Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут геотехнічної механіки

ім. М.С. Полякова

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

НАУКОВЕ обгрунтування ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ стрічкових конвеєрів ДЛЯ АДАПТАЦІЇ ЇХ До РІЗНИХ умов експлуатації

МОНАСТИРСЬКИЙ Сергій Віталійович

УДК [622.647.2:622.023.65](043.3)

05.05.06 - “Гірничі машини”

Дніпропетровськ - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (ІГТМ НАН України)

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Дирда Віталій Іларіонович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, завідувач відділу

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Оксень Євген Іванович, Горлівський автомобільно-дорожній інститут Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України, заст. директора з наукової роботи

кандидат технічних наук, доцент Корнєєв Сергій Васильович, Українська інженерно-педагогічна академія Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри гірничої електромеханіки

Провідна установа: Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, кафедра транспортних систем і технологій

Захист дисертації відбудеться 5 жовтня 2007 р. о 1330 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а, факс (0562) 462426

З дисертаційною роботою можна ознайомитися в бібліотеці Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а

Автореферат розісланий 4 вересня 2007 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук

В.Г. Перепелиця

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Промисловість України значною мірою заснована на сировинних галузях, що включають об'єкти гірничодобувної і збагачувальної промисловості. Питання вибору і застосування передових технологій видобутку та переробки корисних копалин є особливо актуальними з поглибленням кар'єрів нижче 300 метрів, оскільки традиційні види циклічного транспорту - автомобільного і залізничного - знижують свої економічні показники, а ефективність застосування циклічно-потокової (ЦПТ) і потокової (ПТ) технологій зростає через упровадження конвеєрного транспорту, який дозволяє зв'язати в єдиний послідовний ланцюг устаткування кар'єрів та збагачувальних фабрик.

Сучасне конвеєробудування не забезпечує необхідну якість стрічкових конвеєрів, про що переконливо свідчить структура їх простоїв: 35% - з технологічних причин та планово-запобіжних ремонтів; 65% - аварійні простої, обумовлені ненадійністю окремих вузлів, причому половина з них - відмови роликоопор, стрічок та завантажувальних пристроїв. Невідповідність виробничої якості споживчій призводить до додаткових капітальних та експлуатаційних витрат.

В Україні, країнах СНД та за кордоном проводяться інтенсивні роботи зі створення конструкцій конвеєрів нової виробничої та споживчої якості, а також дослідження параметричної та експлуатаційної їх надійності. Незважаючи на значний обсяг виконаних наукових робіт, сьогодні залишаються невирішеними питання впливу різноманіття умов експлуатації, вібрації, структури насипних вантажів, параметрів конвеєрів та завантажувальних пристроїв, енергоспоживання на показники споживчої якості: технічні, економічні, ергономічні, надійності. Крім того, відсутні окремі компоненти (динамічні моделі вузлів конвеєра, математичні моделі “зовнішньої” дії насипних вантажів різної структури та критерії відмов), необхідні для моделювання виробничої якості. Це призводить до значної похибки при порівняльній оцінці якості конвеєрів за даними експлуатації та на стадії проектування. Тому дана робота актуальна як така, що спрямована на вирішення науково-практичної задачі обґрунтування значущих показників якості стрічкових конвеєрів і визначення їх значень на основі закономірностей, отриманих для різних умов експлуатації, з метою обґрунтованого вибору раціональних параметрів стрічкового конвеєра та адаптації його конструкції до заданих умов з урахуванням динаміки взаємодії з насипним вантажем, характеристик вібрації, ресурсу стрічки, типу завантажувальних пристроїв і економічної доцільності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до програми “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології”, затвердженої Постановою Верховної Ради України від 16 жовтня 1992 р. № 2705 - 811, держбюджетних НДР № 15 “Розробити наукові основи створення засобів безперервного транспорту загального і спеціального призначення нового технічного рівня” (№ держреєстрації 0196UU0006762), що виконувалась за постановою Бюро відділення механіки НАН України (протокол № 6 від 07.12.95 р.), і “Дослідження взаємодії елементів гірничих машин з насипним вантажем”, яка виконувалась в МПТІ ЯДУ в 1995-1999 роках на замовлення Міністерства вищої освіти РФ і програми “Якість основної продукції підприємств АК “АЛРОСА”.

Мета роботи - обґрунтування значущих показників якості та закономірностей їх зміни від коефіцієнта трудності експлуатації (Кт) для виявлення ненадійних вузлів та їх адаптації до умов експлуатації.

Ідея роботи полягає у комплексному врахуванні впливу умов експлуатації стрічкових конвеєрів на показники якості.

Для досягнення поставленої в роботі мети були сформульовані такі задачі:

1. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень встановити значущі показники якості стрічкових конвеєрів та закономірності їх зміни залежно від коефіцієнта трудності експлуатації.

2. Дослідити споживчу якість стрічкових конвеєрів за одиничними та узагальненими показниками.

3. Змоделювати інтенсивність можливих відмов вузлів стрічкових конвеєрів з урахуванням умов експлуатації.

4. Розробити методику визначення показників якості стрічкових конвеєрів для різних умов експлуатації. Упровадити результати роботи.

Об'єкт досліджень - процес транспортування насипних вантажів стрічковим конвеєром у різних умовах експлуатації.

Предмет досліджень - закономірності зміни показників якості стрічкових конвеєрів, що експлуатуються на гірничих підприємствах України та СНД.

Методи досліджень. Робота виконана на основі комплексного підходу. При визначенні показників надійності за даними експлуатації і діагностики застосовувалися методи математичної статистики. Економічні показники роботи конвеєра визначалися за допомогою методів оптимізації витрат на транспортування насипних вантажів. Динамічні моделі вузлів конвеєра були розроблені із застосуванням методів класичної механіки, а моделі “зовнішньої” дії - на основі методів теорії сипкого середовища. При моделюванні можливих відмов використовувався числовий метод Рунге-Кутта. В експериментальних дослідженнях застосовувалися методи вібродіагностики та тензометрії. Статистична обробка отриманих результатів виконувалася за допомогою методів математичної статистики і програмного забезпечення Ехсеll, MathCAD, “Статистика”, “Потік”, “Якість”.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Уперше при обґрунтуванні якості стрічкових конвеєрів використано комплекс закономірностей, що дозволяють визначити значення значущих показників якості для різних гірничотехнічних умов за даними експлуатації та моделювання.

2. Розроблено ймовірнісні моделі надійності, що дають змогу прогнозувати значення її показників у часі з урахуванням коефіцієнта трудності експлуатації.

3. Уперше вирішено задачі мінімізації енергоспоживання приводом стрічкового конвеєра, зношення стрічки і завантажувальних пристроїв, що враховують параметри конвеєра і навантаження від насипного вантажу різного гранулометричного складу та дозволяють обґрунтовано вибрати економічні показники якості.

4. Уперше експериментально підтверджено основні компоненти моделей “зовнішньої” дії насипного вантажу залежно від коефіцієнта трудності експлуатації: інтервал між крупними шматками, розподіл мас шматків, коефіцієнт динамічної взаємодії, час кореляції між випадковими величинами навантаження від насипного вантажу, швидкість руху вантажу в різних завантажувальних пристроях.

5. Уперше запропоновано оцінювати якість проектованих конвеєрів за змодельованою інтенсивністю можливих відмов їх вузлів з урахуванням структурної надійності.

6. Експериментально встановлено, що середньоквадратичне значення (СКЗ) віброшвидкості на рівні стояння стрічкових конвеєрів змінюється за степеневим законом залежно від Кт.

Основні наукові положення, що виносяться на захист:

1. Показники експлуатаційної надійності стрічкових конвеєрів змінюються залежно від коефіцієнта трудності експлуатації: напрацювання на відмову (час відновлення відмови) - за поліноміальним законом другого ступеня; ймовірність безвідмовної роботи у часі - за експоненціальним законом, при цьому точкова оцінка л змінюється від 1,0х10-4 до 1,76х10-4 1/хв залежно від Кт; узагальнені показники надійності (Кг, Ктв, Кв) - за лінійним законом.

2. При транспортуванні насипних вантажів горизонтальним стрічковим конвеєром мінімальне енергоспоживання забезпечується у сфері зміни кутів набігання стрічки на ролик 5…40, які залежно від натягнення стрічки змінюються за степеневим законом.

3. Ресурси стрічки і завантажувального пристрою змінюються в залежності від функції мети (квадрат різниці швидкостей вантажу і стрічки) та середньої швидкості руху вантажу в жолобі за гіперболічними законами, параметри яких залежать від довжини конвеєра і типу вантажу, що транспортується. При цьому максимальні значення ресурсу стрічки досягаються за умови, що різниця проекцій швидкостей стрічки і вантажу на площину її руху у момент контакту не повинна перевищувати 0,1...0,2 швидкості стрічки.

Практичне значення:

1. Розроблено “Методику визначення якості стрічкових конвеєрів за узагальненими показниками”, що включає отримані у роботі закономірності зміни показників якості, моделі надійності та метод моделювання можливих відмов вузлів конвеєра, яка використовується інститутом Якутніпроалмаз (відділ збагачення) при обґрунтуванні споживчої якості розподільних конвеєрів фабрики № 12 УЗКа та в ІГТМ НАН України (відділ транспорту) при обґрунтуванні типу роликоопор конвеєра Балаклавського рудоуправління і підприємств Кривбасу (Північного ГЗК, НКГЗК, ЦГЗК).

2. Розроблено “Рекомендації з вибору параметрів ресурсозберігаючих технологій конвеєрної доставки скельних порід”, що включають отримані у роботі математичні моделі для визначення терміну служби конвеєрних стрічок завантажувальних пристроїв у різних умовах експлуатації і енергоспоживання приводом стрічкового конвеєра при транспортуванні насипних вантажів, які передано Інституту проблем природокористування та екології НАН України і використано при виконанні досліджень з тематики інституту.

Реалізацію результатів роботи здійснено на конвеєрах Кривбасу, Балаклавського рудоуправління та підприємств АК “АЛРОСА”. Впровадження рекомендацій роботи з вдосконалення вузлів конвеєрів дозволило отримати економічний ефект на суму 70 000 у.о.

Достовірність наукових досліджень, висновків та рекомендацій підтверджується прийнятими допущеннями при формалізації моделей, які базуються на основних положеннях механіки твердого тіла, статистики, теорії сипкого середовища, статистичної динаміки; представницькими вибірками результатів статистичних і експериментальних досліджень, сучасними методами і засобами вимірювання, що дозволило визначити досліджувані параметри з імовірністю 0,95. Адекватність розроблених моделей реальним умовам підтверджується порівнянністю результатів теоретичних, статистичних і експериментальних досліджень з похибкою не більш ніж 15…20%; високою точністю апроксимації даних експлуатації з достовірністю R2 = 0,95…0,98; промисловою перевіркою розроблених рекомендацій дисертаційної роботи на стрічкових конвеєрах, експлуатованих на гірничих підприємствах у різних умовах. Відтворюваність одержаних результатів забезпечується використанням стандартних приладів, типової апаратури і методів вимірювання.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні результати роботи докладалися та схвалені на IV і V Конгресах збагачувачів країн СНД (м. Москва, 2002, 2004 рр.), на IX, Х і XI міжнародних конференціях “Машинобудування і техносфера” (м. Донецьк, 2002-2004 рр.), на Міжнародних конференціях “Тиждень гірника”, (м. Москва, 2004 р.), “Наука про землю” (м. Москва, 2005 р.), “Проблеми та перспективи комплексного освоєння родовищ корисних копалини кріолітозони” (м. Якутськ, 2005 р.).

Особистий внесок автора в дисертаційну роботу: формулювання мети, ідеї, наукових положень; постановка та вирішення задач досліджень; участь у створенні методичного, інформаційного і програмного забезпечення для дослідження якості стрічкових конвеєрів; розробка методики експериментальних досліджень і методу визначення можливих відмов на стадії проектування; аналіз і узагальнення отриманих результатів. Текст дисертації викладено автором особисто.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 15 друкованих робіт, у тому числі 7 у наукових фахових виданнях. Результаті роботи захищено 2 авторськими свідоцтвами.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел із 140 найменувань та 10 додатків; містить 170 сторінок машинописного тексту, у тому числі 73 рисунки, 19 таблиць, 20 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

якість стрічковий конвеєр

У першому розділі наведено результати аналізу досвіду експлуатації стрічкових конвеєрів у різних умовах та науково-дослідних робіт з питань вибору параметрів конвеєра, на підставі яких зроблено висновки, сформульовано мету і задачі досліджень.

Результати досліджень надійності та ефективності роботи конвеєрів широко представлені в технічній літературі. Суттєвий внесок у розвиток науки транспортування вантажів стрічковими конвеєрами у складі ЦПТ та ПТ зробили роботи, що виконувалися в Національному гірничому університеті України, Московському державному гірничому університеті, Санкт-Петербурзькому державному гірничому інституті ім. Г.В. Плеханова (технічний університет), Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Донецькому державному технічному університеті, Київському національному технічному університеті будівництва і архітектури, Криворізькому державному технічному університеті, Політехнічному інституті Якутського державного університету, в УкрНДІпроекті, ВНДІПТМАШі, ДОНЕЦЬКГОРМАШі. Конвеєри загального призначення та спеціальної конструкції випускаються Маріупольським та Сизранським заводами, Ново-Краматорським заводом важкого машинобудування, фірмами “Крупп”, “Маннессман”, “Континенталь” та ін.

Огляд наукових досліджень показав, що методи і засоби створення та вдосконалення конвеєрів розроблено для конкретних гірничих підприємств. Проте умови експлуатації відрізняються великим різноманіттям (коефіцієнт трудності експлуатації Кт дорівнює 80…160 балів). Звідси виникає наукова задача - обґрунтування значущих показників якості стрічкових конвеєрів та визначення їх значень на основі закономірностей, отриманих для різних умов експлуатації, з метою вибору раціональних параметрів стрічкового конвеєра та адаптації його конструкції до заданих умов з урахуванням динаміки взаємодії з насипним вантажем, характеристик вібрації, ресурсу стрічки та типу завантажувальних пристроїв.

Розв'язком зазначеної задачі є порівняльний аналіз якості існуючих або проектованих конвеєрів, для вирішення якої визначається сукупність значущих показників якості, встановлюються закономірності зміни цих показників залежно від коефіцієнта трудності експлуатації та розробляються компоненти для моделювання можливих відмов.

У другому розділі роботи наведено дослідження, результати яких дозволяють визначити з усього стандарту показників якості продукції (СПЯП) значущі показники якості стрічкових конвеєрів (показники експлуатаційної надійності, ергономічності, економічності роботи конвеєрів, технічних параметрів тощо) та науково обґрунтувати їх значення для різних умов експлуатації, що враховуються Кт. Значення Кт визначалися за допомогою методу експертних оцінок та складають для підприємств України: Балаклавське Р/У - 82, Північний ГЗК - 109, ЦГЗК, ІНГЗК - 117 балів; для підприємств Якутії: МГЗК - 127, УГЗК - 150, АГЗК - 155 балів. Закономірності зміни значущих показників експлуатаційної надійності конвеєрів (безвідмовності, ремонтопридатності, довговічності та узагальнених коефіцієнтів надійності) наведені на рис.1.

Встановлено, що зі збільшенням Кт від 80 до 155 балів загальна кількість відмов і часу відновлення підвищується на 15…20% (рис. 1, а, б), а раптові відмови складають до 70…80% від загальної кількості аварійних. Значення математичного очікування та середньоквадратичного відхилення напрацювання на відмову конвеєрів, що експлуатуються в однакових умовах, лежать в межах довірчого інтервалу з коефіцієнтом значущості 0,05 та відрізняються між собою не більше ніж на 20...25%. Отже, вибірки відмов конвеєрів статистично однакові (належать генеральній вибірці) і підкорюються тим самим законам розподілу випадкових величин ймовірності безвідмовної роботи (експоненціальний - рис. 1, в) та відновлення (експоненціальний - рис. 1, г). Оцінки параметрів експоненціального закону для однакових Кт при довірчій імовірності 0,95 розрізняються на 10…15%. З підвищенням Кт значення узагальнених коефіцієнтів надійності знижуються нижче нормативних (Кг = 0,96): Кг = 0,925; Ктв = 0,880; Кв = 0,850 (рис. 2). Таким чином, підтверджено перше наукове положення, а саме показники експлуатаційної надійності стрічкових конвеєрів змінюються залежно від коефіцієнта трудності експлуатації: напрацювання на відмову (час відновлення відмови) - за поліноміальним законом другого ступеня; ймовірність безвідмовної роботи у часі - за експоненціальним законом, при цьому точкова оцінка л змінюється від 1,0х10-4 до 1,76х10-4 1/хв залежно від Кт; узагальнені показники надійності (Кг, Ктв, Кв) - за лінійним законом.

Обґрунтування ергономічного та технічного показників якості приводів стрічкових конвеєрів виконувалося на базі фізико-імовірнісного аналізу експериментальних даних з вібродіагностики конвеєрів, що працюють у тяжких умовах експлуатації на збагачувальних фабриках Мирного (Кт = 127 балів), Удачного (Кт = 150 балів), Айхала (Кт=155 балів). За допомогою сучасного віброкомплекса PL-2 (Великобританія) згідно з розробленою методикою вимірювалися вібропереміщення та віброшвидкості елементів приводів і фундаментів конвеєрів.

За наслідками осцилографування процесу вібрації були розраховані математичне очікування, середньоквадратичне відхилення та максимальне значення СКЗ віброшвидкості за умови його нормального розподілу. Розрахункові значення Amax для досліджуваної групи конвеєрів склали на фундаментах 0,283…0,451 мм/с, на підшипниках швидкохідних валів - 0,332…0,649 мм/с, на підшипниках тихохідних валів - 0,4…0,5 мм/с. На спектрах СКЗ віброшвидкості - діапазон частот 0…900 Гц - найбільші її значення виникають на частотах, відповідних до основних частот елементів підшипників (4…113 Гц), швидкохідних (300 Гц), проміжних (180 Гц), тихохідних (55 Гц) зубчастих передач та кратних гармонік. При цьому максимальні значення СКЗ віброшвидкості на підшипниках швидкохідних валів досліджуваних конвеєрів досягають 0,65 мм/с, на підшипниках проміжних і тихохідних валів не перевищують 0,5 мм/с, на перекриттях (власна частота 12,5 Гц) складають до 0,25 мм/с. Поява резонансних явищ на фундаментах конвеєрів малоймовірна, оскільки їх власна частота істотно відрізняється від частот зовнішньої дії.

Для оцінки ергономічного показника якості конвеєра була прийнята вібраційна характеристика Кер = |(Amax - Ac)| / Ac, де базове значення Ac = 5,6 мм/с відображає ті санітарні норми, що діють зараз.

Для оцінки впливу вібрації елементів приводів був прийнятий коефіцієнт технічного стану КТП = Аб / Аmax, де базове значення Аб = 0,4…2,54 мм/с характеризує відмінний технічний стан для досліджуваної групи конвеєрів.

Значення СКЗ віброшвидкості на фундаментах стрічкових конвеєрів (рис. 3, а) підкоряються степеневому закону та підвищуються зы збільшенням Кт, що призводить до зниження ергономічного показника (рис. 3, б).

Економічні показники якості обґрунтовувалися вирішенням задач мінімізації енергоспоживання, оптимізації терміну служби стрічки та завантажувальних пристроїв стрічкових конвеєрів. Енергоємність транспортування насипних вантажів у загальному вигляді визначається як , де Vл - швидкість стрічки; - максимальне натягнення стрічки на приводному барабані; Sсц - мінімальне натягнення стрічки, що забезпечує зчеплення стрічки з барабаном; L - довжина конвеєра; в - кут нахилу конвеєра; Wpi(t) - опір руху стрічки. Під дією сили приводу долається опір руху стрічки, на кожній роликоопорі відбувається процес деформації стрічки з вантажем [qл + +qгр(t)] та зміна форми поперечного перерізу вантажу, що супроводжується його підйомом у межах площі Fi, значення якої залежить від натягнення стрічки S. Для конвеєрів, що транспортують крупношматковий вантаж, при = 0 Wpi(t) визначається як:

, (1)

, . (2)

(3)

де та - відповідно площі перерізу деформацій бічної та середньої частини стрічки; ; Lp - термін служби роликів; Ср, Сэ - вартості відповідно ролика та електроенергії; Np - кількість роликів.

Величина Fi визначалася за умови, що стрічка жолоба шириною Bл - короб, який складається з трьох взаємозв'язаних пластин шириною Bл/3 і довжиною lp. Кожна пластина має вигляд бруса малої жорсткості, розтягнутого силами S, максимальні прогинання якого залежать від “балочних” моментів Mиз б і Mиз ср. На рис. 4 наведена залежність мінімального кута min від S, з якої видно, що значення min змінюється в межах 5є…45о для натягнення стрічки . Максимальне натягнення стрічки у цьому випадку приймалося за умови, що її пластична деформація не повинна перевищувати хід натягача.

Ресурс конвеєрної стрічки визначався як , де об - товщина верхнього обкладання стрічки; na - кількість обертів стрічки за годину, при кожному з яких відбувається рівномірне зношення її поверхні на шляху гальмування Sтор вантажу на стрічці; J - інтенсивність лінійного зношення; - коефіцієнт навантаження стрічки. За умови, що кінетична енергія падаючого з висоти Н вантажу дорівнює роботі сил тертя, маємо:

, (4)

де - проекція швидкості завантаження насипного вантажу на стрічку; fтр - коефіцієнт тертя між стрічкою та вантажем.

Рівняння мети приймалося у вигляді при обмеженнях для qгр, Vгр, fтр, H. Розглядалися прямоструменне завантаження конвеєра та з жолоба завантажувального пристрою різного профілю. Розв'язання задачі оптимізації ресурсу стрічки виконували числовим способом за допомогою розробленого програмного забезпечення, що дозволяє варіювати параметрами пункту перевантаження. Результати досліджень наведені на рис. 6, а, б.

Встановлено, що ресурс конвеєрної стрічки залежно від змінюється за гіперболічним законом у межах 0,5…2,5 років при прямоструменному завантаженні та 0,5…7 років - при застосуванні завантажувальних пристроїв.

Мінімізація витрат на підтримку завантажувальних пристроїв у працездатному стані виконувалася за критерієм вартості Cзаг min, значення якої розраховувалось як сума капітальних та експлуатаційних витрат, що доводяться на 1 рік. Капітальні витрати

Ккап =СкКв/Ктс

де Ск - витрати на виготовлення завантажувального пристрою;

Кв = 0,15 - коефіцієнт вкладень;

Ктс - коефіцієнт удосконалення конструкції завантажувальних пристроїв, який визначається за даними експлуатаційної надійності з урахуванням структурної схеми вузлів конвеєра; розрахункові значення Ктс для стрічкових конвеєрів з Кт =127 і 155 балів відповідно дорівнюють 0,86 та 0,89. Експлуатаційні витрати визначалися з урахуванням зношення елементів завантажувальних пристроїв під впливом насипного вантажу:

Эз = Ск/Тзаг

Ресурс завантажувального пристрою

,

ж - товщина жолобу;

hж - припустима товщина жолобу за критерієм міцності;

J - інтенсивність лінійного зношення матеріалу жолобу;

- коефіцієнт навантаження жолобу;

середня швидкість руху вантажу по жолобу, Vжсх, Vжвх - відповідно швидкості вантажу в точці контакту з жолобом та при відриві від нього, що розраховуються числовим способом залежно від параметрів пункту завантаження, завантажувального пристрою і стрічкового конвеєра.

Завдання визначення експлуатаційних витрат зводиться до мінімізації зношення жолобу під дією насипного вантажу. Варіювання значеннями Vжвх, Vжсх та Vcp досягалося зміною кута атаки вантажем жолобу і форми його профілю. При цьому враховувався гранулометричний склад та вид вантажу.

Встановлено (рис. 7), що ресурс завантажувальних пристроїв визначається типом насипного вантажу і залежно від Vcp змінюється за гіперболічним законом у межах 1500…12000 год. Ділянка найкращих значень Vcp, при яких стрічка зношується мінімально, буде (0,8…0,9)Vл.

У третьому розділі обґрунтовано підхід до вибору технічних рішень на стадії проектування для заданих умов відповідно до інтенсивності можливих відмов вузлів конвеєрів. Апріорний вибір технічних рішень припускає розробку структурної схеми вузлів конвеєра з причинно-логічними зв'язками між його елементами, а також математичних моделей вузлів, “зовнішньої” дії та критеріїв можливих відмов.

Модель взаємодії конвеєрного вузла із “зовнішньою” дією може бути подана у вигляді неоднорідного диференціального рівняння вигляду: L(y) = F(t), де L(y) - оператор динамічної моделі вузла конвеєра; F(t) - “зовнішня” дія насипного вантажу на елементи стрічкового конвеєра.

“Зовнішня” дія на вузли конвеєра обґрунтовувалася для таких видів вантажопотоків: одиничні крупні шматки із змінним інтервалом, що перевищує 8…10 с; одиничні крупні шматки з постійним інтервалом і випадковою величиною маси; безперервний потік дрібношматкових вантажів; крупношматковий вантаж, що складається з дрібношматкових фракцій і крупних шматків, розміщених у загальному об'ємі за випадковим законом при вмісті 8…25%. Параметри та закономірності, що характеризують вантажопотоки, визначалися експериментально в лабораторних і промислових умовах за розробленою автором методикою. Статистичною обробкою осцилограм встановлено, що інтервал між шматками (частота імпульсу взаємодії) підкоряється нормальному закону, а сила взаємодії (амплітуда імпульсу) - експоненціальному, оцінки параметрів якого залежать від Кт.

Моделювання відмов вузлів стрічкових конвеєрів виконувалося за критеріями міцності, припустимих прогинань, зношення та показників надійності. Наприклад, можливі відмови завантажувального пристрою на пружній основі визначалися з рівня припустимої амплітуди коливань з використанням авторської динамічної моделі вигляду:

(5)

При вирішенні системи рівнянь (5) з урахуванням початкових та граничних умов застосовувався метод Рунге-Кутта на кожному інтервалі інтеграції. Розрахунки показали, що максимальні значення коливань жолобу завантажувального пристрою не перевищують 8 мм, що свідчить про відсутність відмов за критерієм припустимих прогинань пружин при різних “зовнішніх” діях. Під час моделювання можливих відмов стрічки і різних конструкцій роликоопор із залученням відомих динамічних моделей визначена область їх безвідмовної роботи. Встановлені параметри коливань систем, що містять пружні елементи, свідчать про відсутність резонансу.

У четвертому розділі визначалася споживча якість конвеєрів підприємств України (Кт=117 балів) та Якутії (Кт=150 балів) за одиничними і комплексними показниками. Значення значущих одиничних показників встановлювалися за аналітичними виразами, а також за моделями надійності та закономірностями, що відображають умови експлуатації (рис. 8, а, б).

Встановлено, що досліджувані конвеєри істотно поступаються досягнутому рівню за одиничними показниками 3.1, 4.3, 3.6 (рис. 8); з підвищенням Кт значення одиничних та комплексних показників зменшуються, особливо для коротких конвеєрів (рис. 8, а, б); комплексні показники якості для однакових Кт із збільшенням довжини конвеєра від 80 до 500 м підвищуються від 0,57...0,6 до 0,79…0,81 відповідно (рис. 8, в).

У п'ятому розділі наведені рекомендації щодо застосування ресурсозберігаючих технологій і вдосконалення окремих вузлів конвеєра, а також методика оцінки їх якості на стадії експлуатації та проектування.

Використання методики інститутом Якутніпроалмаз для визначення якості розподільних конвеєрів фабрики №12 УГЗКа дозволило обґрунтувати вибір технічних рішень для пунктів перевантаження й отримати економічний ефект за рахунок підвищення терміну служби опорних елементів.

ВИСНОВОК

Дисертаційна робота є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дано теоретичне узагальнення та знайдено нове вирішення актуальної наукової задачі обґрунтування значущих показників якості стрічкових конвеєрів і визначення їх значень на основі закономірностей, отриманих для різних умов експлуатації, з метою обґрунтованого вибору раціональних параметрів стрічкового конвеєра та адаптації його конструкції до заданих умов з урахуванням динаміки взаємодії з насипним вантажем, характеристик вібрації, ресурсу стрічки, типу завантажувальних пристроїв і економічної доцільності застосування у заданих умовах.

В процесі виконання роботи отримані наступні підсумкові наукові висновки і практичні результати:

1. Уперше при обґрунтуванні якості стрічкових конвеєрів визначено і використано комплекс закономірностей, що дозволяють розрахувати значення значущих показників якості для різних гірничотехнічних умов за даними експлуатації та моделювання. Встановлено, що значущі показники якості залежно від Кт змінюються таким чином: напрацювання на відмову, час відновлення відмов - за поліноміальним законом другого ступеня із вірогідністю R2=0,97; узагальнені показники надійності (коефіцієнти готовності, технічного використання) - за лінійним законом з вірогідністю R2=0,95; інтенсивність відмов (відновлення) - за поліноміальним законом другого ступеня з вірогідністю R2=0,98; СКЗ віброшвидкості на рівні стояння стрічкового конвеєра - за степеневим законом з вірогідністю R2=0,97.

2. Розроблено ймовірнісні моделі надійності, що дають змогу прогнозувати значення її показників у часі з урахуванням коефіцієнта трудності експлуатації. Встановлено, що ймовірність безвідмовної роботи змінюються у часі за експоненціальним законом з імовірністю згоди за критерієм Пірсона 0,74...0,82, при цьому точкова оцінка інтенсивності відмов - (1,00…1,76)10-4 1/хв; ймовірність відновлення відмов змінюється у часі за експоненціальним законом з ймовірністю згоди за критерієм Пірсона 0,62…0,78, при цьому точкова оцінка інтенсивності відмов - (1,20…8,00)?10-3 1/хв.

3. Уперше вирішено задачі мінімізації енергоспоживання приводом стрічкового конвеєра. Встановлено, що при транспортуванні насипних вантажів горизонтальним стрічковим конвеєром мінімальне енергоспоживання забезпечується у сфері зміни кутів набігання стрічки на ролик 5…40, які залежно від натягнення стрічки змінюються за степеневим законом.

4. Зношення стрічки та завантажувальних пристроїв, що враховують параметри конвеєра і навантаження від насипного вантажу різного гранулометричного складу, змінюються в залежності відповідно від функції мети (квадрат різниці швидкостей вантажу і стрічки) та середньої швидкості руху вантажу в жолобі за гіперболічними законами, параметри яких залежать від довжини конвеєра й типу вантажу, що транспортується. При цьому оптимальні значення ресурсу вибираються за умови, що різниця проекцій швидкостей стрічки та вантажу на площину її руху у момент контакту не повинна перевищувати 0,1…0,2 швидкостей стрічки.

5. Уперше експериментально підтверджено основні компоненти моделей “зовнішньої” дії насипного вантажу залежно від коефіцієнта трудності експлуатації: інтервал між крупними шматками, розподіл мас шматків, коефіцієнт динамічної взаємодії, час кореляції між випадковими величинами навантаження від насипного вантажу, швидкість руху вантажу в різних завантажувальних пристроях.

6. Уперше запропоновано оцінювати якість проектованих конвеєрів за змодельованою інтенсивністю можливих відмов їх вузлів з урахуванням структурної надійності.

7. На підставі наукових досліджень і для їх практичного використання розроблено “Методику визначення якості стрічкових конвеєрів за узагальненими показниками”. Методику використано в ІГТМ НАН України (відділ транспорту) при обґрунтуванні типу роликоопор конвеєрів Балаклавського рудоуправління і підприємств Кривбасу (Північного ГЗК, НКГЗК, ЦГЗК), в галузевому інституті Якутніпроалмаз та у навчальному процесі МПТІ ЯДУ. На підставі методики обґрунтовано рекомендації для заводу-виготівника з підвищення якості розподільних конвеєрів УГЗКа, від реалізації яких отримано економічний ефект 70 000 у.о.

Поставлену в роботі мету досягнуто, оскільки встановлені закономірності й модельні уявлення дозволяють визначити показники якості залежно від коефіцієнта трудності експлуатації, виявити та удосконалити ненадійні вузли конвеєра.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Дырда В.И., Максютенко В.Ю., Монастырский С.В. Обоснование исходных данных для исследования качества ленточных конвейеров на стадии проектирования // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск. - 2005. - №58. - С. 33-45.

2. Монастырский С.В., Кирия Р.В. Обоснование критериев возможных отказов и допустимых значений выходных параметров загрузочных устройств // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск. - 2005. - №58. - С. 107-116.

3. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. К вопросу об обосновании параметров подпружиненных загрузочных устройств ленточных конвейеров // Сб. тр. II междунар. симп. “Безопасность сложных систем и проблемы устойчивого развития”. - Днепропетровск: Поліграфіст. - 1998. - С. 306-336.

4. Монастырский С.В., Монастырская Н.Н. Моделирование колебаний подпружиненных загрузочных устройств ленточных конвейеров под действием насыпного груза // Сб. тр. IX междунар. конф. “Машиностроение и техносфера XXI века”. - Донецк: ДГТУ. - 2002. - С. 235-241.

5. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Методическое, информационное и программное обеспечения для определения показателей качества ленточных конвейеров // Сб. тр. конгресса обогатителей. - М.: МИСИС. - 2004. - С. 351-360.

6. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Управление процессом формирования насыпного груза в элементах ленточного конвейера // Сб. трудов. “Математические заметки”. - Якутск: Из-во СОРАН. - 1997. - С. 152-159.

7. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Программа испытаний ленточных конвейеров в условиях обогатительных фабрик // Сб. тр. междунар. науч.-практ. конф. “Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны”. - Якутск: Из-во СОРАН. - 2005. - С. 294-303.

8. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Научное обоснование исходных данных для определения потребительского качества ленточных конвейеров предприятий АК “АЛРОСА” // Сб. тр. междунар. науч.-практ. конф. “Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны”. - Якутск:, Из-во СОРАН. - 2005. - С. 305-311.

9. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Моделирование внешнего воздействия на элементы горных машин // Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. “Информационные технологии в моделировании и управлении”. - С-Петербург. - 1998. - С. 214-215.

10. Монастырский В.Ф., Монастырский С.В. Особенности расчета загрузочных устройств при взаимодействии с насыпным грузом // Сб. науч. тр. междунар. конф. “Неделя горняка”. - М.:МГГУ. - 2003. - С. 184-185.

11. А.С. 1286473 СССР. МКИ3 В 65G 39/06. Ролик ленточного конвейера для исследования нагрузок / Е.Е. Новиков, Ю.П. Ненадкевич, В.И. Плахотник С.В. Монастырский - Опубл. 30.01.87, Бюл. №3. - 2 с.

12. А.С. 1364564 СССР. МКИ3 В 65G 39/06. Устройство для поддержания ленты конвейера в месте ее загрузки / Е.Е. Новиков, Ф.Б. Черкасский, Ю.П. Ненадкевич, С.В.Монастырский - Опубл. 30.01.87, Бюл. №3. - 2 с.

АНОТАЦІЯ

Монастирський С.В. Наукове обґрунтування показників якості стрічкових конвеєрів для адаптації їх до різних умов експлуатації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06 - “Гірничі машини”. - Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, м. Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена визначенню одиничних та комплексних показників якості стрічкових конвеєрів на основі закономірностей, отриманих для різних умов експлуатації, з метою обґрунтованого вибору раціональних параметрів стрічкового конвеєра та адаптації його конструкції до заданих умов з урахуванням динаміки взаємодії з насипним вантажем, характеристик вібрації, ресурсу стрічки і типу завантажувальних пристроїв. Методами статистичного аналізу розроблено ймовірнісні моделі надійності, визначено закономірності зміни показників надійності, а також віброхарактеристик приводу залежно від коефіцієнта трудності експлуатації, на підставі яких визначено значення технічних, надійностних та ергономічних показників якості конвеєрів. Розроблено моделі мінімізації енергоспоживання, зношення стрічки та завантажувальних пристроїв, що враховують параметри конвеєра і навантаження від насипного вантажу різного гранулометричного складу та дозволяють аргументовано вибрати економічні показники якості. Для моделювання можливих відмов вузлів конвеєра на стадії проектування обґрунтовано математичні моделі “зовнішньої” дії насипних вантажів і критеріїв відмов, динамічні моделі вузлів. При цьому основні компоненти моделей “зовнішньої” дії визначено за даними експериментальних досліджень характеристик вантажопотоків. На підставі моделювання можливих відмов вузлів та з урахуванням причинно-логічних зв'язків між ними встановлювалася інтенсивність можливих відмов проектованих конвеєрів. Виконано порівняльний аналіз споживчої якості досліджуваних конвеєрів за одиничними й комплексними показниками залежно від коефіцієнта трудності експлуатації, що дозволяє намітити шляхи вдосконалення конвеєрів. Розроблено “Методику визначення якості стрічкових конвеєрів за узагальненими показниками”, апробацію якої виконано на конвеєрах Кривбасу, Балаклавського Р/У, Удачнінського ГЗКа. Економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 70 000 у.о.

Ключові слова: конвеєр, насипний вантаж, коефіцієнт трудності експлуатації, показники якості, динамічні моделі, зовнішня дія, інтенсивність можливих відмов.

АННОТАЦИЯ

Монастырский С.В. Научное обоснование показателей качества ленточных конвейеров для адаптации их к различным условиям эксплуатации.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06 - “Горные машины”. - Институт геотехнической механики им. Н.С.Полякова НАН Украины, г. Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена определению единичных и комплексных показателей качества ленточных конвейеров на основе закономерностей, полученных для различных условий эксплуатации, с целью обоснованного выбора рациональных параметров ленточного конвейера и адаптации его конструкции к заданным условиям с учетом динамики взаимодействия с насыпным грузом, характеристик вибрации, ресурса ленты и типа загрузочных устройств. Методами статистического анализа разработаны вероятностные модели надежности, определены закономерности изменения показателей надежности, а также виброхарактеристик привода в зависимости от коэффициента трудности эксплуатации, на основании которых определены значения технических, надежностных и эргономических показателей качества конвейеров. Разработаны модели минимизации энергопотребления, износа лента и загрузочных устройств, учитывающие параметры конвейера и нагрузки от насыпного груза различного грансостава и позволяющие обоснованно выбрать экономические показатели качества. Для моделирования возможных отказов узлов конвейера на стадии проектирования обоснованы математические модели “внешнего” воздействия насыпных грузов и критериев отказов, динамические модели узлов. При этом основные компоненты моделей “внешнего” воздействия определены по данным экспериментальных исследований характеристик грузопотоков. На основании моделирования возможных отказов узлов и с учетом причинно-логических связей между ними устанавливалась интенсивность возможных отказов проектируемых конвейеров. Выполнен сравнительный анализ потребительского качества исследуемых конвейеров по единичным и комплексным показателям в зависимости от коэффициентов трудности эксплуатации, позволяющий наметить пути совершенствования конвейеров. Разработана “Методика определения качества ленточных конвейеров по обобщенным показателям”, апробирование которой выполнено на конвейерах Кривбасса, Балаклавского Р/У, Удачнинского ГОКа. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 70 000 у.е.

Ключевые слова: конвейер, насыпной груз, коэффициент трудности эксплуатации, показатели качества, динамические модели, внешнее воздействие, интенсивность возможных отказов.

THE SUMMARY

Monastyrskij S.V. The Scientific Substantiation of indexes of Tape Conveyors Quality for Adaptation to Various Conditions of Operation. - Manuscript.

The Dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.05.06 - “Mountain machines”. Institute of Geotechnical Mechanics named after N.S.Poljakov NAS Ukraine, Dnepropetrovsk, 2007.

The dissertation is devoted to definition of individual and complex parameters of quality of tape conveyors, on the basis of the laws received for various conditions of operation with the purpose of the proved choice of rational parameters of the tape conveyor and adaptation of its design to set conditions, in view of dynamics of interaction with a bulk cargo, characteristics of vibration, a resource of a tape and type of loading devices. Methods of the statistical analysis develop likelihood models of reliability, laws of reliability parameters change, and also characteristics of a drive vibration depending on factor of difficulty of operation on the basis of which technical values are determined, reliability and ergonomic parameters of quality of conveyors are determined. Models of power consumption minimization, tape deterioration and the loading devices are developed, considering parameters of the conveyor and loading the from a bulk cargo of various fractional structure and allowing to choose economic parameters of quality. For modeling possible refusals of units of the conveyor on a design stage mathematical models of "external" influence of bulk cargoes and criteria of refusals, dynamic models of units are proved. Thus the basic components of models of "external" influence are certain according to experimental researches of characteristics of freight traffics. On the basis of modeling possible refusals of units and in view of causal relationships-logic between them intensity of possible refusals of projected conveyors was established. The comparative analysis of consumer quality of the investigated conveyors on individual and complex parameters depending on factors of difficulty of the operation is executed, allowing to plan ways of conveyors perfection. “The Technique of Definition of Quality of Tape Conveyors on the Generalized Parameters” which approbation is executed on conveyors of Krivbass, Balaklava M/M, Udachninskiy MEC is developed. Economic benefit of introduction of the work results has made 70000 $.

Keywords: the conveyor, a bulk cargo, factor of difficulty of operation, parameters of quality, dynamic models, external influence, intensity of possible refusals.

Размещено на Allbest.ru

...