WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Габигер Владимир Витальевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ

ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ РОТОРНОГО ТИПА

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 -

Боярских Геннадий Алексеевич,

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Зимин Анатолий Иванович,

доктор технических наук, профессор

Таугер Виталий Михайлович,

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация -

Институт горного дела УрО РАН

Защита состоится 26 декабря 2008 г. в _13_ часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан _24_ ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М.Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность увеличения эффективности использования триботехнических элементов горно-шахтного оборудования определяется экономическими требованиями, стоящими перед предприятиями горной и строительной промышленности, что требует принципиально нового подхода к обеспечению надежности данных элементов. Одним из основных направлений, интенсифицирующих работы по сооружению различных типов тоннелей, является применение высокопроизводительных горнопроходческих комплексов с рабочим органом роторного типа (ГПК).

В работе рассмотрены триботехнические элементы ГПК “TB S V - 576 H/MS Wirth”: шарошки дисковые и лента конвейера. При строительстве левого перегонного тоннеля метрополитена в г. Екатеринбурге исследование надежности и ресурса этих элементов явилось наиболее актуальной задачей.

В последнее время практически прекратились работы по внедрению новых конструктивных и технологических решений, поэтому также актуальным является совершенствование имеющихся конструкций триботехнических элементов.

Применяющиеся системы планово-предупредительного ремонта и ремонта по полному выходу из строя ГПК не полностью отражают процессы потери работоспособности и обусловливают формирование дополнительных издержек. При организации ремонтных работ по прогнозируемому техническому состоянию триботехнических элементов продуктивность ГПК повышается на 50-60 % за счет сокращения простоев. Переход на эксплуатацию и ремонт триботехнических элементов ГПК по прогнозируемому состоянию сдерживается недостатком методов расчета или моделирования их технического состояния для конкретных объектов и условий эксплуатации. Все это указывает на необходимость проведения дополнительных исследований в этом направлении.

Цель работы – повышение эффективности эксплуатации горнопроходческих комплексов роторного типа.

Идея работы: моделирование и идентификация состояния триботехнических элементов, изменение конструкции породоразрушающего инструмента рабочего органа и узлов конвейера повышают эффективность эксплуатации ГПК за счет снижения нерегламентированных простоев и увеличения сроков службы шарошек и ленты.

Связь темы диссертации с государственными программами. Данная диссертация выполнена в рамках госбюджетной темы «Развитие теории мониторинга и эффективности сложных электромеханических систем горного производства», 2002-2004 гг., № Гос. рег. 1.8.02.

Задачи исследований:

- разработать модели изменения состояния триботехнических элементов ГПК;

- увеличить ресурс имеющегося конструктивного исполнения дисковых шарошек типов ED-6 LWG-4-R и ED-6 /2К-LWG-4-R методом резервирования элементов;

- увеличить ресурс ленты конвейера ГПК за счет модернизации конструкции узла загрузки;

- разработать программные средства моделирования технического состояния триботехнических элементов ГПК.

Методы исследований:

- методы теории вероятностей, математической статистики, математического и имитационного моделирования, теории колебаний и статистической механики;

- метод Герца и метод конечных элементов при решении задач контактного взаимодействия;

- методы теории надежности машин;

- численные методы решения дифференциальных уравнений и моделирование процессов на ЭВМ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- резервирование уплотнения подшипникового узла действующего конструктивного исполнения шарошки дисковой позволяет значительно повысить ее ресурс;

- полученный закон распределения наработок модернизированных шарошек до отказа в виде нормального позволяет определить периодичность их замены;

- распределение напряжений в режущем диске шарошки рассматривается на основе моделей Герца;

- распределение напряжений и повреждений в ленте рассматривается в аспекте анизотропии механических свойств на основе моделей Герца и конечно-элементных моделей напряженно-деформированного состояния с учетом моделирования свойств породы;

- закономерность изменения технического состояния ленты конвейера определяются имитацией последовательности контактных воздействий горной породы для различных конструктивных вариантов конвейера.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • в конкретизации математического описания динамических и контактных процессов в конвейерной ленте;
  • в раскрытии закономерностей распределения деформаций и напряжений в конвейерной ленте при взаимодействии с криволинейными телами;
  • в уточнении математического описания износа конвейерной ленты;
  • в определении структурных схем безотказной работы шарошек дисковых;
  • в определении законов распределения наработок на отказ шарошек.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается результатами лабораторных и промышленных экспериментов, воспроизводимостью найденных закономерностей, положительными итогами опробирования разработанных предложений в условиях ОАО «Бамтоннельстрой» и ОАО «Богословское рудоуправление». Точность и надежность полученных выводов обоснована результатами статистической обработки выборочных данных (отклонение 5-7 % при доверительной вероятности 90 %).

Личный вклад автора:

- анализ существующей конструкции шарошки и разработка конструкции дополнительного блока уплотнений;

- определение законов распределения наработок на отказ различных конструктивных вариантов дисковых шарошек;

- разработка моделей контактного взаимодействия как ленты конвейера, так и режущего диска шарошки с породой;

- уточнение закономерности изменения технического состояния ленты конвейера;

- участие в эксплуатационных испытаниях шарошек, обобщении и оценка их результатов.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты исследований использованы ОАО «Бамтоннельстрой», ООО «Красноярскметрострой», ОАО «Богословское рудоуправление» при разработке систем и регламентов ремонта, а также модернизации конструкции шарошек и устройства загрузки конвейера. Программные средства моделирования движения и методика расчета устройств загрузки конвейеров переданы в ОАО «Венкон».

Экономический эффект от внедрения блока дополнительных уплотнений и увеличения срока службы ленты конвейеров ГПК составили 63,2 тыс.руб/метр проходки и 60 тыс.руб/год соответственно.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на Международной конференции “Разрушение и мониторинг свойств металлов” (Екатеринбург, 2001); Международной научно-технической конференции “Геоинформационные системы в геологии” (Москва, 2002); Международной научно-технической конференции “Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья” (Екатеринбург, 2003), Уральской горно-геологической декаде (Екатеринбург, 2004), Международной научно-технической конференции “Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности” (Екатеринбург, 2004), Международной научно-технической конференции “Реновация и инженерия поверхности” (Ялта, Украина, 2004).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 1 в ведущем рецензирующем журнале из перечня ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, оглавления, четырех глав, заключения, приложений, списка литературы из 120 наименований; содержит 120 страниц машинописного текста, в том числе 15 таблиц, 62 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определены цели исследования, научная новизна, практическая значимость результатов работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен литературный обзор по теме диссертационной работы. Рассмотрены современные представления о проблеме технического состояния, надежности и ее оценке в горном машиностроении.

Большой вклад в исследования надежности машин и конструкций внесли такие ученые, как: В.В. Болотин, В.В. Клюев, И.В. Крагельский, А.С. Проников, Д.Г. Громаковский, К.С. Колесников, Э.С. Гаркунов, В.Л. Колмогоров, С.В. Смирнов, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков, Ф.Р. Соснин, М.Н. Добычин, Д.Н. Решетов, А.Г. Суслов, В.П. Когаев, В.М. Труханов, Г.А. Боярских, П.С. Банатов и др.

Научные основы теории ленточных конвейеров заложены такими учеными, как А.О. Спиваковский, А.В. Андреев, Н.С. Поляков, Н.Я. Биличенко, С.А. Панкратов, Н.С. Поляков, Г.И. Солод, Л.Г. Шахмайстер. Разработке и совершенствованию проходческого оборудования и технологий сооружения горных выработок посвящены работы Я.И. Базера, В.Н. Гетопанова, В.Ф. Горбунова, Б.А. Картозии, А.В. Докукина, В.И. Солода и др.

Рассмотрены существующие методики построения моделей технического состояния узлов ГПК. Показана доля простоев, связанная с восстановлением работоспособного состояния и исполнением операций планово-предупредительного ремонта у таких элементов конвейеров как лента и шарошки, на долю которых приходится около 70 % времени простоя и 60 % отказов.

В качестве математических моделей динамических и триботехнических процессов, учитывающих внешние воздействия, не являющиеся детерминированными, во второй главе используются следующие модели: движение горной массы в устройстве загрузки и между роликовыми опорами конвейера; контактного взаимодействия ленты с горной массой. В имитационных моделях контактного взаимодействия в качестве входных данных предложено использование случайных величин: гранулометрического состава, массы, радиуса при вершине, угла между образующими плоскостями кусков, скорости соприкосновения горной массы с лентой в устройстве загрузки и между роликовыми опорами конвейера.

В работе произведен анализ перечисленных свойств горной массы на примере окварцованного порфирита после разрушения ротором ГПК “TB S V - 576 H/MS Wirth”. В результате обработки данных математические модели имеют вид:

• плотность распределения массы кусков p(m), кг:

, (1)

где l - линейный размер куска, и - параметры закона распределения,

- плотность горной массы, k - коэффициент, показывающий соотношение между длиной, шириной и высотой куска и зависящий от вида разрушения породы;

• плотность распределения радиусов закругления вершин кусков p(r), в потоке подчиняется следующей зависимости (закону распределения Вейбулла), мм:

, (2)

где r - радиус закругления, и - параметры закона;

• плотность распределения величины угла р() при вершинах кусков порфирита близка по структуре нормальному закону распределения, рад:

, (3)

где т - математическое ожидание, - дисперсия.

Исследованы закономерности движения горной массы в пункте загрузки. Математическое описание движения единичного куска произведено в рамках классической механики, потока горной массы – в рамках статистической механики. Содержательной моделью движения единичного куска принято движение материальной частицы в гравитационном поле Земли без учета сил трения. Содержательной моделью контакта единичного куска с отбойной плитой – соударение шара и плоскости. В матричном виде уравнение движения с конечным числом степеней свободы имеет вид:

, (4)

где М – симметричная матрица обобщенных инерционных коэффициентов;

q – вектор (матрица-столбец) обобщенных координат.

Q – вектор обобщенных сил,

с соответствующими начальными условиями:

. (5)

Законы, описывающие начальные координаты и скорости потока горной массы, приняты в виде нормальных. Уравнение, описывающее падение потока горной массы, принято аналогичным уравнению (4). Начальные условия являются случайными величинами с вероятностными характеристиками: математическими ожиданиями и дисперсиями.

Для выбранного случая требуется найти вероятностные характеристики координаты х и скорости.

Вероятностные характеристики определяются следующими выражениями:

(6)

где - математические ожидания координаты и скорости соответственно;

- дисперсии координаты и скорости соответственно.

На основе результатов математического моделирования модернизирован узел погрузки конвейера № 1 ГПК (рис. 1).

Pages:     || 2 |






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