WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Двинина Людмила Борисовна

ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.05.06 – «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент

Ляпцев Сергей Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Кожушко Герман Георгиевич,

кандидат технических наук, доцент

Полухина Наталья Владленовна

Ведущая организация – ОАО Институт «Уралгипроруда»

Защита состоится «29» декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.280. 03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «28» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Хазин М.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время, когда спрос на полезные ископаемые продолжает оставаться высоким, отечественная горнодобывающая промышленность нуждается в высокопроизводительных и надежных шахтных подъемных машинах для поддержания своей конкурентоспособности. Вопросам совершенствования подъемных установок и разработки теории рудничного подъема уделялось первостепенное внимание на протяжении всей истории развития добычи полезных ископаемых подземным способом. Однако, несмотря на долгую и богатую историю развития темы, практика проектирования и эксплуатации подъемных установок показывает, что технические возможности выбранного оборудования часто остаются недоиспользованными, а размеры и вес оборудования завышенными.

Это объясняется тем, что исследование динамических режимов шахтного подъема проводится без учета импульсных характеристик, таких как импульс действующего усилия, импульсное ускорение, импульсный коэффициент массивности установки, относительная скорость, относительное время движения, оценить влияние которых на динамические параметры оказалось возможным на основе теории подобия по принятым критериям подобия. Поэтому актуальной остается задача совершенствования методов расчета и проектирования динамических режимов шахтных подъемных установок с целью обеспечения рациональных технических характеристик.

Цель работы - научное обоснование и разработка проектных рекомендаций по выбору рациональных динамических режимов, способствующих повышению эффективности работы шахтных подъемных установок.

Идея работы заключается в применении методов теории подобия для разработки проектных рекомендаций, позволяющих выбирать рациональные динамические режимы шахтных подъемных установок.

Научная новизна результатов исследований состоит в разработке теоретической и методологической базы выбора рациональных динамических режимов шахтного подъема на основе критериев механического подобия подъемных установок, что включает:

- определение кинематических, динамических и электродинамических характеристик подъемных установок с учетом импульсных параметров динамических режимов при различной степени уравновешенности шахтного подъема и различных графиках скорости;

- определение критериев механического подобия шахтных подъемных установок;

- разработку проектных рекомендаций и динамической классификации подъемных установок по принятым критериям подобия, позволяющих рационализировать выбор динамических режимов шахтного подъема.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Расчеты по безразмерным параметрам и показателям характеризуют подъемную установку как единую электромеханическую систему, дополняя и уточняя конструктивные расчеты по размерным параметрам и показателям.

2. Кинематические, динамические и электродинамические характеристики подъемных установок зависят от импульсных параметров: импульса действующей силы, импульсного ускорения, импульсного коэффициента массивности установки, относительной скорости, относительного ускорения и относительного времени движения.

3. Критериями механического подобия шахтных подъемных установок

являются степень статической неуравновешенности подъема, относительное ускорение, степень неполноты графика скорости (множитель скорости), относительное время движения, коэффициент, учитывающий условия охлаждения двигателя, относительная длительность паузы подъема, коэффициент асимметрии графика скорости.

4. Проектные рекомендации и динамическая классификация по установленным критериям подобия позволяют выбирать рациональные динамические режимы для повышения эффективности работы шахтных подъемных установок.

Методы исследования: математическое моделирование динамических процессов методами теории подобия, прикладной динамики шахтных подъемных установок, теории механизмов и машин, теоретической механики, теории численного решения систем алгебраических, дифференциальных и интегральных уравнений.

Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечена использованием методов моделирования, построенных на критериях подобия, и подтверждена строгостью математических выкладок, сравнением теоретических исследований с практическими данными по шахтному подъемному оборудованию, а также с результатами исследований других авторов. Расхождение результатов теоретических исследований с практическими данными не превышает 10%.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке проектных рекомендаций в виде диаграмм и уравнений подобия, позволяющих выбирать рациональные динамические режимы шахтных подъемных установок на стадии проектирования и модернизации существующего оборудования

Апробация работы. Основные положения и научные результаты обсуждались на Всероссийской научно–технической конференции «Математическое моделирование механических явлений» (г. Екатеринбург, 2004 г.), на 3-й Международной научно–технической конференции «Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно - структурных месторождений полезных ископаемых» (г. Екатеринбург, 2005 г.), на научно–технической конференции «Математическое моделирование механических явлений» (г. Екатеринбург, 2007 г), на 4-й Международной научно–технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2006 г.), на 6-й Международной научно–технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, одна из которых входит в список рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, библиографического списка из 85 наименований; содержит 127 страниц машинописного текста, 1 таблицу, 42 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  1. Состояние вопроса и задачи исследований

Важнейшими факторами надежного, эффективного и безопасного функционирования подъемных машин являются совершенные методы расчета при проектировании и модернизации электромеханического оборудования шахтного подъема.

Основой для проектирования подъемных установок служат фундаментальные работы основоположников российской школы горных механиков М. М. Федорова, А. П. Германа, В. С. Тулина, Ф. В. Флоринского, Б. В. Уманского, Ф. Н. Шклярского, З. М. Федоровой, А. С. Ильичева, Г. М. Еланчика, С. А. Казака, А. И. Илюхина, А. Г. Степанова и др. ученых.

Анализ современных методик расчета и практики проектирования шахтного подъема выявил принципиальные моменты, ограничивающие возможности достоверной оценки переходных режимов шахтного подъема, такие как:

1) методики проектирования динамических режимов базируются на абсолютной системе единиц без учета относительных безразмерных параметров и показателей, поэтому не приняты во внимание такие важные характеристики, как импульс действующей силы, импульсное ускорение подъема, относительная скорость движения, относительное ускорение, относительное время движения;

2) рекомендации на проектирование даются не по всему комплексу параметров и показателей, а по отдельным признакам, например, по весу полезного груза, по скорости движения с учетом динамической постоянной подъема, по времени движения и т. д., причем наблюдается большой диапазон значений выше указанных рекомендаций у различных авторов;

3) существуют различные подходы при определении константы динамического режима и массивности установки, что приводит к большому разбросу значений этих величин;

4) величина, названная механической постоянной времени движения и применяемая при исследованиях переходных некруговых процессов, некритично рекомендована для исследования замкнутых круговых процессов шахтного подъема.

При исследованиях динамических режимов шахтного подъема единых результатов достигнуто не было в силу того, что они изолированно рассматривали частные стороны единого сложного электромеханического процесса, так как базировались на абсолютных параметрах и показателях.

Изучение динамических процессов в целом, во всем многообразии основных и сопутствующих факторов оказалось возможным на основе теории подобия, базирующейся на безразмерных определяющих параметрах, так называемых критериях подобия.

Учение о подобии явлений представлено в трудах Ньютона, Бертрана, Букингама, Релея, Рейнольдса, Нуссельта, а позднее в трудах российских ученых А. А. Федермана, Л. И. Седова, М. В. Кирпичева, Г. К. Дьяконова,

В. А. Веникова, А. А. Гухмана и др. исследователей.

На основании проведенного анализа состояния вопроса для достоверной оценки динамических режимов шахтных подъемных установок с целью рационального выбора электромеханического оборудования поставлены следующие задачи:

- исследовать кинематические, динамические и электродинамические характеристики подъемных установок в относительных единицах с учетом импульсных параметров динамических режимов при различной степени уравновешенности шахтного подъема и различных графиках скорости;

- определить критерии механического подобия шахтных подъемных установок;

- разработать проектные рекомендации на основе уравнений и диаграмм подобия по установленным критериям с целью выбора рациональных динамических режимов шахтных подъемных установок;

- разработать динамическую классификацию подъемных установок на основе относительных динамических параметров;

- систематизировать задачи прикладной динамики шахтного подъема путем объединения их по подобным эксплуатационным режимам на основе проектных диаграмм подобия.

2. Исследование кинематического и динамического подобия импульсов усилий шахтных подъемных установок

Выбор критериев подобия переходных режимов подъемных установок возможен путем приведения основного динамического уравнения шахтного подъема к безразмерному виду. Общим динамическим уравнением для всех видов подъемных установок является уравнение

, (1)

где – усилие на ободе барабана; – усилие от статических сопротивлений; – динамическая составляющая движущего усилия; – коэффициент шахтных сопротивлений; – вес поднимаемого груза; – вес одного метра головного каната; – вес одного метра хвостового каната;, () – наклонная (вертикальная) высота подъема; – угол наклона ствола; 

– приведенная масса установки; – линейное ускорение или замедление установки.

В технической литературе коэффициент шахтных сопротивлений для разных установок имеет разные значения и принимается в пределах

.

Усилие от статических сопротивлений определяется по формуле

, (2)

где - постоянная составляющая статического усилия, рассматриваемая в данной работе в виде следующей зависимости:

, (3)

где - коэффициент, учитывающий не только шахтные сопротивления, но

число сосудов и угол наклона ствола;.

- переменная составляющая статического усилия

. (4)

Для вертикального подъема с высотой угол наклона ствола,, и при начальном значении общим динамическим уравнением для всех видов подъемных установок следует считать следующее уравнение, преобразованное из уравнений (1)…(4):

. (5)

В относительных (безразмерных) единицах уравнение (5) называется критериальным и принимает вид

, (6)

где - степень статической неуравновешенности подъема, представляющей отношение переменной составляющей статического усилия к его постоянной

составляющей (7)

- относительное ускорение

, (8)

- текущее значение статической неуравновешенности подъема

или. (9)

Безразмерные параметры и связаны между собой уравнением (6), которое характерно для динамических режимов всего многообразия шахтного подъема. Эти параметры представляют собой отношения одноименных величин, имеющих одно и то же значение в сходственных точках подобных явлений, поэтому могут быть приняты за критерии подобия динамических режимов шахтных подъемных установок.

Учет импульсных характеристик переходных режимов шахтного подъема позволил в представленной работе установить такие критерии подобия, как: – относительное время движения сосуда; – степень неполноты графика скорости; – коэффициент асимметрии графика скорости; – коэффициент, учитывающий условия охлаждения двигателя; – относительная длительность паузы. Указанные критерии характеризуют подъемную установку как единую электромеханическую систему, поэтому в данной диссертационной работе были положены в основу проектных рекомендаций.

Электромеханические процессы шахтного подъема могут быть представлены импульсами сил при разгоне, установившемся движении и торможении, а также импульсным ускорением подъема, импульсным коэффициентом массивности установки, относительной скоростью, относительным временем движения и относительным ускорением подъема.

В уравнении импульса действующей силы учитывается время действия силы:. (10)

В этом случае импульс движущего усилия

Pages:     || 2 | 3 |






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