Обгрунтування експлуатаційних параметрів і способів адаптації шахтних скребкових конвеєрів нового покоління (стр. 1 )

Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

КОРНЄЄВ Сергій Васильович

УДК 622.647.1

ОБГРУНТУВАННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ І СПОСОБІВ АДАПТАЦІЇ ШАХТНИХ СКРЕБКОВИХ КОНВЕЄРІВ НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Спеціальність 05.05.06 – гірничі машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Дніпропетровськ – 2007

Дисертація є рукописом

Робота виконана на кафедрі гірничої електромеханіки Української інженерно-педагогічної академії (м. Стаханов) Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант	доктор технічних наук, професор Ширін Л. Н., завідувач кафедри транспортних систем і технологій Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ), Міністерство освіти і науки України.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Біліченко М. Я., радник ректора Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ), Міністерство освіти і науки України; доктор технічних наук, професор Оксень Є. І., декан факультету автомобільних шляхів Автомобільно-дорожнього інституту Донецького національного технічного університету (м. Горлівка), Міністерство освіти і науки України; доктор технічних наук, професор , завідувач кафедри інформатики, автоматики і систем управління Криворізького технічного університету, Міністерство освіти і науки України.
Провідна установа	Інститут геотехнічної механіки ім.  НАН України (м. Дніпропетровськ), відділ фізико-механічних основ гірничого транспорту

Захист відбудеться 27 червня 2007 р. о 1400 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.06 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19)

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49005, м. Дніпропетровськ-05, просп. К. Маркса, 19)

Автореферат розісланий 22 травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к. т.н., доцент

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Державною програмою розвитку вугільної промисловості України “Українське вугілля” передбачається неухильне збільшення річного об'єму видобутку вугілля, що до 2010 року повинно сягти 110 млн. т. Однією з умов виконання програми є підвищення навантажень на очисний вибій завдяки інтенсифікації гірничого виробництва і впровадженню механізованих очисних комплексів нового покоління.

Ефективність роботи механізованих очисних комплексів визначається умовами взаємодії кінематично пов’язаних елементів системи „комбайн-конвеєр-механізоване кріплення”. Зв’язуючою ланкою системи є вибійний скребковий конвеєр (ВСК).

Сучасний стан ВСК характеризується нарощуванням потужності приводу й збільшенням міцності конструкції, що відповідає світовим тенденціям. Установлена потужність приводних блоків конвеєрів високого технічного рівня сягла 350 кВт, а сумарна потужність приводу – 700 кВт. Застосовуються ланцюги калібру 34 мм із розривним зусиллям 1300 кН. Зростають вимоги до надійності й довговічності конвеєрів. Необхідний ресурс конвеєрів – 3 млн. т вугілля, редукторів – 25000 годин.

Разом з тим ефективність ВСК, що працюють у складі очисних комплексів, залишається вкрай низькою. У реальних умовах експлуатації наробіток на відмовлення ВСК типу СП у середньому не перевищує 8,5 годин, коефіцієнт несправності сягає 0,13.

Найменш надійним елементом силової системи конвеєра (ССК) є тяговий орган (ТО). Хронометражними спостереженнями встановлено, що пориви ланцюгів трапляються в середньому 7...9 разів на місяць, а термін їх служби не перевищує шести місяців. Тривалість ремонту ТО становить 0,5...6 годин, а іноді сягає 2...3-х змін.

Шахтними експериментами зафіксовано, що в робочому режимі конвеєра до 70...80 % споживаної енергії витрачається на переміщення ТО і лише 20...30 % на транспортування вантажу. В той же час відповідно до нормативних показників непродуктивні витрати енергії на переміщення ТО не повинні перевищувати 30 %.

Низька ефективність роботи очисного механізованого комплексу підсилюється невідповідністю експлуатаційних параметрів ВСК, а саме: швидкості в робочому режимі, початкового натягу ТО, навантажень в приводних блоках, максимальних навантажень в ССК при екстрених перевантаженнях, максимальних зусиль на важелях датчика негабаритів (ДН) превентивного захисту, – фактичному технічному стану силової системи конвеєра і реальним умовам його експлуатації.

Таким чином, тема дисертаційної роботи, направленої на підвищення ефективності роботи ВСК шляхом приведення їхніх експлуатаційних параметрів у відповідність технічному стану ССК і реальним умовам експлуатації за допомогою спеціальних технічних пристроїв ( засобів адаптації), є актуальною і вчасною.

Для обґрунтування адаптації необхідно встановити залежності показників ефективності конвеєра, до яких віднесені витрати енергії при транспортуванні вугілля, показники надійності та довговічності конвеєра і його складових частин, середні втрати при перевантаженнях, від експлуатаційних параметрів в реальних умовах експлуатації. Перешкодою щодо встановлення залежностей є недостатня вивченість навантажень в ССК в реальних умовах експлуатації.

Наукова проблема дисертаційної роботи полягає в установленні закономірностей формування навантажень у силовій системі ВСК, обладнаних засобами адаптації (ЗА), і обґрунтуванні критеріїв адаптації конвеєрів для прогнозування їхньої ефективності в реальних умовах експлуатації.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до державної програми “Українське вугілля” і міжгалузевої програми “Створення високотехнологічних схем і засобів шахтного транспорту”. Робота відповідає галузевій науково-технічній програмі “Створення ресурсозберігаючого устаткування для вугільної галузі” (пріоритетний напрямок № 1 “Ресурсозберігаюче устаткування й машини для паливно-енергетичного комплексу”, табл. 5.1, п. 2.7), погодженої Міністерством економіки України 14.08.2001 р. і затвердженої головою Державного комітету Міністерства промислової політики України. Робота пов’язана з науково-дослідними темами №C00180 (номер держреєстрації 0105U004971) і №5/11 (номер держреєстрації 0105U004972), які виконувались в Українській інженерно-педагогічній академії. Автор роботи – керівник тем №C00180, №5/11.

Мета й завдання дослідження. Мета дослідження – наукове обґрунтування адаптації вибійних скребкових конвеєрів, яке полягає в установленні закономірностей формування навантажень у силовій системі для підвищення ефективності конвеєрів на основі комплексного застосування способів і засобів адаптації, що забезпечують приведення експлуатаційних параметрів конвеєрів у відповідність до реальних умов експлуатації.

Для досягнення мети поставлені завдання дослідження:

- розробити нелінійні моделі адаптації скребкових конвеєрів і системи “конвеєр-негабарит-комбайн” до типових умов експлуатації;

- встановити закономірності формування навантажень у ССК у робочому режимі й в екстремальних умовах при важких пусках і заклинюваннях ТО;

- обґрунтувати область ефективної роботи конвеєра із засобами адаптації до реальних умов експлуатації в робочому режимі;

- установити закономірності поводження і ефективність системи адаптації вибійних скребкових конвеєрів в перехідних режимах;

- розробити і впровадити технічні вимоги до системи адаптації конвеєра (САК), програмне забезпечення інформаційно-інтелектуальних структур системи й рекомендації щодо удосконалення засобів адаптації.

Ідея роботи полягає у комплексному використанні закономірностей взаємодії силової системи вибійних скребкових конвеєрів, оснащених засобами адаптації, з вантажем і перешкодами руху тягового органа в реальних умовах експлуатації для підвищення ефективності конвеєрів.

Об'єкт дослідження – стохастичні електромеханічні процеси в силовій системі скребкових конвеєрів, обладнаних засобами адаптації, й ефективність їх роботи в реальних умовах експлуатації.

Предмет дослідження – параметри навантаження силової системи й показники ефективності вибійних скребкових конвеєрів із засобами адаптації.

Методи досліджень. При виконанні роботи були використані: метод статистичних випробувань (метод Монте-Карло) при моделюванні випадкових величин; стандартні методи обробки статистичних даних і планування експерименту; метод сплайн-інтерполяції для зображення вихідних даних при моделюванні у вигляді безперервних функцій; метод невизначених коефіцієнтів для формування реалізацій випадкових вибійних вантажопотоків; ітераційний метод Ньютона й метод Гауса за компактною схемою виключення невідомих для розв’язання системи нелінійних алгебраїчних рівнянь; метод Рунге-Кутта для розв’язання системи звичайних диференціальних рівнянь; стандартний метод розрахунку довговічності зубчастих зачеплень у редукторах гірничих машин; метод “найслабкішої ланки” при визначенні показників надійності та довговічності приводу конвеєра.

Наукова новизна отриманих результатів.

Наукові положення.

1. Розподіл ймовірностей сумарного тягового зусилля, що розвиває привід вибійного скребкового конвеєра у реальних умовах експлуатації, виражається функцією Пірсона типу I і наближається до рівномірного при максимальному за висотою заповненні ставу вантажем, що досягається при керуванні швидкістю конвеєра.

2. Підвищення ефективності роботи вибійних скребкових конвеєрів у робочому режимі при їх адаптації до реальних умов експлуатації через оперативне управління швидкістю і регулювання натягом тягового органу обґрунтовується критеріями адаптації, що представляються як відношення середніх значень витрат енергії на транспортування вугілля, ресурсів риштачного ставу, а також тягового органу базового і адаптованого конвеєрів, а при управлінні швидкістю у слідкуючому режимі знаходяться у обернено-пропорційній залежності від математичного сподівання вантажопотоку.