Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методи і технічні пристрої експрес-діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстка арміровка»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

армування шахтній апаратура

Актуальність теми. Значну питому вагу при видобутку корисних копалин в Україні має підземний спосіб розробки. Підйом гірської маси у цьому випадку здійснюється по шахтним стволам, глибина яких на сьогоднішній день понадбільшує 1000 м. Виникнення будь-якої позаштатної ситуації в стволах пов'язане з загрозою для життя людей, які знаходяться як у самому стволі шахти, так і на робочих горизонтах. Такі ситуації завжди потребують негайного зупинення роботи шахтного підйомного комплексу, що завдає значного економічного збитку.

Динамічні режими взаємодії підйомних посудин з армуванням стволу можуть бути як аварійно безпечними, так і мати різні рівні аварійної небезпеки. Діагностика динамічного стану шахтного підйому під час експлуатації, визначення місць, обсягу та змісту ремонтних робіт у стволах можлива тільки при інструментальних вимірюваннях динаміки системи на робочих швидкостях руху підйомних посудин протягом достатньо широкої вибірки робочих циклів. Тому розробка методів і технічних пристроїв експрес-діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина - жорстке армування» є актуальною науково-технічною задачею, яке до цього часу не мало свого вирішення у зв'язку з важкими умовами для вимірювань та відсутністю методичного та технічного забезпечення. Практична реалізація такої задачі потребує розробки відповідної техніки на базі мобільних засобів збору та методів обробки діагностичної інформації, які дозволяють без зупинки підйому збирати та обробляти необхідний і достатній обсяг даних.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалась відповідно до держбюджетної програми Національної академії наук України «Дослідження і розробка наукових основ створення комп'ютерних технологій експрес-діагностики важко навантажених підйомних установок для забезпечення їх ефективної і безаварійної експлуатації», № державної реєстрації 0196U7006760.

Ідея роботи полягає у використанні залежності динамічних характеристик системи «підйомна посудина-жорстке армування» від розміру і виду діючих зовнішніх збуджень у режимі реального часу.

Мета і задачі досліджень.

Метою роботи є забезпечення безаварійної експлуатації стволів глибоких шахт шляхом розробки методів і технічних засобів експрес-діагностики системи «підйомна посудина - жорстке армування».

Для досягнення зазначеної мети у роботі сформульовані наступні задачі:

1) Виконати теоретичні дослідження динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування» шахтних стволів (ДССПА), обґрунтувати методи і розробити засоби її експрес-діагностики (ЕД).

2) Дослідити взаємозв'язок характеристик блоків і вузлів апаратури експрес-діагностики з метою розробки структурно-функціональної схеми і визначення параметрів.

3) Розробити технічні пристрої експрес-діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування» шахтних стволів і виконати оцінку їх роботоспроможності у промислових умовах.

Обєкт досліджень - системи «підйомна посудина-жорстке армування».

Предмет досліджень - методи і технічні засоби експрес діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування» шахтних стволів.

Методи досліджень. В роботі використано комплексний метод досліджень, який містить у собі теоретичні дослідження на базі методів класичної механіки, теорії ймовірності і математичної статистики, математичне моделювання чисельними методами досліджуваних процесів, лабораторні та натурні дослідження.

Наукова новизна отриманих результатів.

Наукові положення, які захищаються автором.

1. Зміна режимів динаміки взаємодії посудини з провідниками характеризується 1,5…2,0 - кратним підвищенням рівня максимальних горизонтальних лінійних прискорень, а перехід від плавної взаємодії до віброударної -2,0…3,0 - кратним збільшенням контактних зусиль, які покладено в основу методу автоматичного визначення ДССПА і визначає структурну схему апаратури ЕД ДССПА.

2. Частота опитування тензометричних датчиків блоком аналого-цифрового перетворення (АЦП) ЕД ДССПА у масштабі реального часу оптимізується на основі залежності мінімальної тривалості контакту захисних башмаків підйомної посудини і провідником жорсткого армування від маси підйомної посудини.

3. Диференціальна таріровочна функція у діапазоні від 0 до 10 Гц по виміряній напрузі електричного сигналу відновлює значення вимірюваного миттєвого лінійного прискорення з точністю до 7,0…9,0%, визначеною метрологічною похибкою експериментального визначення коефіцієнтів жорсткості пружини і дисипації робочої рідини датчика лінійних перевантажень МП-95.

Наукова новизна полягає у тому:

1. Вперше виявлено зв'язок між амплітудою максимальних горизонтальних прискорень підйомної посудини та її масою (в діапазоні зміни маси від 11 до 93 т), що дозволяє достовірно визначити вид динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування» та використовувати максимальні горизонтальні прискорення як діагностичні параметри.

2. Вперше виявлена залежність мінімальної тривалості контакту захисних башмаків підйомної посудини і жорсткого армування від маси підйомної посудини.

3 Розроблено принцип встановлення миттєвих лінійних прискорень направляючих підйомної посудини у режимі реального часу вимірювань.

Практичне значення одержаних результатів полягає:

1. У визначенні параметрів та розробці пристроїв експрес-діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування».

2. В обґрунтуванні методів визначення динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування».

3. У розробці нормативно-технічних документів, які регламентують роботи з інструментальної діагностики, і оцінки стану жорсткого армування глибоких стволів.

Результати дисертаційної роботи:

впроваджені шляхом включення складовою частиною до нормативно-технічних документів: «Інструкція по вимірюванню вібрації скіпів, клітей і противаг по контролю плавності їх руху у провідниках жорсткого армування глибоких стволів», «Програма і методи проведення експериментальних робіт по контролю плавності руху підйомних посудин у промислових умовах рудників Кривбасу за допомогою акселерометрів та портативної мікропроцесорної станції «МАК-1» та «Тимчасова інструкція по впровадженню апаратури контролю прискорень підйомних посудин (МАК-1) при їх взаємодії з провідниками жорсткого армування шахтних стволів», затверджених концерном «Укррудпром»;

випробувані і впроваджені в умовах ствола КС-3 рудника «Таймирський» Норільського гірничо-металургійного комбінату, у шахтах Кривбасу (ш. ім. Леніна, ш. «Гвардійська-Південна», ш. «Гвардійська-Нова», ш. «Зоря», ш. «Жовтнева», ш. «Батьківщина», ш. ім. Орджонікідзе, ш. ім. Фрунзе, ш. «Ювілейна», ш. ім. 50-річчя газети «Правда»), ш. «Нова» і ш. «Нова-Глибока» СхідГЗК-Ашурст (м. Жовті Води) з загальним економічним ефектом більш 268 тис. гривень (у цінах 2000 року).

Особистий внесок здобувача.

Автором сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи, наукові положення, обґрунтовані основні науково-технічні принципи, висновки та рекомендації. Як відповідальний виконавець, дисертант приймав безпосередню участь у проведенні досліджень, розробці нетрадиційних методів діагностики ДССПА, проведенні лабораторних та шахтних експериментів, натурних вимірів, розробці, випробуваннях та впровадженні технічних засобів і технологій на рудниках Норільська, Кривбасу і Жовтих Вод. Зміст дисертації викладено автором самостійно.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи докладалися, обговорювалися і отримали схвалення на науково-технічній конференції «Механіка і нові технології» (м. Севастополь, 1995 р.), на міжнародній конференції «Сучасні шляхи розвитку і технології переробки мінеральної сировини» (м. Дніпропетровськ, 1996 р.), на науково-технічному семінарі концерну «Укррудпром» «Апаратурні методи контролю стану гірничих виробіток і наявності заліза в руді на шахтах підприємств концерну» (м. Кривой Ріг, 1996 р.), на міжнародній конференції «Сучасні шляхи розвитку гірничого обладнання і технології переробки мінеральної сировини» (м. Дніпропетровськ, 1997 р.), на III Міжнародному симпозіумі «Механіка еластомірів - 99» (м. Дніпропетровськ, 1999 р.), на науково-практичній конференції «Сучасні проблеми і перспективи розвитку гірничої механіки» (м. Дніпропетровськ, 1999 р.), на наукових семінарах відділу гірничої термоаеродинаміки та автоматизованих систем ІГТМ НАН України (1997-1999 р.р.), та науковому семінарі ІГТМ НАН України (2000 р.).

Публікації.

Основний зміст дисертації опубліковано у 9 друкованих роботах, з яких 6 - у наукових фахових виданнях, у тому числі 5 особистих, 1 депонована та 2 тези доповідей.

Структура і обсяг роботи.

Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 129 найменувань, містить 248 сторінок, у тому числі 72 рисунків, 13 таблиць, 27 сторінок додатку.

Основний зміст роботи

армування експрес діагностика апаратура

У першому розділі наведено результати огляду та аналізу методів інструментальних спостережень і вимірів параметрів системи «підйомна посудина-жорстке армування». Для діагностики стану підйомного комплексу значний вплив має можливість визначення фактичних динамічних навантажень в елементах його устаткування, що пов'язано з необхідністю проведення великої кількості вимірів у промислових умовах. Такі дослідження проводилися В.М. Потураєвим, В.І. Дворніковим, В.І. Дирдою, Н.Г. Гаркушею, В.І. Бєлобровим, В.П. Надутим, В.І. Самусею, А.Е. Гавруцьким, С.Р. Ільїним, І.Б. Доржинкевичем, А.І. Самородовим та ін. При дослідженні системи «підйомна посудина-жорстке армування» у країнах СНД найбільше застосування одержали безпосередні виміри контактних зусиль. Навіть при теперішньому стані силозамірних датчиків цей метод не може бути використаний для експрес-діагностики через великі витрати часу на монтаж-демонтаж апаратури. На цей час в Україні та за кордоном доведено, що в умовах діючих стволів технічно простіше реалізується метод контролю плавності руху, який базується на вимірі прискорень горизонтальних коливань підйомної посудини. Дослідження з цього напрямку розвиваються у Німеччині, Польщі, Чехії і Словаччині.

Аналіз відомих технічних пристроїв для контролю жорсткого армування дозволив виявити мінімально достатній склад функцій для повної діагностики плавності руху підйомних посудин у провідниках жорсткого армування. Перша функція - перетворення параметрів кінематичної взаємодії підйомної посудини з провідником у нормований електричний сигнал. Друга функція - адресна прив'язка даних вимірів. Третя, що визначає структуру усієї апаратури, - накопичення і обробка результатів вимірів. По цим функціям у дисертації розглянуті основні технічні характеристики відомих приладів. Значну увагу приділено аналізу їх роботи і устрою, виявлені переваги та недоліки кожного. Зроблено систематизацію по засобах діагностики динаміки жорсткого армування і засобах виміру місцезнаходження підйомної посудини у стволі, визначені перспективні напрямки у дослідницьких та експериментальних роботах в Україні та за кордоном.

Встановлено, що існуючі приладові засоби створювалися для вирішення часткових задач, рішення яких на цей час неактуальне і не відповідає сучасним вимогам. Крім того, застосування цих засобів в умовах діючих стволів практично неможливе. На поточний час не існує методів і апаратури, які забезпечували б експрес-діагностику устаткування в умовах діючих стволів. Тому створення методів і технічних пристроїв експрес-діагностики динамічного стану системи є актуальним науково-технічним завданням, яке має важливе народногосподарське галузеве значення.

У другому розділі наведені виконані теоретичні дослідження взаємодії підйомних посудин з провідниками жорсткого армування стосовно до обґрунтування методів і технічних пристроїв ЕД ДССПА з метою зниження шахтних перешкод і забезпечення мінімальних габаритів та ваги портативної апаратури.

Для обґрунтування параметрів діагностичної апаратури і методів класифікації динамічних режимів взаємодії підйомних посудин з армуванням необхідно визначити граничні інтервали зміни параметрів цих режимів та амплітудно-частотних характеристик коливань підйомних посудин.

Для вирішення цієї задачі достатньо використати відому математичну модель динаміки системи «підйомна посудина-жорстке армування», обґрунтовану у роботах професорів В.І. Дворнікова, Н.Г. Гаркуші, С. Кавулока та провести нові дослідження методом чисельного експерименту.

У схемі прийнято, що підйомна посудина являє собою жорстке тіло, яке не деформується. На верхньому та нижньому поясах посудини встановлені пружні направляючі С₁-С₄ з нелінійною залежністю коефіцієнтів пружності від амплітуди коливань. При контакті башмаків з провідниками враховується відповідність того, що пружність опори дорівнює приведеній пружності системи «башмак-провідник» у місці контакту.

Диференціальні рівняння, що описують динаміку системи в лобовій площині провідників, мають вигляд:

(1)

де m - маса посудини; Х_с - переміщення її центру мас; - кут повороту посудини навколо центру мас; J_y - момент інерції посудини відносно центральної осі інерції, перпендикулярної лобовій площині; - сила початкового притиснення ролика до провідника; U_i - функція, що описує профіль провідника; - відстань від центру мас до верхніх направляючих посудини; b - відстань від центру мас до нижніх направляючих посудини; - нормований початковий зазор між робочими поверхнями укладки захисних башмаків і провідників; - жорсткість пружини i-ї роликоопори; - приведена жорсткість системи «i-й башмак - провідник», Х_i - переміщення башмаків підйомної посудини; - жорсткість i-ї направляючої, яка визначається так:

(2)

На основі чисельних експериментів, з використанням методу Рунге-Кута 4-го порядку, були промодельовані режими плавного і віброударного руху посудин, та режим з підвищеним тертям. При цьому урахуванням характерних розмірів уступів, у широкому діапазоні параметрів реальних підйомних посудин рудних стволів України.

З результатів експериментів були визначені діапазони та амплітудно-частотні характеристики діагностичних параметрів, що визначають тип динамічного режиму у системі «підйомна посудина-жорстке армування» (миттєві прискорення направляючих, контактні зусилля і їх тривалість, частоти). Виведені залежності (рис. 2), які дозволяють по виміряним значенням максимальних горизонтальних прискорень направляючих підйомної посудини на дільниці ствола та її маси, визначити тип режиму динамічної взаємодії з армовкою.

Таблиця 1. Максимальні прискорення направляючих, що характеризують режими взаємодії підйомної посудини з армуванням

Отримані результати дозволили обґрунтувати метод автоматичного визначення динамічного стану системи «підйомна посудина - жорстке армування», зміст якого полягає в тому, що перехід від плавного режиму руху підйомної посудини до віброударного і від віброударного до режиму «затирання» характеризується 1,5…2,0 - кратним перевищенням рівня максимальних лінійних прискорень. Алгоритм реалізації методу полягає в тому, що на першому етапі розраховуються максимальні прискорення при русі посудини в армуванні по інтерполяційній формулі для даної маси посудини і всіх трьох режимів руху. На другому етапі вимірюється фактичне прискорення. На третьому етапі порівнюються виміряне прискорення з розрахованим. На четвертому етапі за результатами порівняння робиться висновок про якісний тип динамічного процесу у системі та запис його параметрів на магнітний носій.

З метою мінімізації обсягу інформації і технічних засобів портативної апаратури, на підставі цього методу, розроблена методика первинної обробки даних динамічних вимірів, відповідно до якої створений алгоритм обробки заміряних лінійних прискорень, що враховує вплив параметрів і характер розподілу ділянок із порушеною плавністю руху і їх кількість по всій глибині даного ствола.

Моделюванням досліджуваних процесів встановлено, що перехід від плавного руху до віброударного характеризується перевищенням у 2,0…3,0 рази контактних зусиль відповідних значень плавного режиму руху.

На підставі того, що мінімально достатній діапазон вимірювання датчиків лінійних прискорень, потрібних для діагностики конкретної системи «підйомна посудина-жорстке армування», повинен дорівнювати максимальному значенню амплітуд прискорень направляючих, був обгрунтований вибір конкретних модифікацій датчиків МП-95.

При діагностиці армування тривалість контакту окремого башмака з провідником є характерною діагностичною ознакою і, зокрема, визначає мінімально припустиму частотну характеристику АЦП ЕД ДССПА, що може забезпечити необхідну точність виміру.

На підставі чисельних експериментів на моделі (1) була отримана залежність мінімальної тривалості контакту Т(m) башмака з провідниками від маси підйомної посудини:

Т(m)=9,51210^-4m+6,08310^-3, (3)

де m - маса підйомної посудини в тонах.

Ця залежність лінійна. Для надійної реєстрації ударного імпульсу цифровою апаратурою необхідно зареєструвати його параметри мінімум три рази за час імпульсу. Тому мінімально достатню частоту опитування треба визначати для кожної конкретної системи «підйомна посудина - жорстке армування» ствола, як F(m) ? 3/ Т(m).

З аналізу імовірних характеристик вирішено задачу автоматизованого відділення корисних сигналів на фоні шахтних перешкод при ЕД ДССПА. Встановлені рівні перевищення корисного сигналу над перешкодою, які забезпечують необхідну можливість вірного відділення сигналу для датчика підрахунку ярусів - мінімум у 4,63 рази і датчика лінійних перевантажень МП-95 - мінімум у 15 разів. Встановлено, що достатнім є десятирозрядний АЦП із подвійним інтегруванням. На підставі аналізу характеристик встановлено, що для забезпечення надійної роботи датчика підрахунку ярусів у складі апаратури необхідні датчики вертикальної швидкості та прилади для вимірювання часу проходження розстрілів. Для вимірювання динамічних параметрів підйомної посудини необхідні прилади коригування шляху для датчиків, які змонтовані на рівні нижніх башмаків.

У третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень елементів діагностичної апаратури і параметрів процесу взаємодії підйомних посудин з провідниками жорсткого армування: амплітуд та діапазонів зміни зусиль і лінійних прискорень, тривалості імпульсу при збудженні, зсуву фаз між сигналами різних датчиків.

Аналіз характеру просторових коливань підйомних посудин показує, що миттєві значення кінематичних параметрів мають певний розбіг по своїй фазі і їх максимальні значення не досягаються одночасно. Тому апаратура для їх реєстрації повинна бути підібрана по кількості вимірювальних каналів, типам головних і допоміжних датчиків, інерційності (що ними допускається) чутливості, діапазонам вимірів, місткості накопичувача інформації, швидкості розгортки сигналів і т.д.

Це виявило потребу створення узагальненої процедури дешифрування вихідного сигналу датчика МП-95, що виходить із розрахункової схеми кріплення датчика на корпусі підйомної посудини.

Математична модель, що описує динаміку електромеханічного перетворювача датчика МП-95 на підйомній посудині з урахуванням пружності кріплення його корпусу, має вигляд системи двох диференціальних рівнянь (4):

(4)

де лінійне прискорення корпусу МП-95; лінійне прискорення повзуна МП-95; швидкість руху повзуна; швидкість руху корпусу; переміщення повзуна; переміщення корпусу; переміщення підйомної посудини.

Аналіз взаємодії датчика МП-95 та підйомної посудини показав, що в силу достатньо малої власної частоти коливань датчика, доцільно застосувати жорстке кріплення корпусу датчика на підйомній посудині. У загальному випадку при горизонтальній установці вимірювальної осі датчика маємо відношення для залежності шуканого абсолютного горизонтального прискорення корпусу датчика від вихідного сигналу U_вих:

(5)

де- абсолютне горизонтальне прискорення підйомній посудині; - зміна вихідного електричного сигналу датчика МП-95, С - дисипація МП-95, К - жорсткість пружини МП-95, М_п - маса повзуна МП-95, К_тр - коефіцієнт динамічного тарування датчика МП-95.

На базі аналітичної залежності вихідного електричного сигналу датчика від функції зміни лінійного прискорення, що вимірюється проведеними дослідженнями, показано, що при використанні комп'ютерної високошвидкісної реєстрації електричного вихідного сигналу датчика МП-95 доцільно використовувати диференціальну залежність між вихідним електричним сигналом датчика, встановленого на підйомній посудині, та лінійним прискоренням його корпусу для будь-яких режимів взаємодії підйомних посудин із провідниками (5). Це суттєво підвищує точність вимірювань та дозволяє раціонально використати найбільш чутливу модифікацію МП-95 (±1,5g) для діагностики стану шахтного підйому, тому що полігармонічний характер процесу взаємодії перекриває дорезонансний, резонансний і зарезонансний режими роботи датчика МП-95 модифікації з діапазоном 1,5g у робочому діапазоні частот коливань підйомних посудин (0…10 Гц).

Проведені дослідження розбіжностей між результатами традиційного статичного і запропонованого (5) динамічного тарування у діапазоні робочих частот коливань підйомних посудин. Автором запропоновано нове поняття «алгебраїчна і диференціальна функція відновлення значення лінійного прискорення» для датчика МП-95. Метод калібрування апаратури з використанням динамічної тарувальної функції має перевагу над існуючим (статичним) тому, що забезпечує точність вимірювань до 7-9% для кожного датчика МП-95 у повному робочому діапазоні частот коливань підйомних посудин.

З метою визначення фактичних динамічних параметрів системи «підйомна посудина - жорстке армування» та порівняння їх результатів з теоретично визначеними, було проведено ряд експериментів на руднику «Таймирський» (Норільського гірничо-металургійного комбінату м. Норільськ) - реєстрація із стандартною світлопроменевою апаратурою та експериментально - цифровою, та рудниках України (ш. «Нова» СхідГЗК-Ашурст, м. Жовті Води, ш. ім. Фрунзе та ш. «Ювілейна» ВАТ «Суха Балка», ш. «Гвардійська-Південна» та ш. «Гвардійська-Нова» Кривбасруда, м. Кривий Ріг) по розробленим методикам. На кожному стволі вимірювання проводилися у діапазоні робочих швидкостей підйомних посудин від 4 до 12 м/c, мас підйомних посудин - від 11 до 93 т. На кожній підйомній посудині вимірювання горизонтальних та вертикальних прискорень направляючих проводились не менш, як на 6-8 робочих циклах з варіаціями по швидкості руху і масі. Поряд з цим проводились вимірювання динаміки підйомних посудин у режимах аварійного гальмування. Встановлено, що коли провідники армування мають невелике відхилення від вертикалі, і співудари посудин з провідниками незначні, то частота таких вібрацій не перевищує 3-4 Гц. У даному випадку датчик МП-95 модифікації 1,5g буде працювати у дорезонансному режимі акселерометра, тому що його власна частота знаходиться у межах _вл =143 Гц, цим і забезпечується потрібна точність при використанні формули статичного тарування. У стволах з порушеним армуванням і скривленнями, де частота коливань становить 7…8 Гц, при використанні формули статичного тарування пропонується датчик МП-95 модифікації -3,5…+10g з _вл =143 Гц. Для стволів, де використовуються легкі посудини масою менш ніж 15 т, та мають місце значні порушення і великі скривлення армування, треба використовувати датчик МП-95 з діапазоном 20g з _соб=233 Гц. Якщо використовувати датчик МП-95 з діапазоном 1,5g (найбільш чутливий), для відокремлення ділянок армування з порушеною плавністю руху посудин (профілем провідників) слід застосовувати формулу динамічного тарування (5). У цьому випадку необхідні диференціювання і згладжування вихідного сигналу перед диференціюванням для уникнення «шумів», час згладжування Дt = 0,155 сек. Необхідно також проводити вимірювання частоти коливань вихідного сигналу МП-95 і порівнювати при комп'ютерній обробці даних вимірювання з частотою власних пружних коливань повзуна МП-95. Результати порівнянь враховуються у вигляді зміни знака в закінченому значенні обчисленого миттєвого прискорення корпусу МП-95. Встановлено, що по отриманим даним eкспрес-діагностичних вимірювань визначається конкретна картина взаємодії направляючих підйомної посудини і жорсткого армування з адресацією до конкретного ярусу.

По результатам комп'ютерної обробки даних встановлено, що частота горизонтальних коливань підйомних посудин знаходиться у межах 0,1…10 Гц; мінімальна тривалість контакту направляючих з провідниками - 0,01…0,10 с; контактне зусилля - 0…50 кН; горизонтальні прискорення - 1,5g; розбіг фаз між датчиками прискорень направляючих - 0,05…0,10 с. При коливаннях підйомної посудини під час аварійного гальмування амплітуди вертикальних прискорень перевищують 5 м/c², тому до їх реєстрації потрібен датчик МП-95 з діапазоном -2…+5 g.

У четвертому розділі на базі аналізу технічних умов вимірювання динамічних параметрів системи «підйомна посудина - жорстке армування» встановлено, що ЕД ДССПА повинна мати не менш, ніж сім зовнішніх вимірювальних каналів: шість аналогових і один бінарний. Розроблено вихідні дані для алгоритму проектування комп'ютерних систем ЕД ДССПА, які раціонально розподіляють функції між апаратною і програмною частинами. Обгрунтовано два типи створення апаратури ЕД ДССПА. На їх основі створені експериментальні зразки: портативний однозадачний комплекс для діагностики плавності руху противаг у провідниках жорсткого армування і комплекс для системної діагностики ШПУ.

Промислові випробування і впровадження розроблених технічних засобів здійснено в умовах ствола КС-3 рудника «Таймирський» Норільського гірничо-металургійного комбінату, у шахтах Кривбасу (ш. ім. Леніна, ш. «Гвардійська-Південна», ш. «Гвардійська-Нова», ш. «Зоря», ш. «Жовтнева», ш. «Батьківщина», ш. ім. Орджонікідзе, ш. ім. Фрунзе, ш. «Ювілейна», ш. ім. 50-річчя газети «Правда»), ш. «Нова» і ш. «Нова-Глибока» СхідГЗК-Ашурст (м. Жовті Води) з загальним економічним ефектом більш 268 тис. гривень (у цінах 2000 року).

Встановлено, що як для повільного, так і для віброударного режимів взаємодії, максимальні амплітуди прискорень направляючих підйомних посудин мають розбіг між значеннями, які одержані з діагностичних вимірів та теоретичних розрахунків, не більше 25%.

Достовірність наукових положень, обгрунтованість висновків і рекомендацій визначається, коректнім використанням випробуваних методів класичної механіки, теорії ймовірності і математичної статистики, задовільною збіжністю результатів теоретичних розрахунків з даних лабораторних (похибка 7-9%) та промислових експериментів (похибка менш 25%).

Висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою по вирішенню важливої для народного господарства і актуальної для гірничого виробництва наукової задачі, яка полягає в розробці методів і технічних пристроїв діагностики динамічного стану системи «підйомна посудина-жорстке армування», шляхом розробки та обґрунтування класифікації і граничних параметрів динамічних станів системи, на базі яких із застосуванням комп'ютерних технологій створені нові методи і технічні рішення, що дозволяють підвищити безпеку експлуатації глибоких шахтних стволів.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному.

1. Встановлено, що існуючі прилади контролю створювалися для вирішення локальних, окремих задач і не відповідають сучасним вимогам. Відсутні вимоги до апаратури ЕД ДССПА, що не дозволяє забезпечити потрібну ступінь безпеки підйомних приладів з продовженими строками служби і значною ступеню зносу.

2. Розроблені критерії ідентифікації та методи визначення режимів роботи підйомної установки (плавного, віброударного, з підвищеним тертям) по максимальним лінійним прискоренням підйомної посудини і розміру максимальних контактних зусиль взаємодії підйомної посудини та провідників армування, враховуючих масові характеристики підйомної посудини.

3. Обґрунтовані необхідні діапазони параметрів ЕД ДССПА: частота знаходиться у межах 0,1…10 Гц; мінімальна тривалість імпульсу - 0,01…0,10 с; зусилля - до 50 кН; горизонтальні прискорення - 1,5g; розбіг фаз між датчиками - 0,05…0,10 с; переміщення підйомної посудини у жорстких провідниках - не більше 20 мм.

4. Визначено раціональний тип АЦП для ЕД ДССПА, його розрядність (10-12) і частоту опитування АЦП (34,4 Гц), що забезпечують необхідні точностні характеристики виміру параметрів коливання підйомної посудини.

5. Встановлено, що апаратура ЕД ДССПА для контролю плавності руху повинна мати мінімум сім зовнішніх каналів: для вимірювання шість аналогових і один бінарний. Шість датчиків лінійних прискорень встановлюються по два у боковому напрямі на кожній направляючій і по одному у лобовій площині провідників, на рівні верхніх та нижніх башмаків підйомної посудини. Один датчик пройденого шляху (підрахунку ярусів) встановлюється на рівні верхніх башмаків.

6. Обґрунтована можливість і визначена галузь застосування параметричного ряду модифікацій датчика МП-95 (датчика лінійних перевантажень) для вимірювань в апаратурі ЕД ДССПА.

7. Отримана формула динамічного тарування модифікації датчика МП-95 (з чутливістю ±1,5g) для розрахунку значення лінійного прискорення підйомної посудини у масштабі реального часу по виміряному електричному сигналу.

8. Встановлено, що для надійної роботи датчика підрахунку ярусів у складі апаратури ЕД ДССПА необхідні: датчик миттєвої вертикальної швидкості, прилади для вимірювання часу проходження розстрілів та прилади корекції шляху для датчиків, закріплених на рівні нижніх башмаків.

9. Розроблено методику та алгоритм первинної обробки у реальному масштабі часу даних вимірювань плавності руху підйомної посудини, які враховують вплив параметрів і характер розподілу ділянок з порушеною плавністю руху підйомної посудини та їх кількість по всій глибині ствола.

10. Для автоматизованого виділення корисних сигналів на фоні шахтних перешкод при діагностиці плавності руху підйомних посудин встановлені необхідні рівні перевищення корисного сигналу над перешкодами, які забезпечують необхідну можливість вірного виділення сигналу для датчика підрахунку ярусів - мінімум у 4,63 рази і датчика лінійних перевантажень МП-95 мінімум - у 15 разів.

11. Встановлено, що результати експрес-діагностичних вимірювань відображають конкретну картину взаємодії направляючих підйомної посудини і жорсткого армування з адресацією до конкретного ярусу.

12. Встановлено, що для тензометричних вимірювань частота опиту датчиків блоком аналого-цифрового перетворення (АЦП) апаратури ЕД ДССПА визначається на основі залежності мінімальної тривалості контакту запобіжних башмаків підйомної посудини і жорсткого армування від його масових характеристик.

13. Обсяг цифрової інформації, яка записана на протязі робочого циклу (час від початку руху до зупинки підйомної посудини), на усіх швидкостях і ділянках ствола (до 1600 м) не перевищує 800 Кб, що дає змогу застосувати гнучкі магнітні дискети (1,2 Мб) для оперативної реєстрації інформації.

14. Результати роботи використані в «Інструкції по вимірюванню вібрації скіпів, клітей і противаг при контролі плавності їх руху у провідниках жорсткого армування глибоких стволів», «Програмі і методиці проведення експериментальних робіт по контролю плавності руху підйомних посудин у промислових умовах рудників Кривбасу за допомогою акселерометрів та портативної мікропроцесорної станції «МАК-1» та «Тимчасовій інструкції по впровадженню апаратури контролю прискорень підйомних посудин (МАК-1) при їх взаємодії з провідниками жорсткого армування шахтних стволів», затверджених концерном «Укррудпром». Промислові випробування і впровадження розроблених технічних засобів здійснено в умовах ствола КС-3 рудника «Таймирський» Норільського гірничо-металургійного комбінату, у шахтах Кривбасу (ш. ім. Леніна, ш. «Гвардійська-Південна», ш. «Гвардійська-Нова», ш. «Зоря», ш. «Жовтнева», ш. «Батьківщина», ш. ім. Орджонікідзе, ш. ім. Фрунзе, ш. «Ювілейна», ш. ім. 50-річчя газети «Правда»), ш. «Нова» і ш. «Нова-Глибока» СхідГЗК-Ашурст (м. Жовті Води) з загальним економічним ефектом більш 268 тис. гривень (у цінах 2000 року).

Основні положення і результати дисертації опубліковані в роботах

1. Лопатин В.В. Динамика измерительного устройства МП-95 при контроле плавности движения подъемных сосудов шахтных подъемных установок // Всеукраинский научно-технический журнал «Вибрации в технике и технологиях». -1998. - №3 (7). - С. 84-85.

2. Лопатин В.В. Математическая модель сигнала при контроле плавности движения подъемного сосуда в проводниках жесткой армировки // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / НАН Украины ИГТМ: - Днепропетровск, 1999. - Вып.11. - С. 348-351.

3. Лопатин В.В. Статистическая задача и критерий оптимальности выделения полезного сигнала в системе диагностики шахтных подъемных установок на фоне помех // Горная электромеханика и автоматика: Межвед. сб. науч. трудов / НГАУ: - Днепропетровск, 1999. - Вып. 2 (61). - С. 80-83.

4. Лопатин В.В. Выделение сигнала датчика подсчета ярусов в измерительной системе диагностики шахтных подъемных установок // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / НАН Украины ИГТМ: - Днепропетровск, 1999. - Вып.15. - С. 45-52.

5. Ильин С.Р., Лопатин В.В. Критерий оценки динамических режимов взаимодействия подъемных сосудов с проводниками жесткой армировки шахтных стволов // Cистемные технологии: Региональный межвуз. сб. науч. тр.: - Днепропетровск, 2000. - Вып.9. - С. 43-48.

6. Лопатин В.В. Выделение сигнала на фоне помех при диагностике плавности движения подъемного сосуда // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / НАН Украины ИГТМ: - Днепропетровск, 2000. - Вып.22. - С. 148-151.

7. Ильин С.Р., Лопатин В.В., Послед Б.С. Опыт использования акселерометров для контроля процесса динамического взаимодействия между коробчатыми проводниками и направляющими клети со ступенчатой функцией жесткости. - Деп. в ГНТБ Украины. 03.01.95. - №40. - Ук 95. 22 с. Библиогр. 8 назв., 9 рис.

8. Ильин С.Р., Лопатин В.В., Послед Б.С. Компьютерная система диагностики подземного оборудования шахтных подъемных установок // Тез. докл. науч. - техн. конф. «Механика и новые технологии». - 5-10 сентября 1995 г.: - Севастополь: Сев. ГТУ, 1995. - С. 63-66.

9. Ильин С.Р., Послед Б.С., Лопатин В.В. Портативная многозадачная микропроцессорная станция для диагностического контроля подземного оборудования шахтных подъемных установок // Тез. докл. Международной конф. «Современные пути развития горного оборудования и технологий переработки минерального сырья». - Днепропетровск, 1996. - С. 59-60.

Размещено на Allbest.ru