Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Донецький національний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.05.06 - „Гірничі машини”

Обґрунтування нового способу навивання канатів біжучими витками тертя на барабани шахтних підіймальних машин

Соломенцев Костянтин Анатолійович

Донецьк - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у ВАТ “Науково-дослідний інститут гірничої механіки ім. М.М. Федорова” (НДІГМ ім. М.М. Федорова).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дворніков Володимир Іванович, професор кафедри гірничозаводського транспорту і логістики Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Білобров Віктор Іванович, головний науковий співробітник Інституту транспортних проблем і технологій „Трансмаг” НАН України, м. Дніпропетровськ;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ільїн Сергій Ростиславович, завідувач лабораторії проблем діагностики і випробувань обладнання шахтних підйомних комплексів Інституту геотехнічної механіки НАН України ім. М.С. Полякова, м. Дніпропетровськ.

Провідна установа: Донецький державний науково-дослідний, проектно-конструкторський і експериментальний інститут комплексної механізації шахт “Дондіпровуглемаш”, м. Донецьк.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 11.052.05 доктор технічних наук, професор Кондрахін В.П.

Анотація

підіймальний установка одноканатний

Соломенцев К.А. Обґрунтування нового способу навивання канатів біжучими витками тертя на барабани підіймальних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.06. - “Гірничі машини”. Науково-дослідний інститут гірничої механіки ім. М.М. Федорова, Донецьк, 2005 р.

У роботі здійснено дослідження ефективності використання підіймальних канатів на різних підіймальних установках.

Обґрунтовано розрахункову схематизацію підіймальної установки з “біжучими” витками тертя з урахуванням масивних копрових шківів, виведено диференціальні рівняння динамічного стану підіймальної установки в режимах запобіжного гальмування машини як системи п'яти дискретних мас (дві посудини, два копрових шківи і підіймальна машина з приводом), що з'єднані пружними зв'язками, які мають визначений коефіцієнт динамічної жорсткості, що обчислюються спеціальними співвідношеннями.

Розроблена математична модель динамічного стану підіймальної установки з “біжучими” витками тертя і програмні модулі, що її реалізують, дозволяють на етапі проектно-конструкторських пошуків визначити не тільки необхідну кількість “біжучих” витків, але і раціональне поєднання інших параметрів підіймального комплексу в кожному конкретному випадку.

Результати досліджень реалізовано на діючій підіймальній установці з машиною ЦР-4Ч3/0,7 вентиляційного стовбура “Лозовський” шахти “Куйбишевська” ДП “Донецьквугілля” з річним економічним ефектом від впровадження близько . Практичні рекомендації, які ґрунтуються на запропонованій математичній моделі динамічних станів установки в режимах запобіжного гальмування, прийнято ВАТ “Донецькгірмаш” і ЗАТ “НКМЗ” для використання при проектуванні і створенні підіймальних машин з “біжучими” витками тертя.

Ключові слова: шахта, підіймальна установка, підіймальна машина, барабан, канат, копрові шківи, підвісний пристрій, “біжучі” витки тертя, запобіжне гальмування, динамічний стан, диференційні рівняння.

Аннотация

Соломенцев К.А. Обоснование нового способа навивки канатов бегущими витками трения на барабаны подъемных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.06. - “Горные машины”. Научно-исследовательский институт горной механики им. М.М. Федорова, Донецк - 2005 г.

Диссертация посвящена вопросам повышения технического уровня шахтных подъемных машин за счет нового способа навивки канатов, научно обоснованных параметров установки - количества канатов и витков трения, обеспечивающих безопасные режимы предохранительного торможения и повышение производительности шахтных подъемных установок.

В работе выполнены исследования эффективности использования подъемных канатов на различных подъемных установках.

Определены зависимости грузоподъемности и высоты подъема от количества подъемных канатов и “бегущих” витков трения, в результате чего установлено, что наиболее эффективными являются двухканатные системы для обслуживания глубин до 800м с концевой нагрузкой 50 т.

Установлены зависимости критических замедлений от запаса на нескольжение каната, от коэффициента трения каната по барабану и от количества “бегущих” витков трения.

Предложенные принципиально новые конструкции подвесных устройств барабанного типа для грузовых и грузолюдских подъемов с ловителями различных конструкций, а также конструкции копровых шкивов для двухканатных подъемных систем создают предпосылки реального воплощения в практику шахтного подъема идеи машин с “бегущими” витками трения.

Обоснована расчетная схематизация подъемной установки с “бегущими” витками трения с учетом массивных копровых шкивов, выведены дифференциальные уравнения динамического состояния подъемной установки в режимах предохранительного торможения машины как системы пяти дискретных тел (два сосуда, два копровых шкива и подъемная машина с приводом) соединенные упругими связями, обладающими определенными коэффициентами динамической жесткости, вычисляемых специальными соотношениями.

Разработанная математическая модель динамического состояния подъемной установки с “бегущими” витками трения и реализующие ее программные модули позволяют на этапе проектно-конструкторских изысканий определить не только необходимое количество “бегущих” витков, но и рациональное сочетание других параметров подъемного комплекса в каждом конкретном случае.

Выполненный на действующей подъемной установке с “бегущими” витками трения объем экспериментальных исследований засвидетельствовал, прежде всего, отсутствие проскальзывания каната по барабану машины. Кроме того, установлено качественное и количественное (с расхождением не более 12%) соответствие натурных динамических процессов в канатах в различных режимах предохранительного торможения с результатами имитационного моделирования в соответствии с разработанной математической моделью.

Результаты исследований реализованы на действующей подъемной установке с машиной ЦР-4х3/0,7 вентиляционного ствола “Лозовской” шахты “Куйбышевская” ГП “Донецкуголь” с годовым экономическим эффектом от внедрения около . Практические рекомендации, основанные на разработанной математической модели динамических состояний установки в режимах предохранительного торможения, приняты ОАО “Донецкгормаш” и ЗАО “НКМЗ” для использования при проектировании и создании подъемных машин с “бегущими” витками трения.

Ключевые слова: шахта, подъемная установка, подъемная машина, барабан, канат, копровые шкивы, подвесное устройство, “бегущие” витки трения, предохранительное торможение, динамическое состояние, дифференциальные уравнения.

Annotation

Solomentsev K.A. New cable cross-wound friction winding method for hoisting units spools. - Manuscript.

Thesis for the Candidate of Science Degree with the 05.05.06 “Mining Installations” specialism. Mining Mechanics Research Institute named after M.M. Fedorov, Donetsk - 2005.

The work sets forth a method of performance assessment for various hoisting unit cables application.

There has been developed a cross-wound friction hoisting unit analytical model for massive stamp-work's crane pulleys, as well as a hoisting unit dynamic state differential equation for emergency braking modes.

The developed cross-wound friction hoisting unit dynamic state mathematic model and supporting software make it possible to identify at the design stage not only the number of cross-winding convolutions but also to work out a rational combination of other hoisting unit parameters for any particular use.

The research findings have been tested on an operative hoisting unit ЦР - 4x3/0,7 of the Donetskugol Mining Enterprise Kuybyshevskaya coal mine Lozovskoy ventilation shaft. The research findings have been approved by Donetskgormash Ltd and JSC NKMZ to be used for cross-wound friction hoisting units design and manufacture.

Keywords: coal mine, hoisting unit, hoisting installation, drum, cable, stamp-work's crane pulleys, mounted unit, cross-wound friction, emergency braking, dynamic state, differential equation.

1. Загальна характеристика роботи

Одним з найбільш ефективних шляхів вирішення проблеми збільшення вантажопідйомності машин для неглибоких шахт є розробка нового способу навивання каната на барабан підіймальної машини - з “біжучими” витками тертя. Установка з “біжучими” витками тертя становить звичайну підіймальну машину, барабан якої охоплено декількома витками тертя каната, до обох кінців якого приєднана відповідна підіймальна посудина. Такі підіймальні системи мають позитивні якості барабанних і фрикційних установок - надійність в експлуатації і високу продуктивність.

Проблема створення високопродуктивних підіймальних установок (з різницею статичних натягів канатів до 500кН) для неглибоких шахт (до 800м), що пов'язана із запропонованим новим способом навивання канатів на барабан, вимагає розробки принципово нових схем шахтного підйому, копрових шківів, підвісних пристроїв, створення математичної моделі динаміки підіймальної установки, обладнаної машиною з “біжучими” витками тертя, з метою наукового обґрунтування основних її параметрів - кількості канатів і витків тертя залежно від вантажопідйомності скіпів і висоти підйому. Таке завдання ставиться вперше, як і вперше в практиці шахтного підйому пропонується новий спосіб доставки вантажу машинами з “біжучими” витками тертя.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в лабораторії устаткування шахтного підйому відповідно до тематичних планів робіт науково-дослідного інституту гірничої механіки ім. М.М. Федорова у рамках головної теми “Провести пошукові дослідження з удосконалення і створення нових підіймальних установок” (державний реєстраційний № 01870070852).

Мета дисертаційної роботи - наукове обґрунтування нового способу навивання канатів на барабан шахтної підіймальної машини з “біжучими” витками тертя, що забезпечує безпечну експлуатацію неврівноважених одноканатних і багатоканатних систем і підвищення їхньої продуктивності.

Для досягнення мети поставлено й розв'язано такі завдання:

- дослідити залежності роботи, яка здійснюється підіймальним канатом, від схем підйому для однокінцевих, врівноважених двокінцевих фрикційних і неврівноважених двокінцевих підіймальних установок з “біжучими” витками тертя;

- встановити залежність вантажопідйомності установки з “біжучими” витками тертя від кількості канатів і витків тертя;

- з'ясувати залежності спектральних характеристик коливань підіймальних систем з “біжучими” витками тертя від інерціальних параметрів копрових шківів;

- створити експериментальний зразок підіймальної машини з “біжучими” витками тертя на діючій підіймальній установці і провести комплекс досліджень з метою утвердження ідеї і верифікації теоретичних результатів.

Об'єкт дослідження - динамічний стан взаємодіючих елементів підіймальної установки як системи пружно зв'язаних між собою дискретних і розподілених мас.

Предмет дослідження - динамічні процеси і конструктивні параметри підіймальної машини, копрових шківів і причіпних пристроїв у системі підйому з “біжучими” витками тертя.

Ідея роботи полягає в урахуванні впливу мас копрових шківів на динамічний стан неврівноваженої системи, а також у раціональному поєднанні кількості канатів і витків тертя на барабані підіймальної машини, що забезпечують безпечну експлуатацію неврівноваженого підйому при використанні нових способів навивання канатів з “біжучими” витками тертя.

Методи досліджень ґрунтуються на застосуванні основних принципів аналітичної механіки і математичної фізики при виведенні рівнянь динамічних станів, теорії диференціальних рівнянь при побудові коректних рішень, обчислювальних методів і програмування при створенні дослідницьких і прикладних програмних модулів. Експериментальні дослідження динаміки проводилися в шахтних натурних умовах із застосуванням сучасної апаратури реєстрації, запису й обробки динамічних процесів в підіймальній установці.

Наукові положення і результати, що виносяться на захист, і їхня новизна:

- вперше визначено залежності наробітку каната від геометричних і силових параметрів шахтних підіймальних установок, параметрів самого каната й встановлено залежності вантажопідйомності і висоти підйому від кількості підіймальних канатів і “біжучих” витків тертя, що носить гіперболічний характер;

- вперше встановлено залежності критичних уповільнень від запасу на нековзання каната, від коефіцієнтів тертя каната по барабану й від кількості “біжучих” витків тертя, що описуються експоненціальними функціями;

- вперше з'ясовано вплив мас копрових шківів на частотну характеристику підіймальної установки (до 20%) на підставі розробленої математичної моделі;

- вперше на діючій шахтній підіймальній установці, переустаткованій на схему з “біжучими” витками тертя, здійснено комплекс експериментальних досліджень, що підтверджують теоретичні результати.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертаційної роботи зумовлюються:

- коректним застосуванням положень теоретичної механіки, рівнянь математичної фізики, теорії диференціальних рівнянь;

- природністю і загальноприйнятим характером вихідних передумов і припущень при формулюванні задач динаміки;

- задовільною відповідністю теоретичних й експериментальних результатів із розбіжністю порівнюваних параметрів до 12%.

Наукове значення роботи полягає у визначенні ефективності використання канатів на різних системах шахтного підйому, критичних уповільнень, що забезпечують безпечну експлуатацію підіймальних установок з “біжучими” витками тертя у розкритті особливостей спектральних властивостей цих установок як дискретно-континуальних систем з масивними копровими шківами без врівноважувальних канатів; у побудові коректних аналітичних рішень системи рівнянь, що описують динамічні стани у різних режимах запобіжного гальмування машини, з використанням динамічних жорсткостей каната.

Практичне значення роботи полягає в розробці нового способу навивання канатів, схемних, компонувальних і конструктивних рішень для машин, підвісних пристроїв і копрових шківів; у розробці першої, прийнятої в експлуатацію машини з “біжучими” витками тертя; у визначенні залежності вантажопідйомності і висоти підйому установки від кількості підіймальних канатів; у розробці пакета прикладних програм для імітаційного моделювання динамічних станів установки в режимах запобіжного гальмування на підставі створеної математичної моделі.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Результати досліджень реалізовано на діючій підіймальній установці з машиною ЦР-4Ч3/0,7 вентиляційного ствола “Лозовський” шахти “Куйбишевська” ДП “Донецьквугілля” з річним економічним ефектом від упровадження близько . Практичні рекомендації, які ґрунтуються на розробленій математичній моделі динамічних станів установки в режимах запобіжного гальмування, прийнято ВАТ “Донецькгірмаш” і ЗАТ “НКМЗ” для використання при проектуванні і створенні підіймальних машин з “біжучими” витками тертя.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційну роботу автор виконав самостійно, включаючи постановку завдань дослідження, розробку математичних моделей і програмних модулів, постановку і здійснення експерименту, а також обробку експериментальних даних.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи й окремих її результатів доповідалися на Міжнародній науково-технічній конференції “Гірнича енергомеханіка і автоматика” (Донецьк, ДонНТУ, 2003 р.); науково-технічній конференції, присвяченої 75-річчю НДІГМ ім. М.М. Федорова (Донецьк, 2004 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Гірнича електромеханіка і автоматика” (Донецьк, ДонНТУ, 2004 р.); науково-практичній конференції “Шляхи підвищення безпеки гірничих робіт у вугільній галузі” (Макіївка, МакНДІ, 2004 р.), на тематичних наукових семінарах ВАТ “Науково-дослідний інститут гірничої механіки ім. М. М. Федорова”.

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 9 статтях у спеціалізованих збірниках наукових праць, а також у 2 статтях праць конференцій; усього в 11 наукових працях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, переліку літературних джерел із 159 найменувань і 8 додатків. Містить 151 сторінку, у тому числі 44 рисунка.

2. Основний зміст роботи

У першому розділі виконано аналіз досліджень динаміки шахтних установок і способів удосконалення барабанних підіймальних машин з метою підвищення їхньої вантажопідйомності і канатоємності.

Вагомий внесок у розвиток і становлення сучасної теорії шахтного підйому зробили М.М. Федоров, О.Н. Динник, Г.М. Савін, Ф.В. Флоринський, М.Ф. Глушко, М.Г. Гаркуша, О.О. Горошко, В.І. Дворников, Л.В. Колосов, І.С. Найденко, Ю.Є. Почтовенко, В.І. Білобров, П.П. Нестеров, А.П. Нестеров, С.Р. Ільїн, В.І. Самуся й багато інших вчених. За кордоном аналогічними дослідженнями займалися Є. Карцелін, В. Горскі, Г. Гротовскі, Г. Хітчен та інші.

Одним з ефективних шляхів удосконалення барабанних підіймальних машин є розробка нового способу навивання каната - з “біжучими” витками тертя, що дозволило створити новий вид шахтного підйому. У зв'язку з цим актуальними є завдання дослідити залежності наробітку канату від схем підйому для однокінцевих, зрівноважених двокінцевих фрикційних і неврівноважених фрикційних двокінцевих підіймальних установок з “біжучими” витками тертя; встановити залежність вантажопідйомності установки з “біжучими” витками тертя від кількості канатів і витків тертя; виявити залежності спектральних характеристик коливань підіймальних систем з “біжучими” витками тертя від інерціальних параметрів копрових шківів; розробити математичну модель динамічного стану установки з “біжучими” витками тертя у режимах запобіжного гальмування, що могла б служити практичним засобом для дослідницьких і проектно-конструкторських розвідок.

У другому розділі подається обґрунтування нового способу навивання канатів з “біжучими” витками тертя на барабани підіймальних машин, для чого, насамперед, виконано аналіз ефективності використання канатів на всіх схемах підіймальних установок: барабанних, фрикційних зрівноважених (системах Кепе і багатоканатних) і системах з “біжучими” витками тертя. В основу аналізу покладено енергетичний критерій оцінки працездатності канатів - їхню питому енергоємність за цикл підйому. При цьому критерієм оцінки ефективності використання каната є його наробіток за цикл підйому, що визначається як відношення загальної виконаної канатом роботи до обсягу металу дротів. У роботі показано, що мінімального наробітку зазнають канати однокінцевих барабанних підіймальних установок, більшого - двокінцеві зрівноважені і максимального - двокінцеві неврівноважені з “біжучими” витками тертя.

Виходячи з проведеного аналізу, у роботі досліджується новий спосіб навивання каната на барабан підіймальної машини - з “біжучими” витками тертя. За цією схемою можуть працювати як одноканатні, так і багатоканатні підіймальні установки залежно від поставленої мети і розв'язуваного завдання. Найбільш раціональним варіантом є використання запропонованої схеми з двома підіймальними канатами і підвішуванням до них посудин через зрівняльний пристрій барабанного типу.

Залежність між вантажопідйомністю і висотою підйому для даної схеми при підвішуванні посудини на канатів визначається виразом

, (1)

де - відповідно діаметр і ширина барабана; - відношення діаметра барабана до діаметра каната; - параметр, що залежить від конструкції каната (наприклад, для канатів ДСТ 7668-80 ); - тимчасовий опір дротів каната розриву.

Із формули (1) випливає, що розглянуті системи з підвішуванням посудин на 2 канати ефективні для неглибоких шахт (до 500-800м), але можуть застосовуватися також при поглибленні стволів на шахтах, що реконструюються. Їхня висота підйому при цьому може збільшитися на 35-38%.

У цьому ж розділі виконано дослідження на нековзання канатів у системах з “біжучими” витками тертя за відомими методиками. При цьому встановлено, що підіймальні установки з металевою обичайкою () можуть працювати без ковзання канатів за межами мінімально припустимого значення (п.4.7.2 ПБ) при спусканні вантажу і далеко за межами максимально припустимих значень уповільнення при підійманні вантажу. Для підіймальних машин із двома і трьома “біжучими” витками тертя величини критичних уповільнень ще більше зростають порівняно з нормованими значеннями ПБ.

У цьому розділі також наводяться конструктивні рішення підвісних пристроїв для вантажних і вантажолюдських двоканатних підйомів і копрових шківів.

У третьому розділі розглядається математична модель динаміки підіймальних машин з “біжучими” витками тертя.

Наведений у попередньому розділі принцип розрахунку на нековзання канатів щодо машин з “біжучими” витками тертя відображає, так би мовити, квазідинамічний підхід, добре відомий у практиці проектування, налагодження й експлуатації підіймальних машин зі шківами тертя. Разом з тим, досвід засвідчує необхідність врахування дійсних динамічних процесів у системі “машина - масивні канати - зосереджені кінцеві маси”, оскільки в ряді випадків квазідинамічні зусилля в канатах виявляються непорівнюваними з реальною динамічною картиною.

У цьому розділі обґрунтовано розрахункову схематизацію підіймальної установки з “біжучими” витками тертя як системи п'яти дискретних мас (дві посудини, два копрових шківи і машина зі зведеними масами редуктора і ротора двигуна), з'єднаних між собою послідовно масивними пружними зв'язками - канатами.

Розглянута фізична модель становить так звану схему заміщення.

Передбачається, що дві зосереджені маси посудин і з'єднані через обертові маси копрових шківів і з масою машини пружними зв'язками і , що імітують відповідні жорсткості висків канатів і і , що імітують відповідні жорсткості струн канатів. Обчислення дисипації енергії здійснюється в загальноприйнятій системі позначень символічними в'язкими демпферами , , і .

Динамічний стан заміщеної схеми, як неважко встановити, описується наступною системою рівнянь у матричній формі:

, (2)

де і - матриці дискретних мас і дисипативних коефіцієнтів, що враховують в'язке тертя в рамках концепції гіпотези внутрішнього тертя:

; ; (3)

, , - матриці коефіцієнтів жорсткості пружних зв'язків між дискретними елементами системи, переміщень дискретних тіл і зовнішніх сил:

; . (4)

У роботі введене поняття динамічних жорсткостей каната, які визначаються за формулами:

ctg, (5)

де статичні жорсткості каната визначаються формулами

.

Тут - агрегатна подовжня жорсткість каната, і - квазістатичне положення посудин у стволі, а визначається за наступними співвідношеннями:

, (6)

де - хвильове число, () - власні частоти розглянутої механічної системи, яка визначається з рівняння , що у розкритій формі становить

, (7)

де - розв'язання однорідної системи .

Розв'язання матричного рівняння (2) пропонується у вигляді розкладання за власними формами

. (8)

Тут - матриця-стовпець, що є власною формою коливань, - координатні функції, що є розв'язанням системи незалежних неоднорідних диференціальних рівнянь

, (9)

де ермітова форма

,

а нормувальний коефіцієнт

.

У цих інтегралах функції записуються у формі

(10)

де - так звані лонгальні відмітки або координати, відлічувані від початкового положення у стволі посудини.

Рівняння (9) розв'язується числовим способом. За допомогою матриці (8) шляхом диференціювання за часом можна визначити швидкості й прискорення будь-якого дискретного елемента. Таким чином вирішується проблема обчислення динамічних змінних (переміщень і швидкостей).

Що стосується силових факторів, то за допомогою введених коефіцієнтів динамічної жорсткості можна отримати загальні вирази для динамічних зусиль, наприклад, у канатоведучого барабана в набігаючих і збігаючих гілках канатів:

(11)

На підставі отриманого частотного рівняння (7) можна визначити власні частоти системи, з'ясувати їхню залежність від положення посудин у стволі і порівняти їхні чисельні значення з аналогічними величинами для звичайних неврівноважених систем підйому, у яких масами копрових шківів можна знехтувати. Тут безрозмірна координата

,

де найменша довжина другого виска каната при положенні другої посудини в розвантаженні, висота підйому.

Розрахунки виконано для реальної двоскіпової підіймальної установки з урахуванням і без урахування мас копрових шківів, що дозволяє ідентифікувати і класифікувати власні частоти системи за ознакою “породження” різними елементами розглянутої системи.

Працездатність, ефективна і безпечна експлуатація підіймальних установок, обладнаних “машинами з біжучими витками тертя” (МБВТ), визначається, у першу чергу, її динамічними якостями, тобто її здатністю забезпечувати нормативні вимоги правил безпеки в будь-яких режимах роботи, передбачених технологічним призначенням установки.

Динамічний стан МБВТ описується математичною моделлю, на підставі якої в роботі наводяться основні результати імітаційного моделювання такого типу машин у режимах запобіжного гальмування за допомогою спеціально розроблених з цією метою програмних засобів.

Моделювання здійснювалося на прикладі реальної підіймальної установки з машиною типу ЦР.

У четвертому розділі здійснено порівняння результатів моделювання з експериментальними даними, отриманими під час випробувань дослідного зразка підіймальної установки з “біжучими” витками тертя.

З метою підтвердження теоретичних досліджень було проведено експеримент на діючій підіймальній установці, для чого на скіповій установці вентиляційного ствола “Лозовський” шахти “Куйбишевська” ДП “Донецьквугілля” з підіймальною машиною ЦР-4Ч3/0,7 було змінено схему навивання каната. Замість двоканатної схеми застосовано одноканатну схему з “біжучими” витками тертя. При цьому було знято один підіймальний канат, а канатом, що залишився, трьома витками тертя охоплено привідний барабан. Кінці каната перекинуті через копрові шківи, і до них прикріплені наявні у стволі скіпи. Таким чином було отримано систему з “біжучими” витками тертя.

Виконаний на діючій підіймальній установці з “біжучими” витками тертя обсяг досліджень із записом динамічних параметрів на осцилограму засвідчив, насамперед, відсутність ковзання каната по барабану підіймальної машини.

Крім того, встановлена якісна і кількісна (з розбіжністю не більше 12%) відповідність натурних динамічних процесів у канатах у різних режимах запобіжного гальмування до результатів імітаційного моделювання відповідно до розробленої математичної моделі.

Результати дисертаційної роботи прийняті ВАТ “Донецькгірмаш” і ЗАТ “НКМЗ” для використання при проектуванні і створенні підіймальних машин нового покоління.

Висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій з метою підвищення безпечної експлуатації запропоновано вирішення актуального науково-технічного завдання створення нового способу навивання канатів на барабан і розрахункове обґрунтування параметрів системи одноканатного і багатоканатного шахтного підйому, яка базується на передачі тягового зусилля від приводу до підіймальних посудин, що рухаються у стволі, за допомогою одного або декількох витків тертя каната, які переміщаються поверхнею циліндричного барабана з гвинтовою нарізкою рівчаків.

Використання результатів роботи дозволяє на стадії проектування підіймального комплексу знайти за допомогою імітаційного моделювання режимів запобіжного гальмування раціональні поєднання параметрів підіймальної установки, кількість канатів і витків тертя для конкретних експлуатаційних умов.

Основні висновки, теоретичні і практичні результати роботи:

1. Виконані дослідження ефективності застосування канатів на різних підіймальних системах дозволяють установити, що найбільш ефективно використовуються канати на системах Кепе, на багатоканатних підіймальних установках і установках з “біжучими” витками тертя. Найменш ефективно використовується підіймальний канат на однокінцевих барабанних підіймальних установках.

2. Досліджено залежність вантажопідйомності установки з “бігучими” витками тертя від кількості канатів і витків тертя, яка дозволила визначити, що найбільш ефективними є багатоканатні системи при обслуговуванні глибин до з вантажопідйомністю скіпів до .

3. Доведено, що підіймальні машини з “біжучими” витками тертя навіть з металевою обичайкою барабана можуть працювати без ковзання канатів за межами мінімально припустимих значень уповільнення при спусканні вантажу і далеко за межами максимально припустимих значень уповільнення при підійманні вантажу.

4. З математичної точки зору фізична модель шахтної підіймальної установки з “біжучими” витками тертя відкриває принципово новий клас задач у теорії шахтного підйому. Зокрема, необхідність обліку масивних копрових шківів приводить до появи в спектрі власних частот раніше невідомих привнесених частот, вплив яких на динамічний стан установки може бути суттєвим в залежності від параметрів системи в цілому (до 20%).

5. Розроблена математична модель динамічного стану підіймальної установки з “біжучими” витками тертя і реалізуючі її програмні модулі дозволяють на етапі проектно-конструкторських пошуків визначити не тільки необхідну кількість “біжучих” витків, але і раціональне сполучення інших параметрів підіймального комплексу в кожному конкретному експлуатаційному випадку.

6. Запропоновані принципово нові конструкції підвісних пристроїв барабанного типу для вантажних і вантажолюдських підйомів з уловлювачами різних типів, а також конструкції копрових шківів для двоканатних підіймальних систем створюють передумови до реального втілення в практику шахтного підйому ідеї машин з “біжучими” витками тертя.

7. Вперше в практиці гірничої промисловості була створена підіймальна установка з “біжучими” витками тертя, у результаті переустаткування діючої підіймальної установки з машиною ЦР-4Ч3/0,7 вентиляційного ствола “Лозовський” шахти “Куйбишевська” ДП “Донецьквугілля”.

8. Виконаний на діючій підіймальній установці з “біжучими” витками тертя обсяг експериментальних досліджень засвідчив, насамперед, відсутність проковзування каната по барабану машини. Крім того, встановлена якісна і кількісна (з розбіжністю не більш 12%) відповідність натурних динамічних процесів в канатах в різних режимах запобіжного гальмування з результатами імітаційного моделювання відповідно до розробленої математичної моделі.

9. Річний економічний ефект від впровадження підіймальної установки з “біжучими” витками тертя на вентиляційному стволі “Лозовський” шахти “Куйбишевська” ДП “Донецьквугілля” складає приблизно .

Основні публікації за темою дисертації

Соломенцев А.И., Мавроди П.И., Соломенцев К.А. Реконструкция подъемной машины ЦР-5х3,2/0,55 Абаканского рудника НПО “Сибруда” // Горная механика: Сб.н.тр. НИИГМ им. М. М. Федорова. - Вып. 2 - Донецк, 1992. - С. 144-152.

Соломенцев К.А. Повышение эффективности использования барабанных подъемных машин // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Сб.н.тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. - Вып. 94. - Донецк, 2001. - С. 150-155.

Соломенцев А.И., Соломенцев К.А., Винникова А.Э. Многоканатные барабанные подъемные установки и область их применения // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Сб.н.тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. - Вып. 94. - Донецк, 2001. - С. 145-150.

Соломенцев К.А. Перспективы развития барабанных подъемных машин // Уголь Украины. - 2002. - № 5. - С. 42-43.

Соломенцев К.А. Конструктивные особенности копровых шкивов и подвесных устройств для двухканатных подъемных установок с “бегущими” витками трения // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Сб.н.тр. НИИГМ им. М. М. Федорова. - Вып. 95. - Донецк, 2002. - С. 172-177.

Дворников В.И., Соломенцев К.А. Математическая модель динамики подъемных машин с “бегущими” витками трения // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Сб.н.тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. - Вып. 96. - Донецк, 2003. - С. 92-101.

Яценко А.Ф., Дворников В.И., Соломенцев К.А. Спектральные свойства кантинуально-дисскретных подъемных систем с “бегущими” витками трения // Труды международной научно-технической конференции “Горная энергомеханика и автоматика”. - Том 2. - Донецк, 2003. - С. 223-234.

Соломенцев К.А. Безопасная эксплуатация подъемных установок с многослойной навивкой каната // Уголь Украины. - 2004. - № 4. - С. 36-38.

Соломенцев К.А. Безопасная эксплуатация подъемной установки с “бегущими” витками трения // Научно-практическая конференция “Пути повышения безопасности горных работ в угольных отраслях”. МакНИИ. - Макеевка. - 2004. - С. 446.

Дворников В.И., Соломенцев К.А., Винникова А.Э. Эффективность использования машин с “бегущими” витками трения // Уголь Украины. - 2004. - № 4. - С. 34-35.

Дворников В.И., Соломенцев К.А. Моделирование предохранительного торможения подъемных машин с “бегущими” витками трения // Проблемы эксплуатации оборудования шахтных стационарных установок: Сб.н.тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. - Вып. 98. - Донецк, 2004. - С. 164-168.

Размещено на Allbest.ru

...