в отвал; БУР, ВР - подсистемы бурения и взрывания, функцией которых является подготовка горной массы к выемке; ВПР - выемочно-погрузочная подсистема; ТРТВТ - подсистема внутрикарьерного транспорта, функцией которой является преобразование циклично поступающей горной массы в непрерывный поток; ПДУ - подсистема перегрузки и дробления, функцией которой является преобразование циклично

поступающей массы горной и дробление или удаление негабаритных для ленточных конвейеров кусков; ТРТвн – подсистема транспорта за пределы борта карьера; ДОФ – дробильно-обогатительная фабрика.

Рис. 1. Модель внутренней структуры КСМ и окружающей среды

На рис. 2 представлена модель органоструктуры, где СБР, СБУ, СБШ СБШТ – бурильные станки вращательного, ударного, шарошечного и шарошечно-термического бурения соответственно; СУЗН-5А,..., ЗС-2М - типы зарядных забоечных машин; ГМ, ГПМ, ЭМ – ударные устройства для дробления негабаритов: гидравлические, гидропневматические и электрические молоты соответственно.

КМБ – фрезерные и стреловые комбайны; ЭДА – экскавационно-дробильные агрегаты; ЭКГ, ЭГ, ЭГО – экскаваторы: соответственно прямая мехлопата, гидравлические экскаваторы, прямая и обратная лопаты; ПДМ - погрузочно-доставочные машины; ГМАР – горные машины с активными рабочими органами; ЗК - забойные конвейеры; АТТ - внутрикарьерный автотранспорт; СДА, ПДУ, СтДУ - соответственно самоходные дробильные агрегаты, передвижные и стационарные карьерные дробильные установки; ППГУ– передвижные стационарные грохотильно-перегрузочные установки; МГЛК - магистральные ленточные конвейеры; ЛКП - ленточные конвейерные подъемники.

Модель органоструктуры подсистемы 3 в виде меченого орграфа приведена на рис. 3. Дуги графа отображают отношения смежности, или совместимости тех или иных вершин графа со смежной вершиной в единой системе.

Вершины графа идентифицированы следующим образом:

1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5 – типы электромолота: электромагнитный, электромагнитный многоступенчатый, магнитного, индукционного или магнитно-индукционного действия. Тип электромолота определяется его назначением.

1.6; 1.7 – молоты: импульсные с частотой ударов до 4 Гц или вибрационные с частотой ударов свыше 4 Гц, выбираются в соответствии с назначением с учетом экономических факторов;

2.1; 2.2; 2.3; 2.4 – типы электрических конденсаторов для аккумуляции энергии: электролитические, с органическим диэлектриком, на основе комбинированного диэлектрика, на бумажной основе. Основные параметры: C – емкость, mФ; Uл – напряжение заряда В;

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»