Обгрунтування експлуатаційних параметрів і способів адаптації шахтних скребкових конвеєрів нового покоління (стр. 2 )

3. При екстрених перевантаженнях вибійних скребкових конвеєрів, оснащених засобами адаптації, середні втрати представляються дрібно-раціональною функцією, екстремум (мінімум) якої в типових реальних умовах експлуатації конвеєра припадає на область навантажень, які перевищують критичний момент його двигунів, що дозволяє оптимізувати захист силової системи конвеєра від перевантажень для підвищення його ефективності.

Наукова новизна.

1. Теоретично доведено і експериментально підтверджено, що в реальних умовах експлуатації закон розподілу випадкових навантажень у приводі конвеєра вирівнюється кривою Пірсона типу I і тільки при максимальному за висотою заповненні ставу, яке забезпечується при керуванні швидкістю в слідкуючому режимі, наближається до загальноприйнятого в розрахунках рівномірного закону.

2. Встановлені критерії адаптації, що характеризують зниження витрат енергії і підвищення ресурсу конструктивних елементів силової системи вибійних скребкових конвеєрів в робочому режимі при управлінні швидкістю і регулюванні натягу тягового органу, відрізняються від відомого критерію ефективності регулювання швидкістю тим, що при більшому обсязі показників ефективності конвеєра дозволяють враховувати реальні умови його експлуатації.

3. Уперше встановлено, що середні втрати при екстреному перевантаженні конвеєра, оснащеного засобами адаптації, зображуються дрібно-раціональною функцією, екстремум (мінімум) якої в типових реальних умовах експлуатації конвеєра припадає на область навантажень, що перевищують критичний момент асинхронних двигунів конвеєра.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень і результатів підтверджується: позитивним досвідом експлуатації конвеєрів, забезпечених розробленими засобами адаптації; використанням сучасних методів моделювання силової системи скребкового конвеєра, які базуються на використанні теорій прикладної механіки, динаміки гірничих машин, надійності, електричних машин, автоматизованого електроприводу й автоматичного керування; коректністю вихідних положень і допущень, прийнятих при складанні математичних моделей, їхньою відповідністю завданням моделювання й умовам експлуатації; несуперечністю гіпотези про розподіл кількості вантажу на конвеєрі і навантажень в приводі згідно з законом Пірсона першого типу дослідним даним (розрахункові значення „критерію χ2” не перевищують критичного значення, яке відповідає прийнятому об’єму випробувань і рівню значущості 0,05); збіжністю результатів теоретичних досліджень перехідних режимів з результатами експериментів (похибки при довірчій ймовірності 0,95 не перевищують 8 %); обґрунтованим вибором об’єму експерименту при визначенні критерію адаптації при екстрених перевантаженнях за методом статистичних випробувань (похибка при довірчій ймовірності 0,95 не перевищує 10 %) .

Наукове значення роботи полягає в розробці методів комплексного дослідження способів і технічних засобів адаптації, в розробці нелінійних статичних й універсальної динамічної моделей і прогнозуванні області ефективної роботи конвеєра із засобами адаптації в реальних умовах експлуатації, в науковому обґрунтуванні оптимальних (раціональних) значень параметрів адаптації конвеєра.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці алгоритмів розрахунку навантажень у ССК і критеріїв адаптації конвеєрів, обладнаних ЗА; в обґрунтуванні доцільності створення САК; у розробці технічних вимог до САК; у розробці програмного забезпечення САК; у встановленні оптимальних (раціональних) параметрів адаптації. Отримані результати використані Дондіпровуглемашем при створенні ВСК нового технічного рівня. Очікуваний економічний ефект від впровадження САК, розраховуючи на термін служби одного конвеєра типу СП, при якому вичерпується його ресурс у кількості вугілля, становить 2,96 млн. грн.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані мета, ідея й завдання досліджень, наукові положення і їхня новизна, виводи й рекомендації. Здобувачем особисто розроблено концепцію адаптації ВСК до реальних умов експлуатації, критерії й принципи побудови системи адаптації конвеєра, проведено систематизацію засобів адаптації конвеєрів; розроблено нелінійні статичні моделі приводу й динамічні моделі конвеєрів із засобами адаптації, алгоритми адаптації; проведене моделювання режимів роботи конвеєрів; проведені розрахунки й аналіз критеріїв адаптації конвеєра. Всі теоретичні й експериментальні дослідження і аналіз отриманих результатів виконані ним особисто або при особистій участі у якості керівника науково-дослідних робіт.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися на міжнародних науково-практичних конференціях: “Інформаційна техніка та електромеханіка на порозі XXΙ-го століття” (ІТЕМ-2001) (Луганськ, СНУ ім. В. Даля, 2001), “Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу” (Дніпропетровськ, НГУ України, 2002, 2003, 2004), “Гірниче обладнання – 2005” (Донецьк, ДонНТУ, 2005), на науково-практичних конференціях: “Проблеми транспорту в гірничому виробництві” (Дніпропетровськ, НГУ України, 2002); на наукових конференціях УІПА; на форумі гірників (Дніпропетровськ, НГУ, 2006); на науково-технічній раді Дондіпровуглемашу; на наукових семінарах кафедр транспортних систем і технологій НГУ України й гірничої електромеханіки УІПА.

Публікації. За темою дисертації опубліковані дві монографії, 32 статті у фахових виданнях (7 без співавторів), отриманий 1 патент України, 7 – матеріали конференцій. Усього 42 наукові праці.

Структура й обсяг дисертації. Повний обсяг дисертації становить 378 сторінок, у тому числі 276 сторінок друкованого тексту основної частини, що складається із 6 розділів і висновку, 16 сторінок переліку використаних джерел з 166 найменувань, й 73 сторінок п'яти додатків. Дисертація містить 80 рисунків і 2 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана загальна характеристика дисертаційної роботи.

У першому розділі розглянутий стан питання й шляхи підвищення ефективності ВСК, тобто його властивості забезпечувати цільову віддачу в заданих умовах експлуатації. До показників ефективності ВСК, виходячи з досвіду експлуатації, віднесені витрати енергії, показники надійності й довговічності конвеєра і його конструктивних елементів, середні при екстреному перевантаженні втрати, ймовірність спрацьовування ДН при взаємодії з негабаритом, очікуваний економічний ефект.

Аналіз статистичних показників надійності вказує на їх украй низькі значення, що зумовлено деградацією властивостей ССК при експлуатації й перевантаженнями – процесами в ССК, які, будучи її реакцією на зовнішні й внутрішні впливи, призводять до погіршення показників ефективності відносно заданого рівня. Проведена систематизація перевантажень, виявлені джерела й причини їхнього виникнення.

Конвеєри створюються для широкого діапазону умов експлуатації розраховуючи на максимальні навантаження в ССК і максимальні вантажопотоки, які здатні забезпечити виймальні машини (ВМ). Однак у складних умовах експлуатації вантажопотоки виявляються менше розрахункових, а швидкість і приймальна здатність конвеєра більше середніх значень вантажопотоків. Це очевидно, бо на шахтах України при паспортній продуктивності ВСК 250…1200 т/г і середньостатистичному коефіцієнті машинного часу 0,4...0,5 середньодобове навантаження на комплексно-механізований вибій не перевищує 840 т. При високих фактичних значеннях коефіцієнта тари конвеєра до 70...80 % споживаної енергії витрачається на переміщення ТО і лише 20...30 % на транспортування вантажу. У відповідності до розрахункових показників витрати енергії на переміщення ТО не повинні перевищувати 30 %. Таким чином, у загальному балансі надмірно велика частка непродуктивних витрат енергії на транспортування ТО.

У випадку невідповідності швидкості конвеєра реальним вантажопотокам, наслідком чого є неповне завантаження ставу за висотою, граничне значення довговічності елементів конструкції за фактором зношування (стирання) досягається при обсягах перевезеного вантажу 140...350 тис. т, значно менших зазначеного в технічних характеристиках конвеєрів ресурсу у кількості вугілля (залежно від типу ВСК – 0,7...3 млн. т).

Із зіставлення максимального крутного моменту гідромуфт (ГМ), кратного 2...2,5Мн, де Мн – номінальний момент приводного асинхронного двигуна (АД), із критичним моментом АД (2,2...2,7Мн) і з приведеною міцністю ТО (6Мн) не важко побачити причину значного числа неполомних відмов конвеєра при заклинюваннях і важких пусках (43...49 % від загального числа відмов конвеєра) в обмеженні муфтою тягових можливостей приводу при заклинюванні ТО, коли в ряді випадків для подолання перешкоди руху ТО досить моменту 2,5...6Мн. Інакше кажучи, причина полягає в невідповідності при екстрених стопоріннях і важких пусках конвеєра максимального динамічного моменту, що розвивається приводом, міцності перешкоди й ТО.

У випадку застосування превентивного захисту, призначеного для запобігання попадання під очисний комбайн негабаритів, велика частка спрацьовувань (неполомних відмов) захисту в тих випадках, коли окремі негабарити або штабелі вантажу, які приймають їхню форму, можуть бути легко зруйновані датчиком негабаритів контактного типу, а деякі негабарити виведені з робочого простору або переведені в положення, при якому забезпечується їхнє безперешкодне проходження під комбайном. Подібні відмови виникають через невідповідність типу ДН або зусилля настроювання механізму протидії ДН контактного типу міцносним характеристикам вантажу.

З наведених прикладів видно, що ефективність конвеєрів знижується у зв’язку з невідповідністю їхніх експлуатаційних параметрів реальним умовам експлуатації й фактичному технічному стану ССК, що вказує на існування проблеми і актуальність дисертаційної роботи.

Як засоби захисту від перевантажень ВСК застосовуються багатофункціональні, але малоефективні в режимах важкого пуску й екстрених заклинювань ТО ГМ постійного заповнення. Практично не використаним і мало дослідженим резервом підвищення ефективності залишається оперативне приведення експлуатаційних параметрів конвеєра у відповідність до реальних умов експлуатації й фактичного технічного стану ССК за допомогою настроюваних і керованих засобів захисту (ЗЗ) від перевантажень, шляхом керування швидкістю, регулювання натягу ТО й вирівнювання навантажень між приводними блоками.