WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Попов Юрий Владимирович

Повышение эффективности комплексов многоканатных подъемов с наземным расположением подъемных машин

Специальность 05.05.06 «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

       

Екатеринбург 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Официальные оппоненты: Маховиков Борис Серафимович,

доктор технических наук, профессор

Кожушко Герман Георгиевич,

доктор технических наук, профессор

Корняков Михаил Викторович,

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация –  ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Защита состоится 17 июня 2010 г. в  10 часов 30 минут  на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный  горный университет» по адресу : 620144, г. Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.

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

Автореферат разослан 10 мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета 

д.т.н., профессор М.Л. Хазин 

Общая характеристика работы

Актуальность темы.  Непрерывное увеличение глубины ведения горных работ, и прямо связанное с этим проектирование все более мощных комплексов многоканатных подъемных установок (МКПУ)  обуславливают необходимость сооружения все более громоздких и дорогостоящих башенных копров. Строительство таких сооружений связано с большими капитальными затратами и, кроме того, со снижением уровня безопасности эксплуатации МКПУ, в то время как в мировой практике уже наметилась устойчивая тенденция перехода от башенного к наземному расположению подъемных машин (канатоведущих шкивов трения – КВШ). Однако основные научно-технические аспекты данной проблемы остаются пока не решенными, что зачастую сдерживает реализацию этого перспективного во всех отношениях направления развития подземных горных предприятий.

При постоянном увеличении в стране числа глубоких карьеров с большой производительностью все более востребованными становятся мощные многоканатные наклонные подъемные установки с наземным расположением подъемных машин. При этом параметры основного подъемного оборудования и, в частности, большегрузных скипов должны быть адаптированы к условиям таких схем. Отсюда вытекает задача всестороннего обоснования основных конструктивных параметров большегрузных скипов карьерных многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов трения.

Установленные  в настоящее время нормативные сроки службы шахтных подъемных машин  не отражают их фактическую нагруженность, интенсивность и условия  эксплуатации и, по существу, носят директивный характер, что негативно влияет на общий уровень безопасности эксплуатации этих потенциально опасных объектов, подчиненных непосредственно органам технического надзора РФ. Назрела необходимость  дифференцированной и всесторонне обоснованной оценки нормативных сроков службы подъемных машин с учетом нагруженности, интенсивности работы и условий их эксплуатации.

Эти задачи, поставленные в настоящей диссертационной работе, являются актуальными, особенно в плане дальнейшего развития отечественной науки и практики в области шахтных и карьерных подъемных установок.

Объект исследования – комплексы многоканатных подъемных установок шахт и карьеров с наземным расположением подъемных машин.

Цель работы – повышение эффективности работы комплексов многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин.

Идея работы заключается в адаптации параметров схем и оборудования многоканатных подъемных установок шахт и карьеров к наземному расположению канатоведущих шкивов трения. 

Научные положения, выносимые на защиту

1. Наземное расположение многоканатных подъемных машин при рациональной компоновке позволяет увеличить тяговую способность и динамический коэффициент безопасности против скольжения по сравнению с их башенным расположением.

2. Нагруженность коренных валов наземных многоканатных подъемных машин уменьшается с увеличением углов наклона струны канатов к горизонту. При  рациональном выборе параметров наземного расположения  канатоведущих шкивов возможно уменьшение  в 1,5…1,7 раза  изгибных напряжений коренных валов по сравнению с их башенным расположением и соответственно  уменьшение массы подъемной машины и копра. 

3. Основные конструктивные размеры большегрузных скипов карьерных наклонных многоканатных подъемных установок с наземным расположением КВШ должны определяться с учетом наименьших ударных нагрузок при загрузке и максимальных значений коэффициента заполнения кузова скипа.

4. Нормативный срок службы подъемных машин должен устанавливаться на стадии рабочего проектирования подъемных установок с учетом планируемой нагруженности, интенсивности и условий эксплуатации.

  Научная новизна диссертационной работы

  1. Обоснована технико-экономическая целесообразность перехода от башенного к наземному расположению многоканатных подъемных машин.
  2. Выполнен анализ особенностей динамики многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов.
  3. Исследовано влияние величины провиса струны канатов на тяговую способность наземных подъемных шкивов трения.
  4. Разработана методика  оптимизации параметров большегрузных скипов карьерных наклонных подъемников.
  5. Выполнено экспериментальное исследование нагруженности конструкций большегрузных скипов карьерных наклонных подъемников.
  6. Сформулированы теоретические основы  определения общего и остаточного ресурсов  основных деталей подъемных машин.

Практическая ценность  диссертации

  1. Разработана методика расчета нагрузок на основные элементы наземных многоканатных подъемных установок.
  2. Дан сравнительный анализ нагружения канатоведущих шкивов при их башенном и наземном расположении.
  3. Предложены схемы наземных многоканатных карьерных подъемных установок.
  4. Разработана методика расчета оптимальных параметров большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
  5. Разработаны конструкции большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
  6. Предложена методика прочностных расчетов кузова и рамы большегрузных скипов наклонных карьерных подъемников.
  7. Разработана методика определения общего и остаточного ресурсов многоканатных подъемных машин, предложен подход к обоснованию их нормативных сроков службы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована  применением корректных методов математического  и физического моделирования, базируется на основных положениях классической механики, теории устойчивости, теории колебаний, а также на апробированных методах экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; при этом относительная ошибка экспериментальных данных не превышает 79% при 90%-м уровне сходимости экспериментальных данных с расчетными.

Реализация результатов. Результаты работы использованы в технико-экономических обоснованиях и рабочих проектах клетевого и скипового многоканатных подъемов с наземным расположением подъемных машин на шахте «Новая» ОАО «Гайский ГОК», при реконструкции барабанной подъемной установки на шахте «Скиповая» ОАО «Гайский ГОК» с её заменой на многоканатную с наземным расположением машины (Экономический эффект от внедрения этих результатов составляет 4 100 тыс. рублей), при проведении экспертизы промышленной безопасности шахтных подъемных установок в ЗАО «Центр диагностики и экспертизы «Цветметналадка», а также в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению «Технологические машины» в Уральском государственном горном  университете.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на шести Международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2005-2010 гг.), на пяти конференциях Уральской горнопромышленной декады (Екатеринбург, УГГУ, 2005-2009 гг.), на двух Международных научно-технических конференциях  «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (Екатеринбург, 2008-2009 гг.), на Международной конференции «Динамика горных машин»(1989 г.), г. Гливице (Польша).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе  12 –  в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем диссертационной работы: Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка (123 наименования)  и трех приложений. Содержит 151 страницу текста, 35 таблиц и 51 рисунок.

В главе 1 выполнен анализ теоретических работ по теории современных канатных подъемных установок и теории наклонных карьерных подъемных установок, описано состояние исследований в области прогнозирования и установления фактических ресурсов подъемных установок, сформулированы цели и задачи исследования.

В главе 2 приведены аналитические исследования особенностей расчетов нагрузок на основные элементы многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов. Исследовано влияние величины провисов струны канатов на тяговую способность многоканатных подъемных установок.

В главе 3 на основе разработки и обоснования схем многоканатных наземных карьерных подъемных установок произведено обоснование рациональных параметров большегрузных скипов для многоканатных карьерных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин.

В главе 4 представлены результаты экспериментальных исследований нагруженности элементов конструкций большегрузных скипов, разработана и обоснована методика их прочностных расчетов.

В главе 5  разработаны теоретические основы оценки общего и остаточного ресурсов шахтных подъемных машин.

В главе 6 приведены примеры  реализации результатов исследований в проектах клетевого и скипового подъемов конкретной шахты, при реконструкции подъемных установок, а также  при разработке методики определения общего и остаточного ресурсов многоканатных подъемных машин. 

В заключении обобщены результаты исследований и даны рекомендации по повышению эффективности эксплуатации комплексов многоканатных подъемных установок горных предприятий на основе адаптации параметров схем и оборудования к наземному расположению канатоведущих шкивов.

Состояние исследуемого вопроса.  Постановка задачи

Главные шахтные стволы и их подъемные установки всегда относились к жизненно важным артериям шахт, так как служат единственным связующим звеном между подземными выработками и шахтным комплексом поверхности. Они предназначены для решения всех задач, связанных с выдачей полезного ископаемого, спуском и подъемом людей, материалов и оборудования, а также, при необходимости, с выдачей породы из проходческих забоев и спуском закладочного материала.

Ведущая роль в создании теоретических основ современных канатных подъемных установок принадлежит академикам М. М. Федорову и А. П. Герману. Значительный вклад в развитие теории и совершенствования оборудования шахтных подъемов внесли исследования академика А. С. Ильичева, профессоров Ф. Н. Шклярского, Г. М. Еланчика, В. Б. Уманского. Отдельные вопросы совершенствования шахтных и карьерных подъемников освещены в трудах В. С. Тулина, Н. П. Нестерова, М. Ф. Глушко, Б. Л. Давыдова, В. Д. Белого, З. М. Федоровой, Б. А. Носырева, Н. Г. Картавого,  Е. С. Траубе, А. Е. Тропа, А. И. Бороховича, А. Г. Степанова, Н. Г. Гаркуши, В. И. Дворникова, М. В. Корнякова, М. Н. Хальфина, А. Н. Шатило, С. М. Кубарева и др. 

На многих горнодобывающих предприятиях широкое распространение получил многоканатный подъем, который по техническим возможностям значительно превосходит одноканатный.

Обладая рядом неоспоримых достоинств, многоканатные подъёмные установки требуют значительных финансовых и временных затрат как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации. Во многом это обусловлено особенностями расположения подъёмной машины, в частности необходимостью возведения и эксплуатации башенного копра. На сегодняшний день значительным шагом на пути решения этой проблемы является внедрение наземного расположения подъёмной многоканатной машины. Такое техническое решение при его правильной реализации позволяет значительно ускорить строительство подъёмного комплекса, а также упростить обслуживание подъёмной установки.

Не смотря на существенные сдвиги в процессе продвижения МКПУ с наземным расположением подъёмных машин, остается ещё много факторов, ограничивающих дальнейшее развитие этого важного направления. Одним из них является отсутствие чёткой теоретической основы для научных исследований и слабая проработка вопросов, посвященных научному обоснованию и рациональному проектированию многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемной машины (МКПНУ). 

В случае наземного расположения многоканатной подъемной машины появляется ряд особенностей, требующих отдельного рассмотрения и закрепления в нормативной документации.

Существующие на сегодняшний день методики расчета предлагают оценивать вероятность опасности  проскальзывания канатов с помощью динамического коэффициента безопасности против скольжения. При этом значение динамического коэффициента  д=1,25, выбранное по соображениям необходимости некоторого запаса, фактически не имеет математически точного обоснования. Наземное расположение машины предполагает несколько иную расчетную схему для определения сил трения и движущих усилий по сравнению с традиционным башенным расположением машины, прежде всего ввиду наличия струны каната и появления еще одного элемента в схеме - дополнительного шкива. Оценка опасности возникновения проскальзывания  не может производиться по аналогии с башенным расположением подъемной машины.        

С увеличением глубины открытых горных работ возникает целый ряд факторов, осложняющих эксплуатацию месторождений. Одним из наиболее важных факторов является вопрос транспортирования горной массы. Карьерный транспорт становится фактором, определяющим всю экономику открытых работ, так как капитальные затраты и эксплуатационные расходы на транспорт в общей стоимости добываемого полезного ископаемого увеличиваются до 60-65%.

Применение комбинированного транспорта является одним из важнейших направлений развития открытого способа разработки. В ряде случаев от возможности применения комбинированного транспорта для разработки глубоких горизонтов карьеров будут зависеть не только технико-экономические показатели, но и целесообразность освоения этих глубин открытым способом.

Важным элементом современного комбинированного транспорта являются скиповые и клетевые наклонные подъемные установки.

В разработке теории наклонных карьерных подъемников приоритет принадлежит научным школам Уральского региона, особенно ученым Свердловского горного института – Уральского государственного горного университета. Прежде всего следует отметить труды профессоров М.В.Васильева, В.С.Хохрякова, Б.А.Носырева, Л.А.Сорокина, доцентов Л.И.Жукова, С.М.Кубарева,  А.Г.Моора и др.

На сегодняшний день не решены проблемы выбора рациональных схем и типов подъёмных установок с  большегрузными сосудами. Очевидно, что такие решения могли быть найдены только посредством применения многоканатных подъёмных машин, причём их башенное расположение в условиях открытых горных работ представляется весьма проблематичным.

Масса скипа является составной частью величины концевой нагрузки. В конечном итоге этот показатель оказывает влияние на экономику подъёмной установки как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам. Следовательно, необходимо стремиться к максимально возможному снижению массы скипа, то есть к снижению коэффициента тары.

Максимальный коэффициент заполнения кузова скипа горной массой зависит, прежде всего, от рациональной геометрии кузова скипа.  Таким образом, требование максимального коэффициента заполнения тесно смыкаются с требованиями, предъявляемым к габаритным размерам сосуда.        

Становится очевидным, что создание новых высокопроизводительных карьерных подъемных установок на базе многоканатных подъемных машин с наземным их расположением со скипами большой грузоподъемности требует разработки принципиально новых конструктивных решений скипов.

В общем комплексе мероприятий по обеспечению и повышению безопасности эксплуатации комплексов МКПНУ значительное место должно быть отведено таким вопросам, как установление общего и остаточного ресурса их эксплуатации, а также тесно с ними связанного нормативного срока службы (НСС).

Установленные в настоящее время нормативные сроки службы шахтных подъемных машин (ПМ) не отражают их фактической нагруженности и связанным с ней фактическим напряженным состоянием элементов и узлов машин. Не  учитывают они также и условия эксплуатации ПМ, интенсивность их нагружения, уровень коррозийности окружающей среды и др., что, по сути, представляет собой директивный подход к решению чисто технического вопроса.

Очевидно, что назрела необходимость в дифференцированном подходе к оценке нормативных сроков службы ПМ, учитывающем все многообразие нагруженностей и условий эксплуатации.

       

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации комплексов многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин,  как для вертикальных шахтных, так и для наклонных карьерных подъемников.

При этом основные цели и задачи диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

  1. Исследование особенностей динамики многоканатных подъемных установок с учетом наземного расположения подъемных машин.
  2. Исследование влияния расположения КВШ относительно ствола шахты на параметры безопасности эксплуатации МКПНУ.
  3. Разработка рациональных схем многоканатных подъемных установок для шахт и карьеров при проектировании новых и реконструкции действующих установок с учетом наземного расположения КВШ.
  4. Теоретические и экспериментальные исследования и разработка конструкций большегрузных карьерных скипов многоканатных карьерных подъемников с наземным расположением канатоведущих шкивов.
  5. Прогнозирование кризисных ситуаций в комплексах МКПНУ, обоснование их фактической  и остаточной ресурсности, а также  нормативных сроков службы.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Наземное расположение многоканатных подъемных машин при рациональной компоновке позволяет увеличить тяговую способность и динамический коэффициент безопасности против скольжения по сравнению с их башенным расположением.

Согласно схеме взаимного расположения наземного КВШ и отклоняющих копровых шкивов (ОКШ), приведенной на рис. 1, дадим методику инженерного расчета важнейшего параметра безопасности – фактического угла обхвата КВШ – .

Рис. 1.  Схема к расчету угла обхвата наземного канатоведущего шкива

  1 и 2 – углы уменьшения общего угла обхвата канатоведущего шкива за счет колебаний струны каната соответственно на верхней и нижней ветвях.

  Расчет углов 1 и 2 может быть произведен по формулам:

;  , (1)

где Dш и Dош  - диаметры  соответственно  канатоведущего

и отклоняющих  шкивов.

Расчет углов 1 и 2 может быть произведен по формулам:

tg1 = h1/L1; tg 2 = h2/L2  . (2)

Искомый угол обхвата , выраженный в градусах:

=1800+1+2 – , (3)

  где    - разница между углами 1 и 2  ( = 1 - 2 ).

Полученное таким образом значение для условий конкретной МКНПУ следует использовать для расчетов фактических значений коэффициентов безопасности против скольжения и всех последующих расчетов.

Анализ выражений (1) – (3)  показывает, что чем меньше расстояние от КВШ до копра (величины А1 и А2), тем больше значения  1 и  2 и, следовательно,  больше значения  . Следовательно,  отклоняющие шкивы должны устанавливаться на минимально возможном расстоянии друг от друга.

При наземном расположении подъемной машины в схеме появляется ряд новых элементов, в частности наличие копровых шкивов, струны каната.  Эти элементы вносят новые реалии, которые не учитываются в существующих методиках расчета. Появление струны каната заставляет по-новому оценивать угол обхвата канатоведущего шкива. При этом у копровых шкивов появляется новая функция – формирования угла обхвата канатоведущего шкива.

Во время работы провисание каната происходит не только под действием собственной силы тяжести, но и за счет центробежной силы, которая при наклонном расположении канатов увеличивает  натяжение и стрелу провиса. Распределенная равномерно по длине каната центробежная сила направлена по нормали к его оси, а сила тяжести вертикально. Поэтому,  распределенную погонную нагрузку целесообразно разложить на тангенциальную (q·sin), направленную по хорде пролета, и нормальную (q·cos), направленную по нормали к канату (рис. 2). В дальнейших расчетах тангенциальную нагрузку от действия силы тяжести при определении натяжения каната на отрезке между канатоведущим и отклоняющим шкивами можно не учитывать. 

Рис. 2.  Расчетная схема для вычисления значения провисания струны каната

Стрела провиса каната может быть определена после интегрирования дифференциального уравнения его изогнутой оси:

(4) 

где q·cos  – погонный вес каната (q=p·g),

S –  натяжение набегающей ветви каната(S const)

Максимальная стрела провиса каната (статическая стрела провиса)

. (5)

При подъеме скипа (клети) на канат начинает действовать центробежная сила, которая за счет его растяжения увеличивает  стрелу провиса. На рис. 3 приведена расчетная схема для определения  центробежной силы, действующей на канат.

  Рис.3. Схема сил действующих на элемент каната (силы тяжести не показаны)

Стрелу провиса каната от действия нормальной составляющей распределенной  силы тяжести и центробежной силы (динамическую стрелу прогиба) с достаточной степенью точности  можно определить из уравнения

, (6)

где f2  - стрела провиса каната от действия силы тяжести и центробежной силы;

f1  - стрела провиса каната от действия силы тяжести (статическая стрела провиса);

ст  - плотность материала канатов;

E – модуль упругости каната;

S – натяжение каната длиной dl =r·d; r – радиус кривизны каната.

После  преобразования уравнения  (6) получим:

  . (7)

Подставив значение статической стрелы провиса в уравнение (7) получим максимальную (динамическую) стрелу прогиба:

  .  (8)

Уравнение (8) позволяет связать основные параметры подъемной машины: максимальное статическое натяжение канатов, расстояние между канатоведущим и отклоняющим шкивами, углом наклона канатов, их сечением (погонной массой) и скоростью подъема. Знание динамической стрелы прогиба позволяет определить координаты осей шкивов, обеспечивающих безопасную работу канатов.

Провисание каната оказывает влияние на угол обхвата канатоведущего шкива, кроме того, такое провисание в статическом положении подъемной машины может вызывать колебания струны каната при различных режимах работы подъемной установки с соответствующим изменением тяговой способности подъемных машин, определяемой по известному выражению с учетом фактических значений угла обхвата .

Анализ схем МКПНУ показывает, что провисание верхней струны каната вызывает увеличение угла обхвата канатоведущего шкива, а провисание нижней струны – его уменьшение. Общее изменение угла обхвата   будет равно разности углов провисания струн канатов:

± = в - н ,  (9)

где в и н - углы провисания верхней и нижней струн канатов.

Увеличение тяговой способности канатоведущего шкива (при положительном значении ):

  . (10)

Аналогично может быть определено и уменьшение тяговой способности шкива (при отрицательном значении  ), а также увеличенное значение динамического коэффициента безопасности против скольжения

.  (11)

Полученные зависимости показывают, что провисание нижней струны канатов уменьшает угол обхвата КВШ.

2. Нагруженность коренных валов наземных многоканатных подъемных машин уменьшается с увеличением углов наклона струны канатов к горизонту.

Изменение кинематической схемы установок  с наземным расположением многоканатных подъемных машин (МКПН) обусловливает соответствующее изменение усилий, действующих на валы и подшипниковые опоры, как самих машин, так и отклоняющих шкивов. Кроме того, изменяются нагрузки на оребренную оболочку машины и на корпус отклоняющего шкива. Достаточно точное определение этих усилий необходимо при адаптации параметров установок к наземному расположению КВШ.

Выполним анализ нагрузок, действующих на МПМН и отклоняющие шкивы при наземном расположении машин, согласно схеме их взаимного расположения (рис. 4).

Силы, действующие на коренные валы КВШ, от натяжений канатов

в вертикальной плоскости:

Fvкш = - Fнб ·sin в - Fсб · sin н;  (12)

в горизонтальной плоскости:

Fгкш =  Fнб · cos в + Fсб · cos н . (13)

Суммарная нагрузка на валы в вертикальной плоскости

Fvкш = - Fнб ·sin в - Fсб · sin н + Fvпост ,  (14)

где Fvпост – постоянные нагрузки на вал в вертикальной плоскости от массы роторной части КВШ (Fvпост = mрот · g), где mрот - масса роторной части КВШ.

Так как нагрузка Fvкш передается на фундамент подъёмной машины, она должна учитываться при его расчёте.

Рис. 4. Схема нагрузок на многоканатном подъеме с наземным расположением ПМ:  Fvкш; Fvош – усилия на канатоведущий и отклоняющий шкивы в вертикальной плоскости, Fгкш; Fгош – то же в горизонтальной плоскости.

Результирующая нагрузка, передаваемая на коренной вал КВШ, определится из выражения:

Fрезкш = ( Fvкш)2 + (Fгкш)2 .  (15)

Данная нагрузка должна учитываться при расчете реакций подшипниковых опор, изгибающих моментов и напряжений в сечениях коренного вала при всех его расчетах на прочность, жесткость и выносливость.

Анализ силовых нагрузок, действующих на коренной вал и подшипниковые опоры наземной МКПМ, показывает, что они значительно ниже, чем у башенных машин. В каждом конкретном случае величина снижения этих нагрузок может быть определена по приведённым здесь формулам. Следствием этого может быть существенное снижение массогабаритных показателей наземных МКПМ по сравнению с башенными. На рис. 5 приведена схема действия нагрузок на фундамент под подшипниковой опорой машины наземного расположения. Анализ нагрузок показывает, что на фундамент передаются реакции опор от суммарных нагрузок в вертикальной плоскости (Fvкш), от усилий, передаваемых на вал в горизонтальной плоскости (Fгкш), а также опрокидывающий момент  (Мгф) от действия сил в горизонтальной плоскости.

Согласно схеме, приведенной на рис. 5, усилие, передаваемое на фундамент реакции подшипниковой опоры в вертикальной плоскости (при равном распределении общей нагрузки между опорами):

Fvф = - Rvоп = Fvкш/2 . (16)

Усилия, передаваемые на фундамент в горизонтальной плоскости:

Fгф = - Rгоп = Fгкш/2 .  (17)

Момент от действия сил в горизонтальной плоскости:

Мгф = Fгф lгф ,  (18)

где lгф – плечо приложения горизонтальных сил на фундамент.

Рис. 5.  Схема нагрузок, действующий на фундамент наземной

многоканатной подъемной машины

Согласно схеме нагрузок на ОКШ, приведенной на рис. 4, они также могут быть представлены своими вертикальными и горизонтальными составляющими.

Усилие, действующее на вал (ось) копрового шкива, в вертикальной плоскости, для набегающей ветви канатов:

Fvош(нб) = Fнб + Fнб sin в + mошg . (19)

Для тех же условий в горизонтальной плоскости:

Fгош(нб) = Fнб cos в . (20)

Результирующее усилие на валу копрового шкива

Fрош(нб) = (Fvош(нб))2 + (Fгош(нб))2  .  (21)

Для сбегающей ветви канатов в вертикальной плоскости

Fvош(сб) = Fсб + Fсб sin н + mошg .  (22)

В горизонтальной плоскости

Fгош(сб) = Fсб cos н .   (23)

 

Результирующее усилие на валу шкива для сбегающей ветви канатов

Fрош(сб) = (Fvош(сб))2 + (Fгош(сб))2 . (24) 

Сравнительный анализ нагружения канатоведущих шкивов при их башенном и наземном расположении, выполненный на примере сравнения башенной многоканатной подъемной установки с машиной ЦШ 54 рудника «Октябрьский» ГМК «Норильский никель» и наземной установки с такой же машиной и приводом и такими же параметрами (геометрическими, кинематическими, массовыми и др.), однозначно показывает значительное (в среднем в 1,57 раза) снижение изгибающих напряжений в сечениях коренного вала МКПМ при их наземном расположении по сравнению с традиционным башенным расположением.

Отсюда следует практически важный вывод о том, что соответствующая адаптация параметров подъемных машин  к их наземному расположению приведет к улучшению их массогабаритных показателей, к созданию более совершенных и эффективных конструкций.

3. Основные конструктивные размеры большегрузных скипов карьерных наклонных многоканатных подъемных установок с наземным расположением КВШ должны определяться с учетом наименьших ударных нагрузок при загрузке и максимальных значений коэффициента заполнения кузова скипа.

Важным и ответственным элементом МКПНУ  являются скипы, подверженные наибольшим динамическим нагрузкам и функционирующие в наиболее неблагоприятных условиях. Особенно это относится к большегрузным скипам грузоподъемностью более 40т (75,80,90,110,150,180 и более тонн). Параметры конструкции таких скипов в значительной мере влияют на производительность МКПНУ, на её энергетические показатели, на надёжность и безопасность функционирования. Теоретическое обоснование конструкций большегрузных скипов базируется на математическом описании процессов их загрузки и удара загружаемого материала по кузову.

На основании положений классической теории удара в работе рассмотрены процессы удара горной массы по днищу кузова скипа. Для различных вариантов приложения ударной нагрузки (в центр днища, по оси симметрии – параллельно плоскости расположения кузова скипа, в произвольной точке днища кузова) получены зависимости, определяющие величины ударного импульса и силу удара.

Головной канат и рессоры гасят ударный импульс. Так как удар неупругий, то интерес представляет динамика движения груженого скипа в момент после ударной нагрузки.

Рассмотрим случай, когда скип установлен на наклонном пути (угол наклона ) и удерживается головным канатом (рис. 6). Жесткость каната примем равной Cк.

Суммарную жёсткость пружин рессорного подвешивания кузова обозначим

Рис. 6. Схема загрузки скипа единичным грузом.

Очевидно, что ударная нагрузка груза вызовет опускание кузова скипа на величину (за счет сжатия амортизирующих пружин ходовой части). Одновременно падение груза m1 вызовет некоторое перемещение скипа вниз по наклонной плоскости за счет упругих свойств подъёмного каната.

Условие баланса энергий для этой системы требует равенства начальной кинетической энергии падающего груза максимальной энергии деформации, накопленной в канате и амортизирующих пружинах ходовой части к моменту максимального динамического перемещения.

Общая потенциальная энергия системы складывается из потенциальной энергии упругих связей П1 и потенциальной энергии положения П2 .        

Используя уравнение Лагранжа 2-го рода, с обобщенными координатами q1 = , q2 = , получим дифференциальные уравнения движения рассматриваемой системы:

       ;  (25)

       .  (26)

Решая уравнения (25) и (26), получим выражения для определения величин  и (подставляя реальные значения ,и имея в  виду, что время удара не превышает значения 0,1х10-3 с):

                (27)

.                 (28)

Полная сила удара в точке падения груза

.          (29)

Рациональность конструкции скипа наклонного подъёмника во многом зависит от геометрических размеров кузова и скипа в целом. 

Размеры и форма кузова скипа должны обеспечивать наибольшей коэффициент его заполнения при минимальной площади поверхности кузова, т. е. при минимальном собственном весе. Кроме того, правильный выбор соотношения размеров должен обеспечивать наименьшие ударные и истирающие нагрузки при загружении скипа, наилучшие компоновочные решения поверхностного комплекса. Определяющим параметром является ширина скипа и подъёмного сосуда в целом. Именно этот параметр определяет компоновочную схему поверхностного комплекса, конструктивное исполнение подъёмной машины влияет на конструктивное решение ходовой части скипа, рельсового пути, а также на размеры крутой траншеи. Например, увеличение ширины кузова скипа на 0,5 м приводит к необходимости выемки дополнительно 180-200 м3 грунта на каждые 100 метров крутой траншеи.

С другой стороны, ширина кузова определяется также максимальным размером куска. Из условия предотвращения зависания горной массы при загрузке скипа, ширина его приемного отверстия должна быть больше или равна трехкратному максимальному размеру куска загружаемого материала

Очевидно, что геометрические размеры кузова скипа, их соотношение во многом будут также определяться формой кузова скипа.

Поскольку выбранная форма кузова должна обеспечивать наибольший коэффициент заполнения, то наилучшей будет форма, которая повторила бы картину размещения горной массы.

Окончательно критерий оптимальности параметров большегрузного скипа можно сформулировать так: минимальная суммарная поверхность  горной массы, помещенной в кузов скипа при обеспечении достаточной прочности конструкции. Исходными данными для решения такой задачи являются:

а) ширина кузова скипа b;

б) угол наклона днища скипа к горизонту , определяемый углом наклона трассы подъемника;

в) угол наклона передней стенки к днищу , зависящий от условий размещения горной массы в кузове.

Рассмотрим конструкции кузова скипа, представленные на рис. 7.

Так как величиной b мы задаемся, то остается определить оптимальные значения  H, , а.

Рис. 7. Перспективные формы кузова большегрузного скипа

Из геометрических соотношений предварительно определим:

       ;         

Объем кузова , где площадь боковой поверхности кузова.

Следовательно:

       .                                 (30)

Полная поверхность горной массы, размещенной в кузове скипа:

       .  (31)

Исследуя данную функцию на условный экстремум (для чего составим вспомогательную функцию) и, найдя частные производные по всем переменным, определяем :

                            (32)

Из уравнения (30)

;                                         (33)

Используя выражения (32) и (33), определим Н:

                                          (34)

Подставляя это выражение в формулу (33) получим выражение для

;                  (35)

Теперь легко определить значение a – длину днища кузова скипа:

.         (36)

Таким образом, получены формулы для определения рациональных геометрических размеров кузова большегрузного скипа с точки зрения наилучшего его заполнения при минимальном собственном весе. Но эти формулы не учитывают факторы прочности конструкции. Наибольшему нагружению подвергается днище кузова скипа, которое воспринимает основную часть динамических и статических усилий от нагружаемой горной массы.

Рассматривая днище кузова скипа как тонкую жесткую пластинку, воспользовавшись  дифференциальным уравнением изгиба тонких пластинок, а также, согласно Рэлею, считая форму поверхности изгиба днища одинаковой как при статическом, так и при  ударном его нагружениях, определим прогиб в центре пластинки (днища):

                 

  (37)

где a и b- стороны прямоугольной пластинки;

       m и n – целые числа;

       c и f – координаты точки приложения сосредоточенной силы Р.

Подставляя выражение D и вычисляя значение двойной суммы при заданном соотношении между сторонами пластинки, можем представить максимальный прогиб так:

               ;                                         (38)

где: - коэффициент, зависящий от соотношения сторон пластинки.

Очевидно, что наименьшая величина прогиба соответствует = 1 ,

т. е. квадратной пластинке. В нашем случае, условие a=b  привело бы к значительному увеличению высоты кузова Н, что отрицательно сказывается на устойчивости скипа в процессе движения. Следовательно, необходимо ориентироваться на значение, 1< <3  так как при > 3 прогиб приближается к своему максимальному значению.

Тогда, формулы (34) и (35) можно записать:

;                                                 (39)

                (40)

Таким образом, по формулам (36), (39) и (40) и  можно определить рациональные геометрические параметры кузова исходя из наименьшей суммарной поверхности горной массы, помещенной в нем при обеспечении достаточной прочности конструкции. Эти зависимости получены для наиболее простой формы кузова скипа (см. рис. 7,а). Общая же методика нахождения оптимальных сочетаний геометрических параметров скипа может быть применена для любой формы кузова и для любой конструкции скипа наклонной подъёмной установки.

Выполненные теоретические исследования и анализ существующих конструкций скипов карьерных подъемных установок позволили разработать принципиально новые конструкции большегрузных карьерных скипов, в которых в известной мере устранены недостатки ранее разработанных конструкций.

       

5. Определение нормативного срока службы подъемных машин должно устанавливаться на стадии рабочего проектирования подъемных установок с учетом планируемой нагруженности, интенсивности и условий эксплуатации.

В основу концепции безопасности любого крупного промышленного объекта (в нашем случае комплексы МКПНУ) должны закладываться прогнозируемые сценарии аварийных ситуаций, а также последовательное исследование этих процессов, включая пути их развития и ожидаемые последствия, меры предупреждения и ликвидации последствий.

Уровень безопасности в комплексах подъемных установок горной отрасли промышленности (будем распространять рассмотрение этого вопроса на все типы подъемных установок, как  имеющих принципиально схожую природу функционирования) должен определяться недопустимостью гибели людей, загрязнения окружающей среды, значительных экономических издержек и т. д.

Большое количество разнородных элементов, составляющих комплекс ПУ, объединены в определенную систему для достижения единой цели. Следовательно, есть основания представлять комплексы ПУ предприятий как сложные системы, поскольку они отвечают всем требованиям, предъявляемым к ним.

Таким образом, может быть сделан практически важный вывод о том, что комплексы ПУ правомерно представлять как сложные системы. Это является основанием для востребования при их исследованиях системного подхода, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем, а также использования теории сложных систем как общей теоретической базы.

С учетом полного объема задач, стоящих перед комплексами ПУ горных предприятий, и представления их как сложные энергомеханические системы для оценки эффективности функционирования подъемной установки горного предприятия может быть предложен показатель, учитывающий как экономическую и энергетическую составляющие, так и надежность, и безопасность эксплуатации установок.

В общем случае такой показатель – комплексный показатель эффективности Кэф – может быть выражен следующим образом

, (41)

где К1 – коэффициент технологической эффективности; К2 – коэффициент экономической эффективности; К3 – коэффициент энергетической эффективности; К4 – комплексный показатель надежности функционирования установок; К5 – коэффициент ресурсности установки как отношение ее фактического ресурса к нормативному; n – общее число учитываемых показателей.

Посредством данного показателя можно достаточно объективно оценивать сложную систему ПУ как единое целое, следовательно, он может быть объективным системным показателем (критерием) при оценке различных комплексов ПУ с единых технико-экономических позиций.

В процессе эксплуатации комплексов шахтных подъемных установок происходит ухудшение их технико-экономических показателей под воздействием внутренних и внешних дестабилизирующих факторов (рис. 8).

Шахтные подъемные установки, с одной стороны относятся к опасным производственным объектам, а с другой – зачастую являются единственным видом транспорта по стволу, следовательно, их выход из строя приводит к значительным материальным потерям.

 

Рис. 8. Представление комплекса подъемной установки как сложной энергомеханической системы

Анализ кризисных состояний и причин выхода из строя комплексов ШПУ следует вести по их базовым структурным единицам. Итогом такого анализа должно быть обоснование методологии установления общего ресурса и остаточной ресурсности ШПМ (для машин с истекшим нормативным сроком службы).

Основной базовой структурной единицей подъемной машины является главный вал, и его разрушение означает замену всей машины, т. е., по сути, состояние вала определяет технический ресурс подъемной машины.

Поэтому будем исходить из того, что заводом–изготовителем (на стадии изготовления) дано заключение о годности поковки для изготовления вала, а диагностическими и экспертными организациями (на стадии эксплуатации) –  положительное заключение по экспертизе промышленной безопасности ПМ. Последнее касается и других структурных единиц подъемных машин.

За каждый цикл спуска-подъема главный вал подъемной машины испытывает достаточно сложный блок напряжений кручения и изгиба. Кроме того, в процессе эксплуатации он испытывает также ряд перегрузок, возникающих при срабатывании предохранительного тормоза, во время загрузки подъемных сосудов на весу, при резком снятии провисшим канатом подъемных сосудов с твердого основания (с кулаков, посадочных брусьев), при застревании подъемного сосуда в проводниках жесткой армировки и в ряде других случаев.

На определенной стадии действия циклических нагрузок в сочетании с перегрузками в валах подъемных машин в местах, где циклические напряжения достигают больших значений (галтели, надрезы, участки шероховатости, места структурных дефектов металла и т. п.), могут возникать и прогрессивно развиваться трещины усталости, которые постепенно приводят к усталостному разрушению вала.

Анализ всех случаев разрушения главных валов  свидетельствует, что все они произошли по причине усталости металла вала. На основании доказанных положений теории усталости можно сформулировать типовую схему процесса усталостного разрушения главного вала подъемной машины:

- очаг усталостной трещины находится, как правило, на поверхности вала;

- конструкция главного вала является ступенчатой, имеет многочисленные галтельные переходы различного радиуса, шпоночные пазы, радиальные отверстия с резьбой для крепления стопорных планок, посадочные места под ступицы органов навивки, наличие следов резца на поверхности вала в результате механической обработки его, внутренняя структура вала засорена дефектами металлургического характера и т. д.;

- все перечисленные особенности конструкции главного вала представляют собой концентраторы напряжения, которые в процессе эксплуатации могут наслаиваться друг на друга и значительно усиливаться, например, вследствие увеличения зазора между валом и ступицей барабана и т. д.;

- усталостная трещина может возникнуть в любых сечениях главного вала, в которых действуют наибольшие моменты  и где имеется концентратор напряжений, при этом запас статической прочности в данном сечении не играет роли.

Второй структурной единицей, техническое состояние которой в значительной степени определяет остаточный ресурс подъемной машины, являются органы навивки, т. е. барабаны или канатоведущие шкивы. Появившиеся в процессе длительной эксплуатации машины трещины в теле обечайки или лобовин могут быть идентифицированы как усталостные. Именно эти трещины представляют наибольшую опасность, и их появление свидетельствует о переходе металлоконструкции барабана в предельное состояние.

Третьей структурной единицей подъемной машины определяющей ее ресурс, является тормозное устройство, основными элементами которого –  исполнительный орган и тормозной привод. Тормозное устройство является ответственнейшей частью подъемной машины, поэтому Правила безопасности предъявляют особые требования к их работоспособности.

Что касается механической части тормоза, то, согласно статистике, наиболее частым разрушением подвергаются горизонтальные и вертикальные кованые или точеные тяги. Характер разрушения – усталостный. Потенциально опасные зоны – галтельные переходы цилиндрической части тяги в плоскую, а также место сбега резьбы и первые 3-5 витков резьбы под гайкой.

С учетом изложенного, установление общего остаточного ресурса машин и остаточного ресурса ПМ с истекшим нормативным сроком предлагается базировать на определении усталостной прочности коренных валов, оболочек барабанов и шкивов трения ПМ и их тормозных систем. При этом общий остаточный ресурс машины должен устанавливаться по наименее долговечной структурной единице.

В практике эксплуатации шахтного стационарного оборудования нередки случаи, когда действительный возраст машин в несколько раз превышает отведенные им нормативные сроки службы. При этом машины продолжают работать и приносить прибыль, в полном объеме выполняя возложенные на них технологические функции. Эти примеры не единичны, что обусловлено чаще всего отсутствием материальных средств на замену устаревшего оборудования новым, более совершенным по производительности, надежности, экологичности и более экономичным по затратам на обслуживание и энергопотребление.

Основная проблема, с которой сталкиваются исследователи при решении задачи оценки общего и остаточного ресурса эксплуатируемого объекта, – отсутствие достоверных данных о нагрузках и условиях воздействия на конструкцию за весь период ее эксплуатации, так называемой «истории нагружения».         Поскольку объектом нашего исследования является крупное стационарное оборудование, имеющее достаточно достоверные сведения о нагрузках, интенсивности и условиях воздействия на него за весь период, то очевидно, на данном этапе целесообразнее в полной мере отказаться от инструментальных методов оценки состояния подъемных машин в пользу выполнения соответствующих расчетных работ, основанных на подтвержденных практикой теоретических положениях.

В концептуальном плане при решении задачи прогнозирования ресурсности подъемных машин можно исходить как из оценки ресурса машин на основе линейного закона суммирования усталостных повреждений, так и усталостной кривой, построенной для конкретной стали. В настоящей работе за основу принимается последнее утверждение.

Как бы ни было мало нагружение, оно оставляет деформацию, а значит, и расходуется какая-то часть энергии связей атомной решетки материала, которая, несомненно, величина конечная. Энергия, необходимая для разрушения единичного объема материала, - величина постоянная, равная работоспособности материала при данной температуре и не зависящая от того, произведено разрушение однократной нагрузкой или многократным нагружением.

Исходя из этого, представляется достаточно логичным и подтверждаемым практикой исследований предположение, о том, что при нагрузке, близкой к нулю, разрушение наступает при числе циклов 1014, а каждому напряжению, меньшему предела усталости, соответствует свое разрушающее число циклов. При этом следует полагать обеспеченной прочность материала по выносливости в том случае, если рабочее допустимое число циклов за весь возможный срок эксплуатации в 1,4 1,6 раза меньше найденного разрушающего.

Анализ последствий аварий на ПУ с точки зрения их тяжести и опасности для людей показал, что к числу таких узлов установок относятся  в первую очередь: коренные валы, органы навивки ПМ, тормозные устройства, соединительные муфты, подшипниковые узлы, редукторы и приводные двигатели.

Выбор первых трех узлов из этого ранжированного ряда представляется достаточно обоснованным и хорошо согласуется с данными других работ по этой проблематике.

Для оценки фактического ресурса ПМ в целом, предлагается определение фактических ресурсов главных структурных единиц машин – коренных валов, органов навивки и тормозных устройств, с последующим обоснованным принятием фактического ресурса машины по наименее долговечной структурной единице. На основании этих расчетов может быть установлен и нормативный срок службы, который в общем случае должен быть меньше рассчитанного фактического ресурса.

При этом расчетное допустимое число рабочих циклов структурной единицы подъемной машины от начала ее эксплуатации до ее разрушения:

(42)

где Кз – коэффициент запаса, учитывающий условия эксплуатации и техническое состояние машины;

m – показатель степени, определяемой на основе подобия треугольников усталостной кривой, представляемой в полулогарифмических координатах рассматриваемой марки стали по формуле:

, (43)

где max.эк - максимальное эквивалентное напряжение в наиболее нагруженном сечении коренного вала, оболочки органа навивки, тяги тормозного устройства и т. д.;

Кk – коэффициент коррозии;        -1 – предел выносливости материала при изгибе; Кц – коэффициент цикла, учитывающий степень его симметричности.

Анализ нагрузок, воздействующих на коренные валы, оболочки органов навивки и тормозные тяги ПМ показывает, что цикл их нагружения относится к симметричным. Следовательно, значение коэффициента Кц должно быть принято равным единице.

Значения коэффициента запаса Кз предлагается определять в зависимости от экспертной оценки технического состояния ШПМ по параметрам вибрации согласно таблице.

Выбор значений коэффициента запаса Кз

Оценка технического состояния ШПМ по параметрам вибрации

Значение коэффициента запаса Кз

«Допустимо»

1,6

«Удовлетворительно»

1,5

«Хорошо»

1,4

Значение Nдоп сравнивается с фактическим числом циклов нагружения вала за весь предшествующий период эксплуатации ШПМ, которое определяется по формуле:

, (44)

где – баланс времени работы ШПМ в течение года;

  - коэффициент использования ШПМ в течение времени;

n1 - число подъемных циклов за один час;

n2 - число циклов нагружения (оборотов) вала за один подъемный цикл;

t - число лет эксплуатации ШПМ.

       При  этом остаточный ресурс структурной единицы ПМ определится как разность:

,  (45)

где - фактическое число рабочих циклов, совершенных структурной единицей ПМ за все время ее эксплуатации (с начала пуска в работу до момента проведения экспертного обследования с расчетом остаточного ресурса машины).

       Для более точного определения этой величины необходим тщательный анализ данных по работе ПУ за все время ее эксплуатации с точки зрения фактического числа подъемных операций в час (или в сутки), количества срабатываний тормозного устройства с учетом маневровых операций и т. д.

       С учетом того, что оболочка барабанных органов навивки подвергается  в основном сжимающим усилиям (при этом усилия от кручения и изгиба не учитываются ввиду их незначительности), в формуле (43) вместо эквивалентного напряжения подставляется значение максимального приведенного напряжения сжатия , а для тормозных тяг – максимального приведенного напряжения растяжения.

       Определяющим при использовании настоящей методики является достоверность определения фактических значений , рассматриваемой структурной единицы (коренного вала, обечайки органа навивки в комплексе с кольцами жесткости, тормозной системы и др.) за весь предшествующий период ее эксплуатации, начиная с даты ввода в эксплуатацию. При этом следует исходить из того, что фактическая нагруженность элементов ПМ не должна превышать паспортных значений (необходимое условие безопасной эксплуатации шахтных подъемных установок).

В случае установления в рамках этого срока периодов с разными нагрузками в расчет следует брать их максимальное или эквивалентное значения, полагая их такими же и на прогнозный период эксплуатации машины (если они остаются неизменными).

Изложенная методика расчета остаточного ресурса ПМ с истекшим нормативным сроком службы положена в основу создания РД МУ 14-2007, разработанных с участием автора.

Поскольку группы классификации и «характеристические числа» для ШПМ еще недостаточно проработаны  НСС следует устанавливать на основе сравнительного определения фактической и паспортной ресурсности машин. При этом за основу может быть взят рассчитанный исходя из реальных условий интенсивности использования и нагружения общий ресурс машин.

С учетом этого нормативный срок службы подъемной машины tнсс в каждом конкретном случае на стадии проектирования подъемных установок может устанавливаться индивидуально проектной организацией на основании принятого в настоящей работе предложения

, (46)

где - общий фактический ресурс базовой структурной единицы ПМ, выраженный в годах;

  , (47)

где - фактическое среднегодовое число циклов нагружения структурной единицы ПМ.

Аналогично оценке остаточного ресурса нормативный срок службы ПИ должен устанавливаться по наименее долговечной базовой структурной единице машины.

       

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       

В диссертации, исходя из выполненных автором исследований в области многоканатных подъемных установок шахт и карьеров,  решена крупная научная проблема – повышение эффективности эксплуатации комплексов многоканатных подъемных установок горных предприятий с наземным расположением подъемных машин на основе адаптации параметров схем и оборудования к наземному расположению канатоведущих шкивов, что вносит значительный вклад в развитие теории и практики отечественного шахтного подъема.

Выполненные исследования дают основание сделать следующие выводы и обобщения:

  1. Выполнено обоснование технико-экономической целесообразности перехода от башенного к наземному расположению многоканатных подъемных машин. Установлено, что при этом достигается повышение экономичности и безопасности эксплуатации многоканатных подъемных установок.
  2. Анализ особенностей динамики многоканатных подъемных установок с наземным расположением канатоведущих шкивов трения, позволил установить, что уравнения динамики таких установок  согласуются с аналогичными уравнениями  для одноканатных уравновешенных подъемов. При этом установлено, что напряжения от изгиба в сечениях коренных валов КВШ снижаются в 1,52 – 1,65 раза при их наземном расположении. Нагруженность остальных элементов шкивов (оболочек, ребер жесткости, лобовин и ступиц) практически остается на том же уровне.
  3. Предложена схема наземной многоканатной подъемной установки для карьерных наклонных подъемов, адаптированная к наземному расположению КВШ. Взамен хвостовых канатов для уравновешивания подъема схемой предусматриваются дополнительные приводные станции, расположенные в нижней части карьера.
  4. Сформулированы теоретические основы создания оптимальных конструкций большегрузных скипов многоканатных наземных подъемных установок глубоких карьеров значительной производственной мощности. На основе теоретического анализа процесса удара груза по днищу скипа для различных условий и анализа возможных способов разгрузки большегрузных скипов разработана методология их конструктивной оптимизации. Предложены и обоснованы перспективные формы кузова скипов.
  5. Разработаны и экспериментально обоснованы оптимальные конструкции большегрузных карьерных скипов, защищенные авторскими свидетельствами СССР. Результаты лабораторного физического эксперимента моделей скипов показали, что фактические напряжения в днище, боковых стенках и задней стенке кузова скипов не превышают допустимых для всех возможных случаев их загрузки.
  6. Обосновано представление комплексов подъемных установок шахт и карьеров как сложных систем. Показано, что структуры комплексов подъемов относятся к сложным и сильносвязанным. Установлены возможные траектории развития подъемных установок под воздействием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.
  7. На основе причинно-следственного анализа кризисных ситуаций подъемных установок  разработана методология оценки общего и остаточного (для машин с истекшим нормативным сроком службы) ресурсов подъемных машин. Предложен подход к дифференцированному обоснованию нормативных сроков службы подъемных машин горных предприятий, учитывающему фактические нагруженности и интенсивности эксплуатации машин, а также влияние условий эксплуатации.
  8. Осуществлены апробация и внедрение результатов выполненных исследований в рабочем проекте клетевого и скипового подъемов шахты «Новая» ОАО «Гайский ГОК», а также при реконструкции барабанной подъемной установки на стволе шахты «Скиповая» ОАО «Гайский ГОК», заключающейся в её замене  на многоканатную машину с наземным расположением. Годовой экономический эффект от внедрения этих результатов составляет 4 100 тыс. рублей.
  9. Разработаны Методические указания по оценке общего и остаточного ресурсов шахтных подъемных машин с истекшим нормативным сроком службы. Указания согласованы Управлением Государственного надзора РФ (письмо № 13-07/1607 от 04.07.2008 г.) и внедрены в ЗАО «Центр диагностики и экспертизы «Цветметналадка».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях

  1. Ограничение высоты подъема с учетом возможностей стандартного подъемного оборудования/ Б.А. Носырев, Ю.В. Попов, С.М. Кубарев, Л.А. Двинин // Изв. вузов. Горный журнал. 1982. № 7. С.76-79.
  2. Волков Г.М., Куткин А.А.,  Попов Ю.В. Обследование пути Сибайского скипового подъёмника// Промышленный транспорт.  1976. № 5. С.36-39.
  3. Попов Ю.В., Лаптев Е.А., Найденов Т.Н. Методика оценки энергетической эффективности подъемной установки// Горные машины и автоматика.  2004.  № 1.  С.47-51.
  4. Попов Ю.В., Неволин В.В. Наземное расположение многоканатных подъемных машин: особенности расчета и проектирования.// Горное оборудование и электромеханика.  2009. № 10.  С. 48-50.
  5. Попов Ю.В., Тимухин С.А. О прогнозе этапов структурного кризиса комплексов шахтных подъемных установок// Горное оборудование и электромеханика.  2008. № 11.  С. 10-12.
  6. Попов Ю.В. К вопросу обоснования нормативных сроков службы шахтных подъемных машин// Горное оборудование и электромеханика. 2009.  № 8. С. 37-40.
  7. Попов Ю.В., Неволин В.В. Основные закономерности поведения струны каната при наземном расположении многоканатных подъемных машин// Горный информационно-аналитический бюллетень.  М.: Изд. «Горная книга», 2009. № 5.  С. 312-317.
  8. Попов Ю.В. Расчет нагрузок на основные элементы многоканатных наземных подъемных установок// Изв. вузов. Горный журнал . 2009.  № 6. С. 73-76.
  9. Попов Ю.В. Особенности многоканатного подъема с наземным расположением подъемных машин// Изв. вузов. Горный журнал. 2010. - № 1.  С. 70-72.
  10. Попов Ю.В. Комплексное использование оборудования наклонных подъемных установок// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд. «Горная книга», 2010. № 3. С. 302-304.
  11. Попов Ю.В. Определение остаточного ресурса шахтных подъемных машин, работающих с превышением нормативного срока эксплуатации.// Горный информационно-аналитический бюллетень.  М.: Изд. «Горная книга», 2009. Отдельный выпуск № 16. С. 317-321.
  12. Попов Ю.В. Новые возможности карьерных наклонных подъемников.// Горный информационно-аналитический бюллетень.  М.: Изд. «Горная книга», 2009. Отдельный выпуск № 16. С. 322-325.

Авторские свидетельства

  1. А.с.  № 581074 (СССР). Скип/ Ю.В. Попов Заявл. 26.07.76 № 2387635; Опубл. 1978, Бюл., № 4.
  2. А. с. № 715424.Саморазгружающийся скип/ Ю.В. Попов,  Б.А. Носырев, А.А. Куткин, Заявл. 27.01.78 № 2573284; Опубл. 1980, Бюл. № 6.
  3. А. с. № 557979. Устройство для транспортировки рельсовых направляющих скипового подъемника / Ю.В. Попов, Г.М. Волков, А.А. Куткин - Заявл. 02.02.76 № 2321412; Опубл. 1977, Бюл. № 18.
  4. А.с. №1601063. Шахтная подъемная установка системы Инглата/ И.Н. Латыпов, Б.А. Носырев, Ю.В. Попов, А.М. Ройтман - Заявл. 29.12.88  № 2321412; Опубл.1990, Бюл. № 39.

Другие публикации по теме диссертации

  1. Попов Ю.В., Тимухин С.А., Садыков Е.Л. О методике прогнозирования общего ресурса комплексов шахтных подъемных установок// Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: материалы VII Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: Изд-во УГГУ,  2009. С. 116-119.
  2. Попов Ю.В., Сорокин Л.А. Опыт, задачи проектирование и эксплуатации мощных скиповых подъемников для глубоких карьеров// Разработка глубоких горизонтов карьеров: материалы III Всесоюзного научно-технического совещания. Киев: Наукова думка, 1977. С. 113-116.
  3. Носырев Б.А., Сорокин Л.А., Попов Ю.В. Технические возможности и экономическая эффективность скиповых подъемников большой грузоподъемности для глубоких рудных карьеров// Основные направления развития карьерного транспорта на предприятиях цветной металлургии: материалы Всесоюзной научно-технической конференции. Алмалык, 1977. С. 42-46.
  4. Строительство и эксплуатация скипового наклонного подъёмника на Сибайском карьере БМСК/ Д.С. Милицин, Л.А. Сорокин, Ю.В. Попов, В.Т. Берсенев, В.С. Хохряков// Основные направления развития карьерного транспорта на предприятиях цветной металлургии: материалы Всесоюзной научно-технической конференции. Алмалык, 1977. С. 37-41.
  5. Носырев Б.А., Сорокин Л.А., Попов Ю.В. Механическое оборудование мощных скиповых подъёмников на карьерах// Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых: материалы Всесоюзной научной конференции. М: МГИ, 1980. С. 77-79.
  1. Носырев Б.А., Попов Ю.В., Мухутдинов Ш.Д. Динамика заезда автосамосвалов на клеть-платформу наклонного карьерного подъемника// Динамика горных машин: материалы международной конференции, г. Гливице, ПНР, г. Гливице. 1989.  С. 97-105.
  2. Попов Ю.В., Неволин В.В. Особенности расчета и проектирования шахтных подъемных комплексов с наземным расположением многоканатной подъемной машины. Материалы V Международной научно-технической конференции: «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности».  Екатеринбург.  2007.  С. 192-197.
  3. Методические указания по определению остаточного ресурса шахтных подъемных машин, работающих с превышением расчетного срока эксплуатации. Общие положения.  МК 14- 2007/ С.А. Тимухин, Ю.В. Попов, В.П. Пивоваров, В.А. Юдкин//Согласовано: Управлением государственного горного и металлургического надзора Федеральной службы по экологическому,  технологическому и атомному надзору (письмо № 13 – 07/1607 от 04.07.2007 г.)/ Екатеринбург,  2007.  25 с.
  4. Попов Ю.В., Тимухин С.А. О прогнозе этапов структурных кризисов комплексов шахтных подъемных установок как сложных энергомеханических систем// Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: материалы VI Международной научно-технической конференции. Екатеринбург: Изд-во. УГГУ, 2008.  С. 89-92.
  5. Попов Ю.В., Тимухин С.А., Садыков Е.Л. Проблемы повышения эффективности шахтных многоканатных подъемных установок с наземным расположением подъемных машин.// Известия Уральского государственного горного университета.  Вып. 24. Екатеринбург, 2010 С. 51-59.

Подписано в печать

Печать на ризографе. Бумага писчая.

Формат  6084  1/16  Печ. л. 2,0

Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано с оригинал-макета

в лаборатории множительной техники изд-ва УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30







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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.